Bilgi

Hemoglobini hücrelere sarmanın evrimsel faydası neydi?

Hemoglobini hücrelere sarmanın evrimsel faydası neydi?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Oksijen taşınımına atalardan kalma çözüm, kanda çözülmüş hemoglobin (ya da benzer proteinler) (ya da "hemolenf"tir, ama temelde suda çözülmüştür. ) Oksijen taşıyıcı proteinleri hücrelere sarmanın avantajı neydi?


Globini bir hücrenin içine alırsanız, daha hızlı, kolayca kullanılabilir bir havuz sağlayan yüksek bir globin konsantrasyonu elde edebilirsiniz ve sanki yeni çözülmüş gibi bozulmaya (proteazlar veya diğer mekanizmalar yoluyla) tabi değildir. . Ayrıca globinlerin diğer tüm işlevleri (pH regülasyonu, CO2 metabolizması vb.), globin bir ortamda karıştırılmak yerine aynı bölgede (yani hücre içinde) ise daha sıkı kontrol edilecektir. Bütün bunlar muhtemelen daha çok dolaşım sisteminin bir bütün olarak evrimi ile ilgilidir ve sadece sırayla özel hücrelerde globinlerin 'kaplanması' olarak. Burada daha fazla ayrıntı bulabilirsiniz.


Ayrıca, Demiri istilacı bakterilerden saklamak iyidir. Serbest demir, bakteri üremesi için sınırlayıcı bir faktördür.


Hemoglobin-O'daki evrimleşmiş artışların uyarlanabilir faydası 2 afinite O dokusuna bağlıdır 2 yüksek irtifa geyik farelerinde yayılma kapasitesi

Arka plan: Karmaşık organizma özellikleri çoğu zaman etkileşim halindeki çoklu genlerin ve alt organizma fenotiplerinin sonucudur, ancak bu etkileşimlerin adaptif özelliklerin evrimsel yörüngelerini nasıl şekillendirdiği tam olarak anlaşılamamıştır. Kardiyorespiratuar özellikler arasındaki fonksiyonel etkileşimlerin aerobik termojenez kapasitesindeki adaptif artışlara nasıl katkıda bulunduğunu inceledik (maksimum O22 tüketim, VİO2maks, akut soğuğa maruz kalma sırasında) yüksek irtifa geyik farelerinde (Peromyscus maniculatus). F üretmek için yayla ve ova geyiği farelerini geçtik2 Hemoglobin (Hb) O'da genetik temelli varyasyonu ifade eden popülasyonlar arası melezler2 karışık bir genetik arka planda afinite. Daha sonra fizyolojik deneyleri ve O'nun matematiksel modellemesini birleştirdik.2 kardiyorespiratuar özellikler ve VİO arasındaki bağlantıları incelemek için taşıma yolu2maks.

Sonuçlar: Fizyolojik deneyler, Hb-O'daki artışların2 kırmızı kan hücrelerinin afinitesi, hipokside kan oksijenlenmesini iyileştirdi, ancak VİO'da bir artış ile ilişkili değildi2maks. Matematiksel modelleme kullanılarak yapılan duyarlılık analizleri, Hb-O'nun etkisinin2 V̇O'da yakınlık2hipokside maksimum, O kapasitesine bağlıydı2 aktif dokularda difüzyon.

Sonuçlar: Bu sonuçlar, Hb-O'daki artışların2 afinite, doku O'daki artışlarla eşzamanlı veya ondan önce gelirse, yalnızca hipoksik koşullarda adaptif değere sahip olacaktır.2 yayılma kapasitesi. Yüksek irtifa geyik farelerinde, Hb-O'yu artırmanın uyarlanabilir faydası2 afinite O çıkarma kapasitesine bağlıdır2 Bu, hemoglobin fonksiyonunun hipoksi toleransındaki genel rolü hakkındaki tartışmaları çözmeye yardımcı olur.

Anahtar Kelimeler: Karmaşık özellik evrimi Evrimsel fizyoloji Hemoglobin adaptasyonu Yüksek irtifa adaptasyonu O2 taşıma yolu.


Hemoglobin-O'daki evrimleşmiş artışların uyarlanabilir faydası2 afinite O dokusuna bağlıdır2 yüksek irtifa geyik farelerinde yayılma kapasitesi

Arka plan Karmaşık organizma özellikleri çoğu zaman etkileşim halindeki çoklu genlerin ve alt organizma fenotiplerinin sonucudur, ancak bu etkileşimlerin adaptif özelliklerin evrimsel yörüngelerini nasıl şekillendirdiği tam olarak anlaşılamamıştır. Kardiyorespiratuar özellikler arasındaki fonksiyonel etkileşimlerin aerobik termojenez kapasitesindeki adaptif artışlara nasıl katkıda bulunduğunu inceledik (maksimum O22 tüketim, V◻O2maks, akut soğuğa maruz kalma sırasında) yüksek irtifa geyik farelerinde (Peromyscus maniculatus). F üretmek için yayla ve ova geyiği farelerini geçtik2 Hemoglobin (Hb) O'da genetik temelli varyasyonu ifade eden popülasyonlar arası melezler2 karışık bir genetik arka planda afinite. Daha sonra fizyolojik deneyleri ve O'nun matematiksel modellemesini birleştirdik.2 kardiyorespiratuar özellikler ve V◻O arasındaki bağlantıları incelemek için taşıma yolu2maks.

Sonuçlar Fizyolojik deneyler, Hb-O'daki artışların2 kırmızı kan hücrelerinin afinitesi, hipokside kan oksijenlenmesini iyileştirdi, ancak V◻O'da bir artış ile ilişkili değildi2maks. Matematiksel modelleme kullanılarak yapılan duyarlılık analizleri, Hb-O'nun etkisinin2 V◻O'da yakınlık2hipokside maksimum, O kapasitesine bağlıydı2 aktif dokularda difüzyon.

Sonuçlar Bu sonuçlar, Hb-O'daki artışların2 afinite, doku O'daki artışlarla eşzamanlı veya ondan önce gelirse, yalnızca hipoksik koşullarda adaptif değere sahip olacaktır.2 yayılma kapasitesi. Yüksek irtifa geyik farelerinde, Hb-O'yu artırmanın uyarlanabilir faydası2 afinite O çıkarma kapasitesine bağlıdır2 Bu, hemoglobin fonksiyonunun hipoksi toleransındaki genel rolü hakkındaki tartışmaları çözmeye yardımcı olur.


Orak HÜCRE HEMOGLOBİNİ

Orak hücreli hemoglobin (HbS) insanlarda binlerce yıldır var olmuştur. Ganalı bir doktor olan Dr. Konotey-Ahulu, Batı Afrika kabileleri arasında orak hücreli anemi olarak tanımlanabilen klinik sendromlara özel isimler verildiğini bildirmektedir (7). Bununla birlikte, orak hücreler ilk olarak 1910'da Chicago doktoru Robert Herrick tarafından Batı Hint Adaları'ndan anemik bir hastanın periferik kanında tanımlandı(8). Homozigot orak hücreli anemi, orak hücre hastalığının (SCD) en yaygın ve şiddetli formu iken, HbS'yi beta veya alfa talasemi, hemoglobin C, hemoglobin D ve diğer hemoglobinler ile birleştiren diğer orak hücreli hastalıklar, ortak ve ayırt edici özellikleri ile benzer bir patofizyolojiyi paylaşırlar. klinik özellikler.

