Πρότυπα και ρυθμοί υποκαταστάσεων

Transcript

1 Πρωτεϊνική Εξέλιξη

2 Πρότυπα και ρυθμοί υποκαταστάσεων Ένα σημαντικό ερώτημα στη μελέτη της εξέλιξης αναφέρεται στο πώς είναι δυνατό να διαφέρουν τα πρότυπα και οι ρυθμοί των υποκαταστάσεων ανάμεσα στα διάφορα τμήματα του ίδιου γονιδίου. Γρήγορα έγινε εμφανές ότι κάποιες συγκεκριμένες αμινοξικές διαφορές ήταν πιο πιθανό να παρατηρηθούν ανάμεσα σε δύο ομόλογες πρωτεΐνες (πρωτεΐνες που έχουν ένα κοινό προγονικό μόριο) από ότι κάποιες άλλες. Κάποια αμινοξέα ήταν πιο πιθανό να αντικατασταθούν με άλλα, τα οποία είχαν παρόμοια χημικά χαρακτηριστικά με εκείνα των αμινοξέων που ήταν παρόντα στην προγονική πρωτεΐνη. Αυτή η ελεγχόμενη αντικατάσταση υποστήριξε τις εξής σημαντικές αρχές: α) Οι μεταλλαγές είναι σπάνια γεγονότα, και β) Οι πιο δραματικές αλλαγές απομακρύνονται από τη γονιδιακή δεξαμενή μέσω της φυσικής επιλογής.

3

4 Ρυθμοί μετάλλαξης στο πρωτεινικό επίπεδο Το ποσοστό μη συνωνύμων υποκαταστάσεων είναι περίπου το 71% του συνολικου αριθμού αμινοξικων υποκαταστάσεων. Συνώνυμες μεταλλάξεις συμβαίνουν στο 72% των υποκαταστάσεων του πρώτου νουκλεοτιδίου και 5% του τρίτου νουκλεοτιδίου. Ηλεκτροφόρηση (Ισοεστίαση, 2 διαστάσεων,ρη). Ισοένζυμα (Πολλαπλές μορφές ενός ενζυμικού γονιδίου) Αλλοένζυμα (αλληλόμορφα γονιδίων που κωδικοποιούν ένζυμα)

5 Μελέτες αλληλουχιών πολυάριθμων γονιδίων έδειξαν ότι τα διάφορα τμήματα ενός γονιδίου εμφανίζουν διαφορετικούς ρυθμούς εξέλιξης. Οι μη κωδικές περιλαμβάνουν τα ιντρόνια και τις 5 και 3 μη μεταφραζόμενες ρυθμιστικές περιοχές του γονιδίου. Επί πλέον, υπάρχουν και τα ψευδογονίδια που δεν παράγουν λειτουργικά προϊόντα λόγω συσσώρευσης μεταλλαγών που τα αδρανοποιούν. Αλλά ακόμα και μέσα στην κωδική περιοχή ενός λειτουργικού γονιδίου, δεν επιφέρουν αλλαγές στην αμινοξική αλληλουχία της πρωτεΐνης όλες οι υποκαταστάσεις. Για παράδειγμα αυτές που λαμβάνουν χώρα στην τρίτη θέση μιας τριπλέτας συνήθως δεν επηρεάζουν την πρωτεΐνη λόγω του εκφυλισμού του γενετικού κώδικα.

6

7 Συνώνυμες και μη συνώνυμες θέσεις Εντός των λειτουργικών γονιδίων, οι υψηλότερες τιμές εξελικτικών αλλαγών εμφανίζονται στις συνώνυμες θέσεις, περίπου 5 φορές υψηλότερες απ ό,τι στις μη συνώνυμες. Αυτό είναι αναμενόμενο αφού άλλωστε δεν επηρεάζουν τη λειτουργικότητα της πρωτεΐνης. KS: synonymous changes Redundant genetic code, e.g. GCA GCC Alanine GCG GCT Third base of a codon wobbles without changing the translated amino acid KS measures neutral mutation rate in coding regions without selection }

