یک مطالعه جدید در مورد پروتئین ها، ماشین های مولکولی که تمام حیات را به حرکت در می آورند، همچنین تاریخ موجودات زنده را روشن می کند.
مطالعه در مجله Structure نشان می دهد که پس از گذشت چندین سال از تکامل تدریجی، پروتئین ها ناگهان "بنگ بزرگ" نوآوری را تجربه کردند. نواحی فعال بسیاری از پروتئین‌ها که دامنه نامیده می‌شوند، با یکدیگر ترکیب می‌شوند یا از هم جدا می‌شوند و مجموعه‌ای از ساختارها را تولید می‌کنند که قبلاً هرگز دیده نشده بودند. این انفجار اشکال جدید همزمان با افزایش سریع تنوع سه ابر پادشاهی حیات (باکتری ها، میکروب های معروف به آرکیا، و یوکاریا، گروهی که شامل حیوانات، گیاهان، قارچ ها و بسیاری از موجودات دیگر می شود) بود.
نویسنده اصلی Gustavo Caetano-Anollés، استاد بیوانفورماتیک در بخش علوم زراعی در دانشگاه ایلینویز و وابسته به مؤسسه زیست شناسی ژنومی، سال ها را صرف مطالعه ساختارهای پروتئینی کرده است - او آنها را "معماری" می نامد. - که او پیشنهاد می کند یک رکورد قابل اعتماد از رویدادهای تکاملی ارائه دهد.
همه پروتئین ها حاوی دامنه هایی هستند که می توان آنها را با شباهت های ساختاری و عملکردی آنها با یکدیگر شناسایی کرد. این حوزه ها چرخ دنده ها و موتورهایی هستند که به ماشین آلات پروتئینی اجازه کار می دهند. هر پروتئین دارای یک یا چند مورد از آنها است و پروتئین های بسیار متفاوت می توانند دارای دامنه های یکسان یا مشابه باشند.
با انجام یک سرشماری از همه حوزه هایی که در گروه های مختلف موجودات زنده ظاهر می شوند و مقایسه فهرست پروتئینی صدها گروه مختلف، محققان توانستند جدول زمانی تکامل پروتئین را بسازند که مستقیماً با تاریخچه زندگی مرتبط است..
"Caetano-Anollés گفت: "تاریخچه مجموعه پروتئین باید با تاریخچه کل ارگانیسم مطابقت داشته باشد، زیرا ارگانیسم از همه آن قطعات تشکیل شده است."
او و نویسنده همکارش، مینگلی وانگ، محقق فوق دکترا، علاقه مند به ردیابی نحوه استفاده پروتئین ها از حوزه های خود، یا گروه هایی از حوزه ها، برای انجام وظایف مختلف بودند. این دامنه‌ها یا خوشه‌های دامنه را می‌توان به‌عنوان «ماژول‌هایی» در نظر گرفت که به روش‌های مختلف برای دستیابی به اهداف مختلف با هم هماهنگ می‌شوند.
برخلاف توالی اسیدهای آمینه در یک پروتئین که بسیار مستعد تغییر است، ماژول‌های پروتئینی که امروزه در موجودات زنده یافت می‌شوند دوام آورده‌اند زیرا وظایف حیاتی را انجام می‌دهند که برای ارگانیسم‌های میزبان آنها مفید است، Caetano-Anollés. گفت.
"این ماژول ها در برابر تغییر مقاوم هستند، آنها بسیار یکپارچه هستند و در زمینه های مختلف استفاده می شوند.
با ردیابی تاریخچه ماژول ها، محققان توانستند یک جدول زمانی تقریبی از تکامل پروتئین بسازند. این نشان داد که قبل از ظهور سه ابرپادشاهی، بیشتر پروتئین‌ها فقط دارای حوزه‌های منفردی بودند که وظایف زیادی را انجام می‌دادند.
"با گذشت زمان، این دامنه ها شروع به ترکیب با سایرین کردند و بسیار تخصصی شدند، " Caetano-Anollés. این در نهایت به انفجار بزرگ معماری پروتئین منجر شد.
"دقیقا در زمان انفجار بزرگ،" او گفت، بسیاری از دامنه های ترکیبی شروع به تقسیم شدن کردند و دوباره ماژول های تک دامنه ای متعددی ایجاد کردند. اما این ماژول های جدید بسیار کارآمدتر و تخصصی تر از پیشینیان باستانی خود بودند.
کائتانو-آنولس گفت: "این بسیار منطقی است." "همانطور که پیچیده تر می شوید، می خواهید کارها را به خوبی تنظیم کنید، کارها را به روشی مناسب تر انجام دهید."
ماژول های پروتئینی سه ابرپادشاهی نیز به طور چشمگیری از یکدیگر جدا شدند، با یوکاریا (گروهی که شامل گیاهان و حیوانات می شود) میزبان بیشترین تنوع ماژول ها بود.
"این انفجار تنوع به یوکاریا اجازه داد تا کارهایی را با پروتئین های خود انجام دهد که سایر موجودات نمی توانند انجام دهند."
