Мутации и отбор

Мутации и отбор
Сегодня основное внимание уделим мутациям

Мутации белка – следствия мутаций кодирующей последовательности его ген
Последовательность одного и того же белка у потомка может отличаться от последовательности предка
Отличия происходят из-за мутаций в кодирующей последовательности гена

CDS, coding sequence –
кодирующая последовательность гена
atgcccaaagcc……………….tga
Начало CDS: atg
Стоп-кодоны: taa, tag, tga

Геномная ДНК
Большая молекула
Полимер
Линейный
Ориентированный
Гетерополимер
Двухцепочечный
Цепочки ориентированы противоположно

Каждая комплементарная пара нуклеотидов ДНК потомка происходит из комплементарной пары ДНК предка
ДНК потомка всегда получается из предковой ДНК репликацией
Поэтому ДНК-потомок имеет ту же последовательность, что и ДНК-предок
Закон биологии: из каждого закона биологии существуют исключения
Вопрос: существуют ли исключения из этого закона?

Схема репликации

Виды мутаций
Замена нуклеотида на другой
Делеция одного или нескольких подряд нуклеотидов
Вставка одного или нескольких подряд нуклеотидов
Дупликация участка
Перестановка участка - рекомбинация

Причины мутаций разнообразны
Ошибки ДНК-зависимой ДНК-полимеразы
Мутации из-за мутагенов – химических соединений, радиации, ультрафиолета и др.
Ошибки репарации
Работа разнообразных систем рекомбинации
Специально запланированные механизмы вариации ДНК
…

Мутации CDS и отбор
Мутации белка происходят из-за мутаций кодирующей последовательности ДНК
Последовательность белка находится под прессом отбора:
каждый белок имеет свои биологические функции
функция белка зависит от структуры белка и от остатков, напрямую участвующих в выполнении функции
свойства и структура белка зависят от последовательности
Малое число мутаций CDS имеют шанс закрепиться в эволюции
Мутации последовательности белка происходят редко;
но если подождать 10 млн лет, то можно обнаружить довольно много!

Как отобразить отошение предок – потомок для нуклеотидов?
Выравнивание – общепринятый способ отражения
“родства” нуклеотидов или аминокислотных остатков
seq1:…..AAAC--TGATGCAACGTGA…..
seq2:......AAtCttTGAT---ACcTGA…..

“Наследование” аминокислотного остатка белка
Если все три нуклеотида кодона потомка унаследованы от трех нуклеотидов кодона предка, то можно говорить о том, что остаток потомка произошел от остатка предка
Такие остатки следует помещать в одну колонку выравнивания аминокислотных последовательностей
Это еще не вся правда про выравнивание последовательностей белков!

Проблема выравнивания
Время наблюдения за последовательностью много меньше 10 млн лет ☹
Мы наблюдаем только потомков общего предка, а самого предка не знаем
Про родство аминокислотных остатков приходится догадываться
Как догадываться – об этом на следующих занятиях

Аминокислотные остатки помещают в одну колонку выравнивания если они
происходят от одного предкового остатка последовательности белка – общего предка (эволюция)
их C_alpha атомы находятся в участках полипептидной цепи сходной конформации (структура)
играют сходную роль в белке (функция)

Пример выравнивания

Что делать с остатками, которые не должны выравниваться?

Выравнивание и эволюция
Последовательности белка оболочки из двух штаммов
вируса Коксаки

..
Последовательности белка оболочки из двух штаммов
вируса Коксаки и энтеровируса человека

Что есть что (редактор GeneDoc)
Название последовательности
Номер столбца выравнивания
Номер последнего в строке остатка ИЗ ЭТОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Консервативный остаток
Функционально консервативная позиция