8 Και ενώ εμφανίζονται με την ίδια συχνότητα συνώνυμες και μη συνώνυμες αλλαγές, οι πρώτες διατηρούνται ενώ οι δεύτερες επηρεάζουν την προσαρμοστικότητα του μορίου (ή τη λειτουργία) και εξαλείφονται από τη φυσική επιλογή. Έτσι, γεννήθηκαν δυο διακριτοί όροι στα πλαίσια της Μοριακής Εξέλιξης: 1) Οι μεταλλαγές που αφορούν αλλαγές της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας που συνέβησαν λόγω λάθους στην πορεία της αντιγραφής ή της επιδιόρθωσης του DNA. 2) Οι υποκαταστάσεις που είναι μεταλλαγές οι οποίες πέρασαν μέσα από το φίλτρο της φυσικής επιλογής μέχρι ένα βαθμό. Για το λόγο αυτό δεχόμαστε ότι ο ρυθμός εμφάνισης των συνώνυμων υποκαταστάσεων αντανακλά τον πραγματικό ρυθμό μεταλλαγής (και όχι εκείνος των μη-συνωνύμων).

9

10 Εκφυλισμένος γενετικός κώδικας Τα αμινοξέα που είναι παρόμοια από χημικής απόψεως τείνουν να έχουν παρόμοια κωδικόνια. Έτσι, το κωδικόνιο CUU της λευκίνης μπορεί να αλλάξει σε αυτό της ισολευκίνης ΑUU μέσω αλλαγής μιας μόνο βάσεως στο επίπεδο του DNA, ενώ απαιτείται η αλλαγή δύο βάσεων για να οδηγηθούμε στη χημικά μη σχετιζόμενη με τη λευκίνη, ασπαραγίνη (AAU).

11

12

13

14

15

16

17

18 Καθώς οι νουκλεοτιδικές και αμινοξικές αλλαγές είναι σπάνιες, τα σενάρια που αναφέρονται στο μικρότερο δυνατό αριθμό αλλαγών είναι και τα πιο πιθανά (να έχουν συμβεί). Ταυτόχρονα, καθώς η φυσική επιλογή δρα για πάρα πολλές γενιές, έχει συμβάλλει στο να έχουν οι περισσότερες πρωτεΐνες αμινοξικές αλληλουχίες τέτοιες που να τις κάνουν να ταιριάζουν ιδανικά στο περιβάλλον δράσης τους, αλλά και να είναι κατάλληλες για τη λειτουργία που επιτελούν. Όσο πιο ουσιαστική είναι μια αλλαγή στην πρωτοταγή δομή μιας πρωτεΐνης, τόσο πιο πιθανόν είναι να επιφέρει σημαντική ζημιά στη λειτουργία της και για αυτό είναι δύσκολο να ξεφύγει από τον έλεγχο της φυσικής επιλογής.

19 Επιλεκτική χρησιμοποίηση κωδικονίων Έχει παρατηρηθεί μια ελαφρώς χαμηλότερη τιμή εξελικτικής αλλαγής σε συνώνυμες θέσεις, συγκριτικά με εκείνη των ψευδογονιδίων, πράγμα που δείχνει ότι οι συνώνυμες υποκαταστάσεις δεν είναι τελείως ουδέτερες, αλλά αντιθέτως, κάποιες τριπλέτες βάσεων ευνοούνται έναντι κάποιων άλλων. Επιπλέον, κάποια συνώνυμα κωδικά δεν χρησιμοποιούνται στον ίδιο βαθμό με κάποια άλλα, σε πολλές αλληλουχίες κάποιων οργανισμών. Για παράδειγμα, η λευκίνη κωδικοποιείται από τις τριπλέτες CUU, CUC, CUA, CUG, UUA και UUG, αλλά στα μεν βακτηριακά γονίδια το 60% των κωδικονίων της λευκίνης είναι CUG και στις ζύμες το 80% κωδικοποιείται από το κωδικόνιο UUG. H φυσική επιλογή φαίνεται ότι ευνοεί κάποια κωδικόνια, έναντι κάποιων άλλων, τα οποία είναι συνώνυμα με αυτά.