HbS, yetişkin hemoglobinin beta-globin zinciri için gendeki tek bir baz çifti mutasyonundan kaynaklanır. Altıncı kodondaki bir adenin-timin ikamesi, beta-globin zincirinin altıncı amino asit pozisyonunda glutamik asidi valin ile değiştirir (9, 10). Bu ikame, 1949'da Linus Pauling tarafından tarif edilen elektroforetik olarak farklı hemoglobini verir (11). HbS'nin oksijeni giderilmiş formunda, beta-6 valin, bitişik bir beta-globin zinciri üzerindeki hidrofobik bir cebe gömülür ve çözünmeyen polimerler oluşturmak üzere molekülleri birleştirir (9). Yeterli konsantrasyonda, bu çözünmeyen polimerler, klasik orak morfolojisine yol açar. Bu işlem, kırmızı hücre zarında ciddi hasara neden olur. Orak kırmızı hücreler daha sonra toplanabilir ve mikrovasküler obstrüksiyona neden olabilir. Ayrıca bu anormal kırmızı hücreler endotel hücrelerine yapışır (12) ve çeşitli sitokinlerle etkileşime girebilir (13).

Mikrotromboz ve mikroembolizasyon süreci, AKÖ patolojisinin temelidir. Orak eritrositler tarafından mikro damar sisteminin tıkanması ağrılı krizlere, priapizm, pulmoner emboli ve osteonekroza neden olur ve sonuçta retina, dalak, karaciğer ve böbrekler dahil her organ sistemine zarar verir. AKÖ'lü birçok hastada hematokrit %20 ila %35 ve kronik retikülositoz vardır. Klinik semptomlar ateş, enfeksiyon, aşırı egzersiz, sıcaklık değişiklikleri, hipoksi ve hipertonik solüsyonlarla tetiklenebilir. Yaşanan semptomların klinik şiddeti, kırmızı kan hücresindeki HbS konsantrasyonu ve diğer hemoglobinler, endotelyal faktörler, nitrik oksit ve diğer faktörlerin ekspresyonu ile ilişkilidir. Ayrıca, AKÖ'lü hastalarda yoğun, susuz eritrosit oranı daha yüksektir (14).

20 yaşın altındaki AKÖ hastalarının yaklaşık %11'inde, transkraniyal Doppler ultrasonografi ile gösterilebilen stenotik kraniyal arter lezyonları nedeniyle inme meydana gelir. Orak hücre popülasyonunu %50'ye indirmeyi amaçlayan düzenli bir transfüzyon programı, inme vakalarının yaklaşık %90'ını önler. Ne yazık ki, transfüzyon kesildikten sonra inme riskinin yüksek olması (15).

HbS'nin yüzeyi, bazı daha küçük hidrofobik yan zincirlerle birlikte esas olarak hidrofilik amino asit yan zincirlerinden oluşur. Yetişkin hemoglobini kırmızı hücre içinde çok yüksek bir konsantrasyonda bulunduğundan ve oksijenle doygunluğun tüm seviyelerinde agregasyondan uzak göründüğü için, molekülün yüzeyindeki amino asitler, bitişik moleküller arasındaki çekimden kaçınacak şekilde düzenlenmelidir. . Yüzey amino asit sübstitüsyonları olan hemoglobin varyantlarının çoğunluğundan sadece bir azınlık herhangi bir önemli klinik anormallik ile ilişkilidir. HbS dışında, homozigot durumda bulunan, hemoglobinler C, D ve E gibi daha yaygın olan hemoglobinlerin hiçbiri, hafif anemiden daha büyük bir anormallikle ilişkili değildir. Bu nedenle hemoglobin A'nın yüzeyi, yapısı veya işlevi etkilenmeden çeşitli farklı amino asit değişikliklerine uyum sağlayabilir (16).

Glutamik asit yerine valin ikamesinin oksijenli HbS formu üzerinde çok az etkisi vardır (17). Bununla birlikte, oksijeni giderilmiş HbS'nin konsantrasyonu yeterince büyük olduğunda, özellikleri oksijeni giderilmiş hemoglobin A'nınkinden belirgin şekilde farklıdır ve kırmızı kan hücresini orak şekline bozan çözünmeyen lifler ve demetlerin oluşumuna neden olur.

HbS'nin keşfinden bu yana, AKÖ'nün klinik semptomatolojisi ve ilişkili patofizyolojisi yavaş yavaş aydınlatılmıştır (18). AKÖ, anemi ve dört tip kriz ile karakterizedir: ağrılı (vazookluzif), sekestratif, hemolitik ve aplastik. Kırmızı kan hücresi zarının zarar görmesi, hücre sağkalımının azalmasına ve kronik hemolitik anemiye yol açar. Yeterince şiddetliyse, bu hasar bilirubin safra taşı oluşumu, felç ve kalp yetmezliği riskini artırır. Ayrıca, orak kırmızı kan hücrelerinin neden olduğu kan akışına mekanik empedans nedeniyle anemi ağırlaşır ve bu da yaygın vazooklüzif komplikasyonlara neden olur. İlginç bir şekilde, anemi, mikrosirkülasyonda oraklaşma ile ilişkili viskozite artışını hafiflettiğinden, vazookluzif komplikasyonlara karşı bir dereceye kadar koruyucu olabilir. Bu nedenle, makul değişim transfüzyon tedavisi ve kan transfüzyonu ağrı krizleri, felç, pulmoner hipertansiyon ve diğer ilgili durumların önlenmesi için endikedir (19).

Kan transfüzyonu sadece kanın oksijen taşıma kapasitesini artırmakla kalmaz, aynı zamanda oraklama yapabilen hücre yüzdesini de azaltır. Transfüzyon sonrası yaklaşık %36'lık bir hematokrit elde etmek için, transfüzyonun fenotipik olarak uyumlu, löko-azaltılmış, orak hücreli negatif kan ile yapılması önerilir. (20). Transfüzyonun komplikasyonları iyi bilinmektedir ve allo- ve otoimmünizasyon, aşırı demir yüklenmesi ve hepatit ve HIV gibi bulaşıcı hastalıkların bulaşmasını içerir. Ayrıca, dünya çapında önemli sayıda orak hücreli anemi hastası başarılı kemik iliği nakli geçirmiştir (21). Sadece seçilmiş hastalar işlem için uygundur. O zaman bile, kemik iliği transplantasyonu, çoğunlukla graft-versus-host hastalığından kaynaklanan %5 ila %10'luk bir ölüm oranıyla ilişkilendirildi.

HbS polimer oluşumunun etkisini azaltmaya yönelik başka bir yaklaşım, fetal hemoglobin (HbF) üretimini arttırmak olmuştur. Popülasyon ve klinik gözlem yoluyla, daha yüksek kan HbF düzeylerinin AKÖ'nün daha az klinik belirtisi ile ilişkili olduğu uzun zamandır bilinmektedir. Oraklaşma bozukluklarının tedavisinde HbF'nin farmakolojik manipülasyonu 1950'lerin ortalarından beri önerilmiştir. Bugüne kadar birkaç ajan denendi, ancak en güvenli ve en etkilisinin hidroksiüre olduğu kanıtlandı(22). Hidroksiüre tarafından artan HbF üretiminin mekanizması tam olarak anlaşılmamıştır. Ayrıca, son araştırmalar, hidroksiürenin, güçlü bir endotel gevşetici faktör olan nitrik asit üretimine katkıda bulunduğunu bulmuştur (23).

