Origin of complexity in haemoglobin evolution

血红蛋白进化的复杂性起源

来源：NATURE

IF：49.962

摘要：大多数蛋白质结合成具有特定结构的多聚体复合物，通常具有协同配体结合或变构调节等功能特性。没有关于多聚体及其功能在进化过程中如何产生的详细知识。在这里，我们使用祖先蛋白质重建和生物物理分析来阐明脊椎动物血红蛋白的起源，这是一种由副同源α-和β-亚单位组成的异源四聚体，通过以中等亲和力协同结合氧来介导呼吸氧转运和交换。我们证明了现代血红蛋白是从一个古老的单体进化而来的，并描述了现代四聚体进化的历史“缺失环节”——一种具有高氧亲和力的非合作同型二聚体，存在于产生不同α和β亚基的基因复制之前。在祖先蛋白中重新引入两个复制后历史替代物，通过与相对亚单位上更古老的残基建立有利的接触，足以引起强烈的四聚化。这些表面置换显著降低了氧亲和力，甚至赋予了协同性，因为氧结合位点和多聚界面之间的古老联系已经是蛋白质结构的固有特征。我们的发现证实，进化可以通过简单的遗传机制产生新的复杂分子结构和功能，将现有的生物物理特征吸收到更高层次的结构中。