20 Κωδικόνια και φυσική επιλογή Έχει παρατηρηθεί, ιδιαίτερα σε γονίδια τα οποία εκφράζονται σε υψηλά επίπεδα σε βακτήρια, ζύμες και διάφορα είδη της Drosophila (οργανισμοί όλοι με σύντομο χρόνο γενεάς και μεγάλα πληθυσμιακά μεγέθη) ότι η επιλογή συγκεκριμένων συνώνυμων κωδικονίων σχετίζεται με την αποτελεσματικότητα της μετάφρασης και υπόκειται στη δράση της φυσικής επιλογής.

21 Ποικιλότητα του ρυθμού εξέλιξης μεταξύ γονιδίων Όπως προηγουμένως αναφερθήκαμε στο διαφορετικό ρυθμό εξέλιξης που εμφανίζεται στις διάφορες περιοχές ενός γονιδίου, ομοίως παρατηρούνται κάποιες διαφορές όταν μελετούνται γονίδια από διαφορετικά είδη. Αυτές μπορούν να αποδοθούν σε διαφορές στη συχνότητα μεταλλαγής, καθώς και στο βαθμό που το γονίδιο επηρεάζεται από τη φυσική επιλογή. Χαρακτηριστικά παραδείγματα που δείχνουν τα διαφορετικά επίπεδα λειτουργικών περιορισμών αποτελούν τα γονίδια των ιστονών, καθώς και των απολιποπρωτεινών. Οι ιστόνες είναι θετικά φορτισμένες, σημαντικές πρωτεΐνες δέσμευσης του DNA και παρούσες σε όλους τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Οποιαδήποτε αλλαγή, ακόμα και μια μόνο αλλαγή αμινοξέος, επηρεάζει την ικανότητα αλληλεπίδρασης με το DNA, και έτσι οι ιστόνες αναφέρονται σαν μια ομάδα γονιδίων που εμφανίζει έναν από τους πιο χαμηλούς ρυθμούς εξέλιξης. Η Η4 του ανθρώπου και η ομόλογη της ζύμης είναι όμοιες, παρά τις εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια ανεξάρτητης εξέλιξης.

22 Οι απολιποπρωτείνες, αντίθετα, αλληλεπιδρούν μη ειδικά και μεταφέρουν μεγάλη ποικιλία λιπιδίων από το αίμα των σπονδυλωτών, με στόχο την κάθαρση αυτών. Η περιοχή που δεσμεύει λιπίδια δομείται ως επί το πλείστον από υδρόφοβα αμινοξέα. Οποιοδήποτε παρόμοιο αμινοξύ, π.χ. λευκίνη, ισολευκίνη, βαλίνη, φαίνεται να συμβάλλει το ίδιο καλά στη λειτουργία της πρωτείνης, αρκεί να είναι υδρόφοβο.

23 6 Fca/mR pigr NKG 2A NKR P1A MAFA L CLEC1 CLEC2 CD69 AICL q22 FDF03 19 DC SIGN (2) CD23 p13 q13.2 q23 q24 IRp60 CMRF35 (2) q13.4 KLFR1 Llt1 Ly49 L 20 CD79a CD155(PVR) SIGLEC s (3) CD66 (~25) SIGLEC s (6) SIRP s (2) MHC NKG 7 FCGRT ILT s (6) LAIR s (2) ILT s (6) KIR s (~15) FCaR NKP46 L II BT B1 DR B3 DR A DR DQ B1 DQ A1 DO B DM A DM B IgSF NK Receptors and relatives Lectin SF NK Receptors and relatives NK Ligands and relatives Other genes A ULBP1 3 TA P LM 2 P TA7 P1 LM P2 GPVI TA FceRI FcgRI FcgRIIA FcgRIIB q25 FcgRIIIA FcgRIIIB IRTA1 5/SPAP p DO 12 DP B1 DP A1 p HLA F HLA G HLA E HLA A HLA C HLA B MICA MICB NKp30 NKp44 TREM PB P 1 Class II TAPASIN TAP HLA DM HLA DQ LMP HLA DR 1 1C 7 LS T1 LT B TN FA LT A NF KB IL 1 AI F G6 b G6 d G6 f HS PA H S 1B PA 1 HS A PA 1L C4 B C4 A Bf C2 GE RA NO TC H4 HLA DO Class III TNF inflammation HF E immune receptors BT N BT 1A1 N2 B T A1 N3 A3 BT N2 A 3 BT N3 BT A 1 N2 A2 BT N3 A2 MO G G HL A HL A A A HL F heat shock complement components HL A B HL A C HL A E MI CA regulatory receptors CB Υπάρχει, τέλος, και μια κατηγορία γονιδίων, η πολυγονιδιακή οικογένεια MHC, που βρίσκεται κάτω από εξελικτική πίεση προκειμένου τα μέλη της να αποκλίνουν και να διαφοροποιηθούν. MI HLA DP Class I Class I like Class I Co receptors? Class I like Fe uptake