Endotelyal yüzeyler ve beyaz kan hücreleri ile ilişkili çok sayıda inflamatuar belirteç, C-reaktif protein dahil olmak üzere AKÖ'de yükselir. Bazal granülosit sayıları sıklıkla artar. Lökositozun kendisi mortalite artışı için bir risk faktörüdür (24). Son olarak, kırmızı hücrelerde Lutheran antijenine bağlanan endotelyal matrisin bir bileşeni olan laminin, orak kırmızı kan hücrelerinde normal kırmızı kan hücrelerinden daha fazla miktarlarda eksprese edilir (25).

Hemostazın hiper pıhtılaşma eğilimi gösteren hemen hemen her yönü OHA'da tanımlanmıştır (26). Ancak hiperpıhtılaşmanın vazooklüzyonun nedeni mi yoksa sonucu mu olduğu bilinmemektedir. Trombositoz hipospleniye bağlıdır ve trombosit agregasyonu artar (27). Antifosfolipid antikorları yükselebilir ve protein C ve S seviyeleri düşebilir (28). Ayrıca yüksek düzeyde von Willebrand faktörü ve faktör VIII bulunabilir (29). Heparinler, kumadin ve antiplatelet ajanların terapötik denemeleri sınırlıydı ve sonuçsuz bilgi verdi, ancak devam ediyor.


Malzemeler ve yöntemler

Örnek toplama

Hayvanlarla çalışırken her zaman araştırmamızın popülasyonları ve bireyleri etkilediğini sınırlamayı hedefliyoruz. Mümkün olduğunda ticari balıkçılık veya müzeler gibi diğer kaynaklarla işbirliği yapıyoruz. Bu şekilde, hiçbir hayvanın yalnızca bilimsel amacımıza hizmet etmesi için ötenazi yapılmasına gerek yoktur. Bu çalışmada kullanılan doku örnekleri ya müze örneğinden ya da insan tüketimine yönelik ticari olarak avlanan bireylerden alınmıştır. Ticari olarak yakalanan balıklar, yerel bir balıkçı tarafından standart prosedürler izlenerek hemen kanayarak sersemletildi. Bu şekilde numune alma, Norveç'te herhangi bir özel mevzuatın kapsamına girmez, ancak "hayvan deneylerinin değiştirilmesi, azaltılması ve iyileştirilmesi için Norveç konsensüs platformu" (www.norecopa.no) tarafından belirlenen yönergelere uygundur. Örneklerle ilgili daha fazla bilgi için bkz. 9 .

Tüm genom dizileme

En yakın yaşayan akrabalarına ek olarak, Gadiformes takımındaki soyların çoğunu temsil eden 27 tür seçtik, Stylephorus kordatus, Zeus faber ve Perkopsis transmontanta 9, 55. Kapsamı 18 ila 40x (ortalama kapsama 28x) arasında değişen ortalama 350 bp'lik (Illumina HiSeq. 2000'de 2 × 150 bp okuma) uç kitaplıklarını sıraladık. Bu dizi stratejisi, ortalama medyan gen uzunluğunu (56) kapsayan contig verir, bu da onu genleri bulmak ve tanımlamak için ideal hale getirir, ancak önemli gen sırası bilgisi (synteny) içermez. Celera toplayıcı 57, ortalama 4.1 kb ile 3.1 ila 8.1 kb arasında değişen contig N50 ile genomları birleştirmek için kullanıldı. CEGMA 58 ve BUSCO 59, gen bütünlüğünü değerlendirmek için kullanıldı CEGMA, CEGMA analizine dahil edilen korunmuş ökaryotik genlerin %69'u için ortalama olarak tam veya kısmi isabetler verdi ve BUSCO, CEGMA analizine ait korunmuş genlerin ortalama olarak %68'ini verdi. BUSCO analizinde Actinopterygii clade. İlgili genom istatistiklerine sahip türlerin bir listesi Ek Tablo 1'de verilmiştir. Dizileme ile ilgili daha fazla bilgi için 9, 55'e bakınız.

Gen madenciliği ve açıklama

Hb genler, bilinenlerle tBLASTn 60 aramalarıyla açıklandı Hb gelen diziler gadus morhua, Oryzias latipes, tetraodon nigroviridis, oreochromis niloticus, Gasterosteus aculeatus, Salmo salar ve Danio yeniden (11 'den sonra gelen açıklama ve isimlendirme). Yakın zamanda kopyalanmış veya gen dönüşümü nedeniyle benzer olan paralog genler için, gen kopyaları montaj sürecinde çökebilir. Buna karşılık, polimorfik genlerde aleller kopya olarak yanlış değerlendirilebilir. Bununla birlikte, intronik dizilerin hizalamalarını manuel olarak inceleyerek, paralog gen kopyalarını alellerden ayırt etmek mümkün oldu.

Filogenetik ağaç yapısı

Ortologları tanımlamak için Hb diziler filogenetik gen ağaçları oluşturulmuş, α ve β dizileri ayrı ayrı analiz edilmiştir. Amino asit dizileri, MEGA7 62'de uygulandığı gibi tüm türler için varsayılan ayarlarla ClustalW 61 kullanılarak hizalandı (α ve β dizilerinin hizalanması Ek Veri 1'dedir). MEGA7'deki model seçim aracını kullanarak moleküler evrim için en iyi modelin (yani en düşük AIC puanına sahip olan) α-dizileri için TN93 + G + I ve β-dizileri için GTR + G + I olduğunu belirledik. Filogenetik ağaçlar, MEGA7'de uygulanan maksimum olabilirlik (ML) ve MrBayes 3.2.2'de bir Bayes yöntemi kullanılarak kodon üçlülerine dayalı olarak oluşturulmuştur. 1000 önyükleme kopyası ile yukarıda belirtilen moleküler evrim modellerine dayalı olarak bir ML ağacı oluşturuldu. Bayes ağaçları, standart öncelikler kullanılarak, her 1 × 103 nesli örnekleyen 1 x 107 nesil için dört simülasyon zinciri ile çalıştırıldı. TN93 + G + I bu programda bulunmadığından hem α hem de β için GTR + G + I modeli kullanılmıştır. Olabilirlik puanları asimptotik olarak eşitlendiğinde, belirli bir çalıştırmanın yakınsamaya ulaştığı kabul edildi. Yakınsama öncesinde örneklenen tüm ağaçlar atıldı ve destek (arka olasılık) son 2250 ağacın fikir birliğine dayalı olarak hesaplandı. Teleost üzerinde önceki çalışma Hbs bunu gösteriyor Hb kurbağadan Xenopus tropikalis teleost oluşturan klad dışında açıkça Hbs 11 , bu nedenle bir dış grup türü olarak seçilmiştir.

Tanımlanan α ve β genleri daha sonra tek kopya ortolog belirteçler için sıkı filtrelemeden sonra seçilen 111 genin 567 ekzonuna dayanan bir filogenomik tür ağacında haritalandı. Dallanma süreleri, BEAST v.2.2 64'te rahat bir saat modeli ve 17 fosil kısıtlaması kullanılarak tahmin edildi. Bu filogeni, prosedürleri daha ayrıntılı olarak açıklayan 9'dan değiştirilmiş bir versiyondur.

