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スーパーファミリーの素晴らしい旅：異なる種のタンパク質がどのようにメカニズムを共有しているか知っていますか？
生物界において、タンパク質は生命のさまざまな機能を果たす重要な分子です。科学技術の発展に伴い、研究者はタンパク質スーパーファミリー、つまり共通の祖先を持つタンパク質のグループを徐々に理解するようになりました。これは、異なる種の間でタンパク質機構がどのように共有され、進化してきたかという謎を明らかにする魅力的な旅です。
タンパク質スーパーファミリーの定義
タンパク質スーパーファミリーは、共通の祖先を推測できるタンパク質の最大のグループです。これは多くの場合、構造のアラインメントとメカニズムの類似性に基づいており、配列の類似性がなくても推測できます。スーパーファミリーには通常、複数のタンパク質ファミリーが含まれており、それらの間では配列の類似性が存在します。このため、タンパク質スーパーファミリーは生命の進化を理解するための重要なツールとなります。
「スーパーファミリーのメンバーはすべての生命界に存在する可能性があり、スーパーファミリーの共通祖先がすべての生命の最後の共通祖先 (LUCA) に存在していた可能性があることを示唆しています。」
スーパーファミリーを識別する方法
タンパク質スーパーファミリーを識別する方法は多数ありますが、配列類似性、構造類似性、メカニズム類似性の 3 つのカテゴリに分類できます。
配列の類似性
歴史的には、異なるアミノ酸配列の類似性が相同性を推測する最も一般的な方法であると考えられてきました。類似した配列は、一般的に、収斂進化よりも、遺伝子の重複と分岐進化の結果である可能性が高いです。しかし、配列の類似性を使用して相同性を推測することには限界があります。進化の過程で、関連するタンパク質が検出できない配列の類似性を示す場合があるからです。
構造の類似性
構造は配列よりも進化的に保存されていることが多いため、構造が非常に類似したタンパク質は、配列が完全に異なっていても相同性を示すことがあります。 DALI などの一部のプログラムは、タンパク質の 3 次元構造を使用して、類似した折り畳みを持つタンパク質を見つけます。
機械的な類似性
スーパーファミリー内の酵素は、多くの場合、類似した触媒メカニズムを共有していますが、基質特異性は大きく異なる場合があります。いくつかの触媒機構は独立して進化し、異なるスーパーファミリーを形成している可能性がありますが、異なるスーパーファミリーが多様な触媒機構を示す場合、これも生物システムの複雑さを示しています。
「スーパーファミリーのメンバーは、単一のタンパク質の遺伝子の複製から発生した可能性があります。」
進化的意義と多様性
タンパク質スーパーファミリーの特定は、共通の祖先を特定する私たちの能力の限界を表しています。これらのスーパーファミリーは、証拠に基づく最大の進化グループであり、したがって研究対象となる最も古い進化イベントの一部です。多くのスーパーファミリーのメンバーはさまざまな生物種に出現し、進化の多様性を示しています。
実例
さまざまなタンパク質スーパーファミリーはそれぞれ独自の構造と機能を持っています。例えば、α/β 加水分解酵素スーパーファミリーのメンバーは、さまざまな触媒活性をカバーする典型的な α/β シートを持ち、一方、免疫グロブリンスーパーファミリーは、認識と接着プロセスに関与する 2 層の反平行 β ストランドの特性を構造的に示します。
タンパク質スーパーファミリーリソースPfam、PROSITE、SUPERFAMILY など、タンパク質スーパーファミリーとタンパク質フォールディングに関する情報を記録する生物学データベースは複数あります。これらのリソースは、研究者がタンパク質の進化の歴史とその類似点を調査するのに役立ちます。
科学技術の進歩により、タンパク質の構造と機能についての理解が深まり、生命の仕組みについての理解が深まっただけでなく、医学や生命科学などの分野での進歩を促進する可能性も生まれています。医薬品開発。しかし、その背後には未だ解明されていない謎が数多く残されています。これらのスーパーファミリーの謎を解明することで、生命の進化を理解できるのでしょうか?