24 The Major Histocompatibility Complex Human Chromosome 6 DP DQ DR Antigen Processing Genes Mouse Chromosome 17 Class III Class II Class I K B Complement Proteins Class II I-A I-E Class I Cytokines Class III C A Class I-like genes and pseduogenes Class I D L Μάλιστα, ο ρυθμός των μη συνώνυμων υποκαταστάσεων είναι μεγαλύτερος απ αυτόν των συνώνυμων. Τα πρωτεϊνικά προιόντα αυτών των γονιδίων εμπλέκονται στην ικανότητα του ανοσολογικού συστήματος ν αναγνωρίζει ξένα αντιγόνα, έτσι στους ανθρώπινους πληθυσμούς παρατηρείται το 90% των ατόμων να παίρνουν από τους γονείς τους διαφορετικά σετ γονιδίων MHC (σε 200 άτομα παρατηρούνται κατά μέσο όρο 15 με 30 αλληλόμορφα διαφορετικά, κάτι που ευνοείται από τη φυσική επιλογή).

25 Ρυθμός εξέλιξης του μιτοχονδριακού DNA (mt DNA) Το mtdna του ανθρώπου είναι το 1/10000 του μεγέθους του πυρηνικού γονιδιώματος και κωδικοποιεί 2 rrnas, 22 trnas και 13 πρωτεΐνες. Είναι πολύ χρήσιμο «εργαλείο» για εξελικτικές μελέτες λόγω του μικρού μεγέθους του και του εξαιρετικά υψηλού ρυθμού εξέλιξης που εμφανίζει. Ο τελευταίος (κατά μέσο όρο) όσον αφορά τις συνώνυμες υποκαταστάσεις είναι 5,7 Χ 10-8 υποκαταστάσεις, ανά θέση, ανά έτος (στα θηλαστικά), περίπου 10 φορές δηλαδή εκείνου του ρυθμού που εμφανίζουν οι συνώνυμες υποκαταστάσεις στα πυρηνικά γονίδια. Ακόμα και ο εξελικτικός ρυθμός των μη συνώνυμων θέσεων εμφανίζεται πολύ μεγαλύτερος του αντίστοιχου των πυρηνικών γονιδίων.

26 Το mtdna των ζώων μπορεί να υπόκειται σε τόσο γρήγορες εξελικτικές αλλαγές λόγω μεγαλύτερου σφάλματος που παρουσιάζεται στην αντιγραφή και επιδιόρθωση του (οι μιτοχονδριακές DNA-πολυμεράσες δεν είναι υψηλής πιστότητας όπως οι πυρηνικές). Ακόμα, η παρουσία ελεύθερων ριζών οξυγόνου σε μεγάλη συγκέντρωση, που οφείλεται στις μεταβολικές διαδικασίες που επιτελούνται στα μιτοχόνδρια, μπορεί να είναι η αιτία της υψηλής τιμής υποκαταστάσεων που παρατηρείται. Ακόμα, η εξελικτική πίεση που απομακρύνει πολλές μεταλλαγές στα πυρηνικά γονίδια, είναι πιο χαλαρή στα μιτοχόνδρια διότι τα περισσότερα κύτταρα περιέχουν αρκετές δεκάδες μιτοχονδρίων.