Hbs sayısının atalardan kalma rekonstrüksiyonu

Sayısının atalarının yeniden inşası Hbs gadiformes içinde, R paketi APE 65'te uygulanan ace işlevi kullanılarak tahmin edildi. Perkopsis transmontana, Zeus faber ve Stylephorus kordatus çoğu dahil değildi Hbs bu türlerde bulunanlar gadiformlu 1:1 ortologlar değildir Hbs. Üç farklı model, eşit oranlar modeli (ER), tüm oranlar farklı model (ARD) ve simetrik model (SYM) ile ayrık karakterler için atasal durumun maksimum olabilirlik tahminini kullandık, uyum iyiliği bir Ki- kullanılarak tahmin edildi. kare testi. Tüm istatistikler R v3.1.3 66'da gerçekleştirilmiştir.

Filogenetik karşılaştırmalı analizler

sayısının olup olmadığını araştırmak için SLOUCH (Karşılaştırmalı Hipotezler için Stokastik Lineer Ornstein-Uhlenbeck modelleri) 24, 67,68,69,70 adlı bir filogenetik karşılaştırmalı yöntem kullandık. Hb genler, sırasıyla maksimum derinlik ve enlemdeki değişikliklere bir yanıt olarak evrimleşmiştir (veriler, küresel bilgi sistemi FishBase 6'daki farklı türler için elde edilmiştir). Özellik evriminin varsayılan modeli (burada özellik, Hb genler) bir Ornstein-Uhlenbeck (OU) sürecidir, burada özelliğin bir tahmin edicinin doğrusal bir işlevi olduğu varsayılan bir optimuma doğru geliştiği x, ( heta =a+ olarak_x), regresyon parametreleri, optimum ve özellik arasındaki ilişki hakkında bilgi verir. Özelliğin optimuma doğru deterministik çekimi filogenetik yarı ömür ile ölçülebilir, (_<1/2>=frac,2>,,,) Bir türün atalarından kalma bir durumdan yeni bir optimuma yarı yolda ilerlemesi için geçen ortalama süre, yani yarı ömrün sıfırın üzerinde olması, adaptasyonun hemen olmadığını gösterir. SLOUCH, tahmin edilen birincil optimum 67'nin en iyi uyumunu temsil eden bir "optimal regresyon" döndürür. Hb kopya numarası. Başka bir deyişle, bu optimal regresyon, sayı arasındaki beklenen ilişkiyi açıklar. Hb Adaptasyon anlık ise modeldeki genler ve tahmin edici (yani, sayının evrimi üzerinde herhangi bir kısıtlama yoktur). Hb genler optimal duruma doğru). Bir öngörücü değişken içeren bir model, hiçbir öngörücü değişkenin dahil edilmediği yalnızca kesişen bir modelle karşılaştırılabilir. Filogenetik etki, tek başına filogeninin özelliğin dağılımını ne kadar iyi açıkladığının bir ölçüsüdür (sayıları). Hb genler). Model karşılaştırmaları, Akaike bilgi kriterinin (AICc) küçük örnek boyutu düzeltilmiş versiyonu kullanılarak yapılır.

Doğal seçilimin analizleri

Her bir Hb geni için, veri setinde o gen için mevcut olan tüm türlerden çevrilmiş amino asit dizileri, yukarıda tarif edilenle aynı prosedür izlenerek hizalandı (Ek Veri 1'de sunulan hizalamalar). Seçimi çeşitlendirmeyi ve saflaştırmayı test etmek için Datamonkey sunucusundaki (www.datamonkey.org) Hyphy yazılım paketinde uygulanan SLAC, FEL ve REL analizlerini 22 kullandık ve Şekil 1'deki filogenileri kullandık (tür ağacı olarak anılır) ) ve Şekil 2 ve 3 (gen ağaçları olarak anılır).

Homoloji modeli oluşturma

SWISS-MODEL Workspace ve DeepView yazılımı 71 kullanılarak bir 3D protein modeli oluşturuldu. gadus morhua Homolojiye dayalı Hb-I (α1 ve β1). SWISS-MODEL Çalışma Alanında bir şablon araması yapıldı ve hemoglobin Trematomus bernacchii (Protein Veri Bankası (PDB) kodu 1HBH) en iyi şablon olarak. gadus morhua α1, α2, α3, α4 ve β1, sırasıyla DeepView'daki şablona hizalandı, ardından hizalama proje modunda SWISS-MODEL Çalışma Alanına gönderildi. Otomatik modelleyici prosedürü, iki β1 üniteli bir Hb tetramerin yüksek kaliteli (QMEAN4 = 1.34) ve iki alfa ünitesi α1, α2, α3 veya α4 olan bir model verdi. Bu, tümü Ek Veri 2'de gösterilen toplamda dört farklı Hb tetramer verdi.


Seçim tahmini

Evrimi tahmin etmek için bir adım daha ileri gitmemiz ve fenotipleri uygunlukla ilişkilendirmemiz gerekiyor. En kaba düzeyde bu, fenotip ve uygunluk (örneğin, Price 1972, Queller 2017 için) veya genotip ve uygunluk arasındaki kovaryasyonun istatistiksel tanımını gerektirebilir. Şu anda, bu yaklaşım için istatistiksel araçlara sahibiz. Bu, çok kısa zaman dilimlerinde tahminler yapmak için yeterli olsa da, bu yaklaşımdaki mekanik anlayış eksikliği, değişen çevresel bağlamlarda geleceğe yönelik projeksiyonları sınırlandırmaktadır. Geleceğe projeksiyon yapmak, biyomekanik, davranış, ekoloji ve benzerlerinden yararlanarak özelliklerin uygunluğu nasıl etkilediğine dair işlevsel bir anlayış gerektirir. Şu anda, henüz var olmayan bir özelliğin yanı sıra, günümüz özelliklerinin henüz gözlemlenmemiş ortamlarda uygunlukta çeşitlilik yarattığını modelleme kapasitemiz yok. Ancak, geliştirilmiş kavramsal modeller ve kaliteli verilerle bu soruları çözmeye başlayabiliriz.

Genetik süreç ve seçilim hakkında daha iyi bir anlayış kazandıkça, evrimin gidişatını tahmin etmek için mevcut nicel veya popülasyon genetiği araçlarını kullanabiliriz. Bu genetik bilgi, bazı durumlarda, mekanik ayrıntıları atlayarak ve nicel bir genetik yaklaşım (örneğin, damızlık denklemi) veya basit tek gen özelliklerinin nadir vakası için popülasyon genetiği kullanılarak basitleştirilebilir (Walsh ve Lynch 2018). Bu, kısa zaman dilimlerinde işe yarayan yerleşik bir yaklaşımdır, ancak daha uzun zaman dilimlerinde bozulacaktır çünkü genetik varyans-kovaryans matrislerinin kendilerinin nasıl geliştiğine (Roff 2000'i evrimleştirdiklerini biliyoruz) ve ne kadar seçici olduğuna dair mekanik modellerimizi hala geliştiriyoruz. basınçlar değişecek. Bu nedenle, fenotip tahminlerine yukarıdaki genotipte ana hatlarıyla belirtilen daha mekanik yaklaşım, potansiyel olarak sağlam bir çerçeve sağlar, ancak (mümkünse) parametreleştirilmesi daha zor olan bir çerçeve sağlar. İster mekanistik, ister nicel veya popülasyon genetiği yaklaşımı alınsın, anahtar, mevcut genetik varyasyon, bunun uygunluğu nasıl etkilediği ve sonuçta ortaya çıkan seçime verilen yanıtın nasıl kısıtlandığı hakkındaki bilgileri dahil etmektir.

