Historia informacji genetycznej. Jak ewolucja tworzy nową informację (z ma ą dygresją).

Transkrypt

1 Historia informacji genetycznej. Jak ewolucja tworzy nową informację (z ma ą dygresją).

2 Czym jest życie? metabolizm + informacja (replikacja) 2

3 Cząsteczki organiczne mog y powstać w atmosferze pierwotnej Ziemi Oparin, Haldane Miller,

4 Co by o najpierw? } Metabolizm (Oparin, Dyson) } Zależny od informacji genetycznej (kodowane enzymy) } Replikacja (Eigen) } Zależna od metabolizmu (enzymy replikujące DNA) 4

5 Świat RNA: metabolizm + replikacja RNA może wykazywać aktywność enzymatyczną (metabolizm) 5

6 RNA może tworzyć różne struktury 6

7 RNA katalityczne } omas Cech (1982) intron w Tetrahymena sam się wycina Nagroda Nobla

8 RNA katalityczne } Sidney Altman (1983) RNaza P (enzym tnący prekursory trna) składa sie z białka i RNA, to RNA jest katalizatorem Nagroda Nobla

9 RNA syntetyzuje bia ko 9

10 Jak powsta a informacja genetyczna Powstają pierwsze nici RNA RNA replikuje RNA RNA katalizuje reakcje z udziałem aminokwasów RNA katalizuje tworzenie białek i DNA DNA przejmuje rolę materiału genetycznego 10

11 Problemy świata RNA } Ograniczona zdolność magazynowania informacji w pojedynczym replikatorze (ilość informacji możliwej do zakodowania jest odwrotnie proporcjonalna do częstości błędów replikacji granica Eigena) } Rozwiązanie sieci współdziałających replikatorów (hipercykle) } Samolubne RNA w sieci replikatorów } Abiotyczna synteza RNA 11

12 Historia życia na Ziemi 12

13 Historia życia na Ziemi 13

14 Gdyby Ziemia istnia a 1 rok } 1. I powstaje Ziemia } 25 II pierwsze formy życia? } 20 III pierwsze skamieniałe komórki (sinice) } 13 VI Tlen w atmosferze } 17 VII - Eukarionty 14

15 Gdyby Ziemia istnia a 1 rok } } } } } } 3 IX pierwsze wielokomórkowce (glony) 8 XI wielokomórkowe zwierzęta 15 XI eksplozja kambryjska różnorodność zwierząt 21 XI - ryby 24 XI rośliny na lądzie 27 XI rośliny naczyniowe i stawonogi na lądzie 15

16 Gdyby Ziemia istnia a 1 rok } 2 XII płazy na lądzie } 9 XII - Perm, wielkie wymieranie, gady } 19 XII - ptaki } XII - dinozaury 16 grafika:

17 Gdyby Ziemia istnia a 1 rok } 26 XII wymierają dinozaury } 28 XII małpy } 31 XII, rozdzielenie linii przodków ludzi i szympansów } 31 XII, Homo erectus } 31 XII, nasi przodkowie opuszczają Afrykę } 31 XII, zasiedlenie Europy 17 daty wg.

18 Drzewo ewolucyjne życia? 18

19 Prokarionty i Eukarionty 19

20 Powstanie komórki eukariotycznejendosymbioza 20

21 Scenariusze endosymbiozy Seria endosymbioz, etap przejściowy eukariont amitochondrialny Symbiont dostarczał ATP, albo usuwał toksyczny tlen ( Ox-tox ) Hipoteza wodorowa Gospodarz: wymagający wodoru Symbiont: wytwarzający wodór 21 Lang et al. Annu. Rev. Genet :351 97

22 Jak mitochondria traci y swój genom Wolno żyjące bakterie genów Endosymbiontyczne bakterie (Rickettsia) genów Pierwotne mitochondria (Reclinomonas) genów Mitochondria współczesne genów 22

23 Wymiana genów } U bakterii dochodzi nadal do częstej wymiany genów między różnymi (nawet odległymi gatunkami) } Trudno zdefiniować gatunek czy genom } Inny obraz ewolucji nie drzewo, tylko splecione linie 23

24 Skąd się biorą nowe geny } Liczba genów w trakcie ewolucji wzrasta } Jak powstaje nowa informacja (nowe geny)? 24

25 Duplikacje T.A. Brown. Genomy III, PWN

26 Ewolucja globin 26

27 Paralogi i ortologi } Paralogi geny homologiczne w tym samym genomie, powstałe w wyniku duplikacji genu - np. α-globina i β- globina człowieka } Ortologi geny homologiczne powstałe w wyniku specjacji, pochodzące od genu u wspólnego przodka np. α-globina człowieka i α-globina myszy 27

28 Ewolucja genów opsyn 28

29 29 Ewolucja widzenia kolorów

30 30 Geny HOX regulatory rozwoju

31 Bia ka sk adają się z domen T.A. Brown. Genomy III, PWN 2009 Granice domen i eksonów często się pokrywają 31

32 Wspólne motywy w różnych genach Możemy stawiać hipotezy dotyczące funkcji nieznanych białek na podstawie motywów znajdowanych w sekwencji. Podstawa większości współczesnych badań biochemicznych!! 32

33 Ewolucyjne klocki Złożone sieci współzależności złożoność budowana przez oddziaływania i kombinacje, a nie liczbę elementów składowych } Nowe elementy przez duplikację istniejących } 33

34 Inne czynniki } U bakterii wciąż aktywna wymiana genów } plazmidy, pobieranie DNA } problem przekazywanie genów oporności na antybiotyki } Wirusy } Odegrały rolę w ewolucji } Powstanie DNA? } Powstanie jądra eukariotycznego? } Powstanie płci? } Powstanie łożyska u ssaków } Czynnik zmienności genomu (integracja, rekombinacja) 34