27 Επιπλέον, το mtdna των θηλαστικών διαφέρει από το πυρηνικό επειδή η πλειονότητα αυτού κληρονομείται από τη μητέρα. Τα μιτοχόνδρια βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα και είναι γνωστό ότι στο κυτταρόπλασμα του ζυγωτού συνεισφέρει μόνο το ωάριο της μητέρας. Έτσι, το mtdna δεν υπόκειται στη διαδικασία της μείωσης και όλοι οι απόγονοι πρέπει νάναι ακριβώς όμοιοι με το μητρικό γενότυπο για τις αλληλουχίες του mtdna. Για όλους αυτούς τους λόγους το mtdna αποτελεί χρήσιμο εργαλείο για τη σύγκριση στενά (εξελικτικά) συνδεδεμένων ειδών ή ατόμων.

28 ΜΟΡΙΑΚΑ ΡΟΛΟΓΙΑ Παρόλο που οι διαφορές στις τιμές νουκλεοτιδικών και αμινοξικών υποκαταστάσεων μεταξύ πυρηνικών γονιδίων ποικίλουν με βάση τους διαφορετικούς επιλογικούς περιορισμούς των αντίστοιχων πρωτεϊνών, εν τούτοις ο ρυθμός μοριακής εξέλιξης γενετικών τόπων με παρόμοιους λειτουργικούς περιορισμούς μπορεί να είναι σταθερός για μεγάλες περιόδους, στα βάθη του εξελικτικού χρόνου. Πράγματι, συγκριτικές μελέτες των Emile Zuckerkandl και Linus Pauling σε πρωτεϊνικές αλληλουχίες από τη δεκαετία του 60 προσέφεραν αποδείξεις για σταθερό ρυθμό υποκατάστασης σε ομόλογες πρωτεΐνες, για δεκάδες εκατομμύρια χρόνια. Αυτό οδήγησε τους επιστήμονες στο να παρομοιάσουν τη συσσώρευση αμινοξικών αλλαγών με το σταθερό ρυθμό που χτυπάει ένα ρολόι, κι έτσι δημιουργήθηκε η ιδέα του μοριακού ρολογιού.

29 Εξελικτικός συντηρητισμός και λειτουργικότητα σε ωρισμένες πρωτείνες. Μοριακά ρολόγια. Κυτόχρωμα C Τα μιτοχονδριακά ένζυμα εξελίσσονται με αργότερο ρυθμό σε σχέση με τα ομόλογα τους (παράτροπα) που δρούν στο κυτταρόπλασμα. Μοριακά ρολόγια Ο ρυθμός αμινοξικής υποκατάστασης είναι ο ίδιος για συγκεκριμένες πρωτείνες στα θηλαστικά. Ειναι εμπειρικό Ειναι στοχαστικό Υπάρχουν πολλές εξαιρέσεις Ανακριβής υπολογισμός του απόλυτου ρυθμού αμ. υποκατάστασης. Ελεγχος του σχετικού ρυθμού

30 Το μοριακό ρολόι μπορεί να λειτουργεί με διαφορετικό ρυθμό στις διάφορες πρωτεΐνες, όμως ο αριθμός των διαφορών ανάμεσα σε δύο ομόλογες πρωτεΐνες φαίνεται να σχετίζεται πολύ καλά με το χρόνο απόκλισης των αντίστοιχων ειδών. Αυτό ήταν ένα πολύ σημαντικό κίνητρο για την άμεση χρησιμοποίηση βιολογικών μορίων σε εξελικτικές μελέτες, προκειμένου να προσεγγιστούν οι φυλογενετικές σχέσεις μεταξύ ειδών. Παρά τις όποιες υποσχέσεις που διεφάνησαν, όμως, η υπόθεση του μοριακού ρολογιού εμπεριέχει και κάποιες αντιφάσεις. Οι κλασσικοί εξελικτικοί υποστηρίζουν ότι ο ακανόνιστος ρυθμός της μορφολογικής εξέλιξης είναι μη συμβατός με το σταθερό ρυθμό της μοριακής αλλαγής που υποστηρίζει το ρολόι.