Bilinen seçici baskılara karşı evrimsel tepkileri tahmin etmek, günümüz ortamının sabit kalması için güvenli bir şekilde güvenilebildiği zaman iyi sonuç verir. Bununla birlikte, odak türler üzerindeki seçim, her ikisi de zamanla değişen ve evrimsel tahmin için tahminde bulunmamız gereken abiyotik koşullara ve biyotik etkileşimlere bağlıdır. Bunu yapmak için, meteorolojiden (iklim değişikliği Antroposen boyunca evrimin başlıca itici gücüdür), toksikolojiye (insan kirliliğinden), epidemiyoloji ve daha genel olarak ekolojiye kadar uzanan alanlardan yararlanmamız gerekecek. Bu nedenle, çok değişkenli çevresel ve ekolojik faktörlerin (örneğin, yırtıcıların, parazitlerin, avın, rakiplerin, karşılıklılığın tür yoğunlukları) günümüzdeki durumu ve bunların zaman içinde nasıl değiştiğine dair kurallar (örneğin, türlerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiği) hakkında ayrıntılı verilere ihtiyacımız var. birbirlerinin değişen nüfus yoğunluklarını yönlendirir).

Elimizde değişen çevresel koşulların modelleri ile (örneğin, IPCC tarafından çevresel değişiklikler için kullanılan Dünya sistemi modelleri IPCC 2014), değişen seçim baskıları hakkında çıkarımlar yapmamız gerekiyor. Bunu yapmak için, bu eşlemenin (özellikle uygunluk işlevi) gelecekteki ortamlara (olası gelecek topluluklar ve etkileşimler dahil) bağlı olarak nasıl değiştiğini açıklayarak, uygunluk eşleme işlevi görecek fenotipi yeniden ziyaret etmemiz gerekir. Bu, gelecekte çeşitli noktalarda farklı özellik değerleri, özellik kombinasyonları ve genotipleri tercih etmek için fitness ortamının zaman içinde nasıl değişeceğini tahmin etmemizi sağlayacaktır.

Son olarak, odak türler üzerinde etkili olan seçici baskılar, diğer türlerin sadece varlığına, yokluğuna veya bolluğuna değil, genotiplerine de bağlı olabilir. Bu nedenle, diğer türlerin evrimi, odak türlerimizin (yani Darwin'in karışık bankası) evrim yönünü değiştirebilir. Tersine, odak türlerimizin evrimi, doğrudan etkileşime girdiği diğer tüm türlerin bolluğu, genotipleri, fenotipleri ve uygunluğu üzerinde karşılıklı etkilere sahip olabilir (veya belki de dolaylı olarak Whitham ve diğerleri 2003, Johnson ve Stinchcombe 2007). Bu nedenle, etkili evrimsel tahminlerin, bu ekoevrimsel geri besleme döngülerinde aynı anda tüm çok türlü toplulukları dikkate alması gerekebilir.

Evrimi tahmin etmek için bilmemiz gereken yukarıdaki bilgiler ayıktır. Ve muhtemelen, uzun zaman ölçeklerinde ve doğal ortamlarda yüksek düzeyde hassasiyet ve mekanizma ile evrimi etkili bir şekilde tahmin etmek için asla yeterince bilgi sahibi olmayacağız. Bu, hem girdi verilerimiz üzerindeki kısıtlamaları hem de tüm organizasyon seviyelerindeki biyolojik süreçlerin temel stokastikliğini yansıtır. Bununla birlikte, çoğu durumda, pratik tahmine dayalı sonuçlar için mutlak kesinliğe sahip olmamıza gerek yoktur. Tahmin etmeye çalıştığımız konuya dönersek, adaptasyonun gerçekleşeceğini (Fisher'ın temel teoremi) veya belirli bir özelliğin artacağını veya azalacağını tahmin etmek yeterli olabilir. Örneğin, yıllık olarak influenza suşu aşılarını belirlemek için öngörücü evrimsel modeller kullanılır. Kullanılan mevcut modellerin doğruluğunda bir sınırlama olmasına ve virüsün evrimi tamamen öngörülebilir olmamasına rağmen, kısmi doğruluk seviyesi hala etkili bir yıllık aşı sağlamaktadır (Agor ve Özaltın 2018). Aynı şekilde, koruma çabalarında, genetik kurtarma vakalarında, çok küçük, nesli tükenmekte olan bir popülasyona yeni aleller eklersek, akraba evliliği depresyonunu içeren sorunların iyileştirilebileceğini tahmin edebiliriz. Bu, kritik olarak tehlike altındaki bir popülasyon için gereken tüm bilgiler olabilir, ancak bir türün aralığındaki gen havuzlarındaki popülasyon düzeyindeki adaptasyonlar hakkında daha ileri düzeyde bilgi, zararlı aleller zaten tehdit altındaki bir popülasyona dahil edilirse, olası aşırı üreme depresyon sonuçlarını tahmin etmek için modellerin geliştirilmesine yardımcı olacaktır (Frankham). ve diğerleri 2011) veya koruma biyoloğunun, belirli bir tehdit altındaki organizmada akrabalı yetiştirme veya aşırı üreme depresyonunun göreceli risklerini tartmasına yardımcı olun (Edmands 2007). Evrimin kesin tahmini, evrim biyolojisinin önemli bir hedefi olmasına rağmen, mevcut evrimsel tahmin durumumuz hala birçok önemli pratik sonucu mümkün kılmaktadır.


Evrimsel biyoloji neden kanser olduğumuzu nasıl açıklayabilir?

Vücudumuzdaki 500 milyardan fazla hücre her gün yenilenecek, ancak doğal seçilim kansere neden olabilecek hücresel mutasyonlara karşı savunma geliştirmemizi sağladı. Açık Erişim dergisinin yeni bir özel sayısında, evrim ile vücudun kansere karşı mücadelesi arasındaki bu ilişki araştırılıyor. Evrimsel Uygulamalar.

San Francisco California Üniversitesi Evrim ve Kanser Merkezi İnsan ve Sosyal Evrim Direktörü Dr Athena Aktipis, "Kanser, tanımlayıp yok edebileceğimiz tek bir iyi tanımlanmış hastalıktan uzaktır" dedi. "Son derece çeşitli ve evrimsel teori, kanseri son derece karmaşık ve gelişen bir ekosistem olarak görmemize izin veriyor. Bu yaklaşım, bir dizi farklı kanser türünün anlaşılmasını, tedavisini ve önlenmesini iyileştirebilir."

Özel sayıdaki evrimsel biyoloji makalelerinin ilkelerini uygulayarak şunu sorun: Vücudun güçlü kanser bastırma mekanizmalarına rağmen neden kanser oluyoruz? Doğal seçilim, mutasyon ve genetik sürüklenme gibi evrimsel ilkeler kanser ekosisteminde nasıl çalışır? Dünya çapında kanser oranını en aza indirmek için evrim teorisini nasıl kullanabiliriz?

Dr Aktipis, "Hiçbir yerde kanserin çeşitliliği, ona karşı savunmasız kalmamızın birçok nedeninden daha iyi ortaya çıkamaz" dedi. "Evrimsel tıp, organizmaları hastalıklara karşı savunmasız bırakan özelliklerin açıklamalarını görmemizi sağlıyor."

Bu evrimsel açıklamalar, tütün mevcudiyeti ve akciğer kanseri birlikte evrimi ile hızlı gelişen patojenler arasındaki ilişki gibi çevresel faktörlerin rolünü, doku onarım kapasitesi ile kanser üreme riski gibi seçimin ne gibi değiş tokuşlar yapabileceğine ilişkin kısıtlamaları içerir. inflamasyon gibi faydaların yanı sıra maliyetlerle sağlık savunmaları pahasına başarı.

Dr Aktipis, "Evrimsel bir yaklaşım, kanseri bir ekosistem olarak görmemize izin vererek kanser araştırmalarının birçok yolunu birleştirebilir ve açıklayabilir" dedi. "Tıpkı bir ormanın, ağaçların bireysel özelliklerine ve her ağacın çevresiyle etkileşimlerine bağlı olması gibi, tümörler de hem tümör içindeki hücre-hücre etkileşimlerine hem de tümör içindeki hücre-hücre etkileşimlerine bağlı olan genetik olarak farklı hücrelerden oluşabilir. tümörün vücut ile etkileşimleri üzerine."

Özel Sayıdaki Makaleler:

Orman ve tarımsal ekosistemlerden insan vücudunun mikro ekosistemlerine: Peyzaj ekolojisi bize tümör büyümesi, metastaz ve tedavi seçenekleri hakkında ne söyleyebilir?
Simon P. Daoust, Lenore Fahrig, Amanda E. Martin ve Frédéric Thomas, DOI: 10.1111/eva.12031

'Seçim birimleri' olarak kanser kök hücreleri
Mel Greaves, DOI: 10.1111/eva.12017

Kansere karşı gerçek savaş: kanserin baskılanmasının evrimsel dinamikleri
Leonard Nunney, DOI: 10.1111/eva.12018

Hareketli bir hedef olarak kanser: tekrarlayan tümörlerin bileşimini ve geri tepme büyüme kinetiğini anlamak
Jasmine Foo, Kevin Leder ve Shannon M. Mumenthaler, DOI: 10.1111/eva.12019


Hücrelerin kökeni, Dünya'daki yaşamın evriminde en önemli adımdı. Hücrenin doğuşu, prebiyotik kimyadan modern hücrelere benzeyen bölünmüş birimlere geçişi işaret ediyordu. Modern hücrelerin tüm tanımlarını yerine getiren canlı varlıklara nihai geçiş, doğal seleksiyonla etkin bir şekilde evrimleşme yeteneğine bağlıydı. Bu geçişe Darwinci geçiş adı verilmiştir.

Hayata kopyalayıcı moleküller açısından bakıldığında, hücreler iki temel koşulu yerine getirir: dış ortamdan korunma ve biyokimyasal aktivitenin sınırlandırılması. İlk koşul, karmaşık molekülleri değişen ve bazen agresif bir ortamda sabit tutmak için gereklidir; ikincisi, biyolojik karmaşıklığın evrimi için temeldir. If the freely floating molecules that code for enzymes are not enclosed in cells, the enzymes will automatically benefit the neighbouring replicator molecules. The consequences of diffusion in non-partitioned life forms might be viewed as "parasitism by default." Therefore, the selection pressure on replicator molecules will be lower, as the 'lucky' molecule that produces the better enzyme has no definitive advantage over its close neighbors. If the molecule is enclosed in a cell membrane, then the enzymes coded will be available only to the replicator molecule itself. That molecule will uniquely benefit from the enzymes it codes for, increasing individuality and thus accelerating natural selection.

Partitioning may have begun from cell-like spheroids formed by proteinoids, which are observed by heating amino acids with phosphoric acid as a catalyst. They bear much of the basic features provided by cell membranes. Proteinoid-based protocells enclosing RNA molecules could have been the first cellular life forms on Earth. [5]

Another possibility is that the shores of the ancient coastal waters may have served as a mammoth laboratory, aiding in the countless experiments necessary to bring about the first cell. Waves breaking on the shore create a delicate foam composed of bubbles. Shallow coastal waters also tend to be warmer, further concentrating the molecules through evaporation. While bubbles made mostly of water tend to burst quickly, oily bubbles are much more stable, lending more time to the particular bubble to perform these crucial experiments. The phospholipid is a good example of a common oily compound prevalent in the prebiotic seas. [6]

Both of these options require the presence of a massive amount of chemicals and organic material in order to form cells. This large gathering of materials most likely came from what scientists now call the prebiotic soup. The prebiotic soup refers to the collection of every organic compound that appeared on earth after it was formed. This soup would have most likely contained the compounds necessary to form early cells. [7]

Phospholipids are composed of a hydrophilic head on one end, and a hydrophobic tail on the other. They possess an important characteristic for the construction of cell membranes they can come together to form a bilayer membrane. A lipid monolayer bubble can only contain oil, and is not conducive to harbouring water-soluble organic molecules, but a lipid bilayer bubble [1] can contain water, and was a likely precursor to the modern cell membrane. [ kaynak belirtilmeli ] If a protein came along that increased the integrity of its parent bubble, then that bubble had an advantage. [ kaynak belirtilmeli ] Primitive reproduction may have occurred when the bubbles burst, releasing the results of the experiment into the surrounding medium. Once enough of the right compounds were released into the medium, the development of the first prokaryotes, eukaryotes, and multi-cellular organisms could be achieved. [8] [ kaynak belirtilmeli ]

The common ancestor of the now existing cellular lineages (eukaryotes, bacteria, and archaea) may have been a community of organisms that readily exchanged components and genes. It would have contained:

    that produced organic compounds from CO2, either photosynthetically or by inorganic chemical reactions that obtained organics by leakage from other organisms that absorbed nutrients from decaying organisms
  • Phagotrophs that were sufficiently complex to envelop and digest particulate nutrients, including other organisms.

The eukaryotic cell seems to have evolved from a symbiotic community of prokaryotic cells. DNA-bearing organelles like mitochondria and chloroplasts are remnants of ancient symbiotic oxygen-breathing bacteria and cyanobacteria, respectively, where at least part of the rest of the cell may have been derived from an ancestral archaean prokaryote cell. This concept is often termed the endosymbiotic theory. There is still debate about whether organelles like the hydrogenosome predated the origin of mitochondria, or tersine: see the hydrogen hypothesis for the origin of eukaryotic cells.

How the current lineages of microbes evolved from this postulated community is currently unsolved but subject to intense research by biologists, stimulated by the great flow of new discoveries in genome science. [9]

Modern evidence suggests that early cellular evolution occurred in a biological realm radically distinct from modern biology. It is thought that in this ancient realm, the current genetic role of DNA was largely filled by RNA, and catalysis also was largely mediated by RNA (that is, by ribozyme counterparts of enzymes). This concept is known as the RNA world hypothesis.

According to this hypothesis, the ancient RNA world transitioned into the modern cellular world via the evolution of protein synthesis, followed by replacement of many cellular ribozyme catalysts by protein-based enzymes. Proteins are much more flexible in catalysis than RNA due to the existence of diverse amino acid side chains with distinct chemical characteristics. The RNA record in existing cells appears to preserve some 'molecular fossils' from this RNA world. These RNA fossils include the ribosome itself (in which RNA catalyses peptide-bond formation), the modern ribozyme catalyst RNase P, and RNAs. [10] [11] [12] [13]

The nearly universal genetic code preserves some evidence for the RNA world. For instance, recent studies of transfer RNAs, the enzymes that charge them with amino acids (the first step in protein synthesis) and the way these components recognise and exploit the genetic code, have been used to suggest that the universal genetic code emerged before the evolution of the modern amino acid activation method for protein synthesis. [10] [11] [14] [15] [16]

The evolution of sexual reproduction may be a primordial and fundamental characteristic of the eukaryotes, including single cell eukaryotes. Based on a phylogenetic analysis, Dacks and Roger [17] proposed that facultative sex was present in the common ancestor of all eukaryotes. Hofstatter and Lehr [18] reviewed evidence supporting the hypothesis that all eukaryotes can be regarded as sexual, unless proven otherwise. Sexual reproduction may have arisen in early protocells with RNA genomes (RNA world). [19] Initially, each protocell would likely have contained one RNA genome (rather than more than one) since this maximizes the growth rate. However, the occurrence of damages to the RNA which block RNA replication or interfere with ribozyme function would make it advantageous to fuse periodically with another protocell to restore reproductive ability. This early, simple form of genetic recovery is similar to that occurring in extant segmented single-stranded RNA viruses (see influenza A virus). As duplex DNA became the predominant form of the genetic material, the mechanism of genetic recovery evolved into the more complex process of meiotic recombination, found today in most species. It thus appears likely that sexual reproduction arose early in the evolution of cells and has had a continuous evolutionary history.