31 Πολυγονιδιακές οικογένειες Ο γονιδιακός διπλασιασμός έχει διαδραματίσει πολύ σημαντικό ρόλο στην αύξηση του μεγέθους του γονιδιώματος και, κατά συνέπεια, και του πληροφοριακού περιεχομένου του, καθώς και στη δημιουργία οικογενειών γονιδίων που μπορεί να αποκλίνουν ως προς τη νουκλεοτιδική τους αλληλουχία. Στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς συναντούμε συχνά πολλαπλά αντίγραφα γονιδίων που βρίσκονται διευθετημένα το ένα δίπλα στο άλλο, και όλα τους έχουν ταυτόσημες ή πολύ παρόμοιες αλληλουχίες. Αυτές οι πολυγονιδιακές οικογένειες είναι σύνολα σχετιζόμενων γονιδίων που εξελίχτηκαν μέσω διπλασιασμών από κάποιο (-α) προγονικό (α) γονίδιο (-α).

32 Πολυγονιδιακές οικογένειες Τέτοιες οικογένειες έχουν βρεθεί σε όλους τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς που έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα, και ο αριθμός των αντιγράφων σε μια οικογένεια κυμαίνεται από δυο μέχρι περισσότερα από 106. Στο ανθρώπινο γονιδίωμα, για παράδειγμα, η Alu αλληλουχία συγκροτεί μια οικογένεια με περισσότερα από αντίγραφα. Ο αριθμός των διαφόρων οικογενειών ανά γονιδίωμα συχνά ανέρχεται σε μερικές εκατοντάδες, και τα μέλη μιας οικογένειας μπορεί να βρίσκονται είτε συγκεντρωμένα πάνω σε ένα χρωμόσωμα ή διάσπαρτα ανάμεσα σε άλλα γονίδια σε διαφορετικά χρωμοσώματα.

33 Ένα κλασικό παράδειγμα πολυγονιδιακής οικογένειας αποτελούν τα γονίδια των σφαιρινών, που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες που μεταφέρουν το οξυγόνο στο αίμα μας. Στον άνθρωπο η πολυγονιδιακή αυτή οικογένεια αποτελείται από 7 γονίδια α-like-σφαιρινών που κωδικοποιούνται στο χρωμόσωμα 16 και 6 γονίδια β-likeσφαιρινών που βρίσκονται στο χρωμόσωμα 11. Συναντώνται και σε άλλα ζώα, ακόμα και σε φυτά, πράγμα που υποδηλώνει πως πρόκειται για μια πολύ αρχαία γονιδιακή οικογένεια.

34 Organisation of globin genes Fig Σχεδόν όλα τα λειτουργικά γονίδια των σφαιρινών έχουν 3 εξόνια που διαχωρίζονται από 2 ιντρόνια. Όμως, τόσο ο αριθμός όσο και η σειρά των γονιδίων των σφαιρινών ποικίλει μεταξύ των ειδών. Φαίνεται πως ένα προγονικό γονίδιο, μάλλον η μυοσφαιρίνη, διπλασιάστηκε και διαφοροποιήθηκε προκειμένου να δώσει ένα α-like και ένα β-like γονίδιο. Τα γονίδια αυτά υποβλήθηκαν στη συνέχεια σε διαδοχικούς διπλασιασμούς, δημιουργώντας έτσι τα α-like και β-like γονίδια που συναντάμε σήμερα.