Although the evolutionary origins of the major lineages of modern cells are disputed, the primary distinctions between the three major lineages of cellular life (called domains) are firmly established.

In each of these three domains, DNA replication, transcription, and translation all display distinctive features. There are three versions of ribosomal RNAs, and generally three versions of each ribosomal protein, one for each domain of life. These three versions of the protein synthesis apparatus are called the canonical patterns, and the existence of these canonical patterns provides the basis for a definition of the three domains - bakteri, Arkea, ve ökarya (veya ökaryot) - of currently existing cells. [20]

Instead of relying a single gene such as the small-subunit ribosomal RNA (SSU rRNA) gene to reconstruct early evolution, or a few genes, scientific effort has shifted to analyzing complete genome sequences. [21]

Evolutionary trees based only on SSU rRNA alone do not capture the events of early eukaryote evolution accurately, and the progenitors of the first nucleated cells are still uncertain. For instance, analysis of the complete genome of the eukaryote yeast shows that many of its genes are more closely related to bacterial genes than they are to archaea, and it is now clear that archaea were not the simple progenitors of the eukaryotes, in contradiction to earlier findings based on SSU rRNA and limited samples of other genes. [22]

One hypothesis is that the first nucleated cell arose from two distinctly different ancient prokaryotic (non-nucleated) species that had formed a symbiotic relationship with one another to carry out different aspects of metabolism. One partner of this symbiosis is proposed to be a bacterial cell, and the other an archaeal cell. It is postulated that this symbiotic partnership progressed via the cellular fusion of the partners to generate a chimeric or hybrid cell with a membrane bound internal structure that was the forerunner of the nucleus. The next stage in this scheme was transfer of both partner genomes into the nucleus and their fusion with one another. Several variations of this hypothesis for the origin of nucleated cells have been suggested. [23] Other biologists dispute this conception [9] and emphasize the community metabolism theme, the idea that early living communities would comprise many different entities to extant cells, and would have shared their genetic material more extensively than current microbes. [24]

"The First Cell arose in the previously pre-biotic world with the coming together of several entities that gave a single vesicle the unique chance to carry out three essential and quite different life processes. These were: (a) to copy informational macromolecules, (b) to carry out specific catalytic functions, and (c) to couple energy from the environment into usable chemical forms. These would foster subsequent cellular evolution and metabolism. Each of these three essential processes probably originated and was lost many times prior to The First Cell, but only when these three occurred together was life jump-started and Darwinian evolution of organisms began." (Koch and Silver, 2005) [25]

"The evolution of modern cells is arguably the most challenging and important problem the field of Biology has ever faced. In Darwin's day the problem could hardly be imagined. For much of the 20th century it was intractable. In any case, the problem lay buried in the catch-all rubric "origin of life"---where, because it is a biological not a (bio)chemical problem, it was effectively ignored. Scientific interest in cellular evolution started to pick up once the universal phylogenetic tree, the framework within which the problem had to be addressed, was determined . But it was not until microbial genomics arrived on the scene that biologists could actually do much about the problem of cellular evolution." (Carl Woese, 2002) [26]

  1. ^ Schopf, JW, Kudryavtsev, AB, Czaja, AD, and Tripathi, AB. (2007). Evidence of Archean life: Stromatolites and microfossils. Precambrian Research 158:141-155.
  2. ^ Schopf, JW (2006). Fossil evidence of Archaean life. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 29361(1470):869-85.
  3. ^ Peter Hamilton Raven George Brooks Johnson (2002). Biyoloji . McGraw-Hill Education. P. 68. ISBN978-0-07-112261-0 . Retrieved 7 July 2013 .
  4. ^
  5. Cooper, Geoffrey M. (2000). The Origin and Evolution of Cells. The Cell: A Molecular Approach (2. baskı).
  6. ^
  7. Fox, Sidney W. Dose, Klaus (1972). Molecular evolution and the origin of life. San Francisco: W.H. Özgür adam. ISBN978-0-7167-0163-7 . OCLC759538.
  8. ^
  9. "Big Picture". Big Picture . Retrieved 1 October 2019 .
  10. ^
  11. "The Prebiotic Soup". earthguide.ucsd.edu . Retrieved 1 October 2019 .
  12. ^ This theory is expanded upon in The Cell: Evolution of the First Organism by Joseph Panno
  13. ^ aB
  14. Kurland, CG Collins, LJ Penny, D (2006). "Genomics and the irreducible nature of eukaryote cells". Bilim. 312 (5776): 1011–4. Bibcode:2006Sci. 312.1011K. doi:10.1126/science.1121674. PMID16709776. S2CID30768101.
  15. ^ aB
  16. Poole AM, Jeffares DC, Penny D (1998). "The path from the RNA world". J Mol Evol. 46 (1): 1–17. Bibcode:1998JMolE..46. 1P. doi:10.1007/PL00006275. PMID9419221. S2CID17968659.
  17. ^ aB
  18. Jeffares DC, Poole AM, Penny D (1998). "Relics from the RNA world". J Mol Evol. 46 (1): 18–36. Bibcode:1998JMolE..46. 18J. doi:10.1007/PL00006280. PMID9419222. S2CID2029318.
  19. ^
  20. Orgel LE (2004). "Prebiotic chemistry and the origin of the RNA world". Crit Rev Biochem Mol Biol. 39 (2): 99–123. CiteSeerX10.1.1.537.7679 . doi:10.1080/10409230490460765. PMID15217990.
  21. ^
  22. Benner SA, Ellington AD, Tauer A (1989). "Modern metabolism as a palimpsest of the RNA world". Proc Natl Acad Sci ABD. 86 (18): 7054–8. Bibcode:1989PNAS. 86.7054B. doi:10.1073/pnas.86.18.7054. PMC297992 . PMID2476811.
  23. ^
  24. Hohn MJ, Park HS, O'Donoghue P, Schnitzbauer M, Söll D (2006). "Emergence of the universal genetic code imprinted in an RNA record". Proc Natl Acad Sci ABD. 103 (48): 18095–100. Bibcode:2006PNAS..10318095H. doi:10.1073/pnas.0608762103. PMC1838712 . PMID17110438.
  25. ^
  26. O'Donoghue P, Luthey-Schulten Z (2003). "On the Evolution of Structure in Aminoacyl-tRNA Synthetases". Microbiol Mol Biol Rev. 67 (4): 550–73. doi:10.1128/MMBR.67.4.550-573.2003. PMC309052 . PMID14665676.
  27. ^ Gesteland, RF et al. eds.(2006) The RNA World: The Nature of Modern RNA Suggests a Prebiotic RNA (2006) (Cold Spring Harbor Lab Press, Cold Spring Harbor, NY,).
  28. ^ Dacks J, Roger AJ (June 1999). "The first sexual lineage and the relevance of facultative sex". Moleküler Evrim Dergisi. 48 (6): 779–783. Bibcode:1999JMolE..48..779D. doi:10.1007/PL00013156. 10229582. S2CID 9441768
  29. ^ Hofstatter PG, Lahr DJG. All Eukaryotes Are Sexual, unless Proven Otherwise: Many So-Called Asexuals Present Meiotic Machinery and Might Be Able to Have Sex. Biyodenemeler. 2019 Jun41(6):e1800246. doi: 10.1002/bies.201800246. Epub 2019 May 14. 31087693
  30. ^ Bernstein H, Byerly HC, Hopf FA, Michod RE. Origin of sex. J Theor Biol. 1984 Oct 5110(3):323-51. doi: 10.1016/s0022-5193(84)80178-2. 6209512
  31. ^
  32. Olsen, GJ Woese, CR Ibba, M. Soll, D. (1997). "Archaeal genomics: an overview". Hücre. 89 (7): 991–4. doi:10.1016/S0092-8674(00)80284-6. PMID9215619. S2CID7576095.
  33. ^
  34. Daubin, V Moran, NA Ochman, H (2003). "Phylogenetics and the cohesion of bacterial genomes". Bilim. 301 (5634): 829–32. Bibcode:2003Sci. 301..829D. doi:10.1126/science.1086568. PMID12907801. S2CID11268678.
    • Eisen, JA Fraser, CM (2003). "Viewpoint phylogenomics: intersection of evolution and genomics". Bilim. 300 (5626): 1706–7. Bibcode:2003Sci. 300.1706E. doi:10.1126/science.1086292. PMID12805538. S2CID42394233.
    • Henz, SR Huson, DH Auch, AF Nieselt-Struwe, K Schuster, SC (2005). "Whole-genome prokaryotic phylogeny". biyoinformatik. 21 (10): 2329–35. doi: 10.1093/bioinformatics/bth324 . PMID15166018.
  35. ^
  36. Esser, C Ahmadinejad, N Wiegand, C Rotte, C Sebastiani, F Gelius-Dietrich, G Henze, K Kretschmann, E et al. (2004). "A genome phylogeny for mitochondria among alpha-proteobacteria and a predominantly eubacterial ancestry of yeast nuclear genes". Moleküler Biyoloji ve Evrim. 21 (9): 1643–60. doi: 10.1093/molbev/msh160 . PMID15155797.
  37. ^
  38. Esser, C Ahmadinejad, N Wiegand, C Rotte, C Sebastiani, F Gelius-Dietrich, G Henze, K Kretschmann, E et al. (2004). "A genome phylogeny for mitochondria among alpha-proteobacteria and a preedominantly eubacterial ancestry of yeast nuclear genes". Mol Biol Evol. 21 (9): 1643–50. doi: 10.1093/molbev/msh160 . PMID15155797.
  39. ^
  40. Woese, C (2002). "On the evolution of cells". Proc Natl Acad Sci ABD. 99 (13): 8742–7. Bibcode: 2002PNAS. 99.8742W. doi:10.1073/pnas.132266999. PMC124369 . PMID12077305.
  41. ^
  42. Koch, AL Silver, S (2005). The first cell. Advances in Microbial Physiology. 50. pp. 227–59. doi:10.1016/S0065-2911(05)50006-7. ISBN9780120277506 . PMID16221582.
  43. ^
  44. Woese, CR (2002). "On the evolution of cells". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 99 (13): 8742–7. Bibcode: 2002PNAS. 99.8742W. doi:10.1073/pnas.132266999. PMC124369 . PMID12077305.

This article incorporates material from the Citizendium article "Evolution of cells", which is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License but not under the GFDL.


HbA2 : biology, clinical relevance and a possible target for ameliorating sickle cell disease

HbA2 , a tetramer of α- and δ-globin chains, provides a diagnostic clue to the presence of β-thalassaemia trait. This minor haemoglobin, which forms about 2-3% of the total, has no known physiological role, but has the interesting property of preventing polymerization of deoxy-sickle haemoglobin. If it were possible to increase the level of HbA2 sufficiently it could have a benefit in sickle cell disease similar to that of foetal haemoglobin. Moreover, HbA2 is present in all erythrocytes, an advantage not found with foetal haemoglobin, which is heterocellularly expressed. The molecular basis of HbA2 gene (HBD) expression is partially understood, and with new molecular tools, it might be possible to induce levels of HbA2 that could be clinically important. However, high concentrations of this positively charged haemoglobin might damage the erythrocyte membrane also, the reciprocal relationship of δ- and γ-globin gene (HBD and HBG1/2, respectively) expression might negate any benefit of increasing transcription of the former.

Anahtar Kelimeler: HbS polymer delta-globin gene foetal haemoglobin haemoglobin switching sickle haemoglobin.


Why is hemoglobin bound in red blood cells?

Why isn't hemoglobin directly synthesized and released into the blood plasma? Producing it only contained in red blood cells seems like a lot of wasted energy to me.

To keep it safe and separate from all the other nasty stuff in your blood. Primarily proteases that would chop up hemoglobin. Cell biology is all about compartmentalizing relevant reactions and processes. It's basically the same reason that the cell has organelles like the lysosome or the nucleus, to keep things that need to be separate

To add to this, carbonic anhydrase is another factor in blood chemistry and it is highly active in red blood cells. Carbonic anhydrase maintains the pH balance, which is impacted by CO2/O2 balance (carbon dioxide is more acidic, so carbonic anhydrase generates the buffer H2CO3). Carbonic anhydrase is commonly cited as the fastest working enzyme, but part of the reason for its speed is that it is contained within red blood cells, the area where its reactant (carbon dioxide) is at highest concentration.

A red cell provides a host of services to the hemoglobin it contains. Red cells produce diphosphoglycerate, shunting it off the glycolytic pathway. Without proper DPG levels, oxygen would be too strongly bound for release in the tissues. Red cells also have high levels of glutathione an essential redox buffer necessary that maintains the proper disulfide-sulfhydral balance of the protein portions of hemoglobin among other functions to do with oxidative stress. However, I wouldn't be surprised if the original evolutionary advantage of packaging hemoglobin in erythrocytes were about protecting iron from infective microorganisms.

If we want to jump back some in our evolutionary timeline, lots of more primitive species of arthropods use hemolymph, where the pigments are not bound in cells, but there are hemocytes that function as a rudimentary immune system.

Jumping forward into more complex organisms, the next level you can look at would be Deuterostomes, but they also contain a dissolved pigment, not a cell bound one (and not very much of it, really). Tunicates also don't have cell bound respiratory pigments. I think the first place erythrocytes show up is in Craniata? Hagfishes have them.

I'm inclined to believe it has more to do with immune function and keeping oxygen sequestered away. All blood cells come off of the hematopoietic stem cell, which evolved before red blood cells. Keeping oxygen sequestered has a twofold benefit: First, without the cells, the maximum oxygen carrying capacity of the blood is limited by the amount of oxygen that can be dissolved in it - sequestering that in cells means the blood can essentially her zaman dissolve more. Second, it prevents the hemoglobin from being attacked by rogue adaptive immune cells (which would very quickly prove to be fatal) and keeps it from being available to bacterial infections, for the same reasons.


Videoyu izle: Hemoglobin Nasıl Arttırılır? (Mayıs Ayı 2022).