35

36 Ρυθμοί και πρότυπα αμινοξικών υποκαταστάσεων Ομόλογες ακολουθίες (προέρχονται από κοινό πρόγονο). Ανάλογες ακολουθίες (συγκλίνουσα εξέλιξη). Παράτροπα γονίδια (ανεξάρτητα γονίδια που εξελίχθηκαν στον ίδιο οργανισμό από κοινό πρόγονο). Ορθότροπα γονίδια (διαφοροποίηση μετα την διασπαση του φορέα τους σε διαφορετικά είδη). Υπολογισμός χρόνου διάσπασης ειδών. Γραμμική αύξηση του χρόνου φυλογενετικής απόκλισης. Ρυθμοί εξέλιξης (κυτόχρωμα C, ινιδογοπεπτίδιο Α).

37 Homologs, orthologs, paralogs UWC Program in Applied Biotechnology BIO341 Gene Discovery 2001 Δημιουργείται έτσι μια ποικιλότητα ως προς τον αριθμό των αντιγράφων. Διπλασιασμένοι γενετικοί τόποι μέσα σε ένα είδος ονομάζονται παράλογα γονίδια, ενώ τα αντίστοιχα γονίδια σε διαφορετικά είδη ονομάζονται ορθόλογα.

38 Έτσι, οι αλυσίδες α και β των σφαιρινών του ανθρώπου θεωρούνται παράλογες, ενώ οι β-σφαιρίνες του ανθρώπου και της κότας θεωρούνται ορθόλογες. Ορισμένα μέλη της πολυγονιδιακής οικογένειας των σφαιρινών έχουν αποκλίνει όσον αφορά τη λειτουργία τους. Η μυοσφαιρίνη εκφράζεται στους μύες, η αιμοσφαιρίνη στα ερυθροκύτταρα, ενώ η έκφραση αρκετών από τα γονίδια της αιμοσφαιρίνης διαφέρει στο εμβρυικό, στο κυηματικό (fetal) και στο ενήλικο στάδια των θηλαστικών. Εκτός από τα λειτουργικά μέλη της οικογένειας των σφαιρινών υπάρχουν και τα μη λειτουργικά μέλη ή ψευδογονίδια. Αυτά παρουσιάζουν πολυάριθμες νουκλεοτιδικές αντικαταστάσεις σε σχέση με τα λειτουργικά γονίδια, συμπεριλαμβανομένων και μεταλλαγών μετατόπισης του αναγνωστικού πλαισίου, καθώς και σχηματισμό κωδικονίων λήξης τα οποία παρεμποδίζουν την πλήρη μετάφραση που θα οδηγούσε σε ένα λειτουργικό πολυπεπτίδιο.

39

40 Οι επαναλαμβανόμενοι γονιδιακοί διπλασιασμοί αποτελούν μια συνήθη εξελικτική διαδικασία, ενώ τ αντίγραφα των γονιδίων των σφαιρινών ποικίλουν και μέσα σε κάποιους πληθυσμούς ανθρώπων. Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν δύο γονίδια α-σφαιρίνης στο Chr16 κάποια άτομα ένα μόνο στο Chr16, και κάποια άλλα 3 ή 4 σε ένα από τα χρωμοσώματα τους. Όλα αυτά δείχνουν ότι οι διπλασιασμοί και οι ελλείψεις γονιδίων στις πολυγονιδιακές οικογένειες είναι μέρος μιας σταθερής πορείας που συνεχίζεται μέχρι και σήμερα.

41 Αποκλίνουσα Εξέλιξη

42 Ανοσοβιολογική Απόσταση Βασίζεται στην ένταση της ανοσοβιολογικής αντίδρασης μεταξύ αντιγόνου και αντιορών, που έχουν γίνει από πρωτείνες διαφορετικών ειδών. Οσο πιο μεγάλη είναι η ομοιότητα μεταξύ της πρωτείνης που χρησιμοποιήθηκε για παραγωγή των αντισωμάτων και μιας ξένης ομόλογης πρωτείνης, τόσο πιο έντονη είναι η αντίδραση. Ποστοστό λάθους: Πειραματικό λάθος (2%) Η πρωτείνη μπορεί να είναι πολυμορφική και τότε το λάθος είναι μεγάλο για συγγενή είδη και μικρό για απομακρυσμένα. Η διασπορά της ανοσοβιολογικής