进化如何形成新出现的蛋白质的结构和功能

蛋白质是所有现代生命形式的关键组成部分。例如，血红蛋白在我们的血液中输送氧气。植物叶片中的光合作用蛋白将阳光转化为能量;真菌酶可以帮助我们酿造啤酒和烤面包。长期以来，研究人员一直在研究蛋白质在几千年的过程中如何突变或存在的问题。几十年来，几乎不可能想象到一种全新的蛋白质-连同它们的新特性-几乎一无是处出现，这与希腊哲学家帕门尼德斯(Parmenides)所说的话是一致的：“什么都不可能从无中出现”(例如nihilo nihil fit)。来自明斯特大学(德国)的研究人员与美国和澳大利亚的同事合作，现已重建了进化如何形成果蝇中新出现的蛋白质的结构和功能。该蛋白质对于男性生育至关重要。结果已经发表在《自然通讯》杂志上。

的背景：

到现在为止，人们已经假设新蛋白质是从现有蛋白质中产生的-通过基础基因的复制以及一个或两个基因拷贝中的一系列小突变。但是，在过去的十年中，人们对蛋白质的进化有了新的认识：蛋白质也可以从所谓的非编码DNA(脱氧核糖核酸)发展而来，换句话说，就是从遗传物质中通常不存在的那一部分发展而来。产生蛋白质-然后可以发展为功能性细胞成分。出于以下几个原因，这是令人惊讶的：多年来，人们一直认为，为了发挥功能，蛋白质必须采用高度发达的几何形式(“ 3D结构”)。进一步假设这种形式不能由随机出现的基因发展而来，

尽管进行了数十年的尝试，但全世界的研究人员尚未成功构建具有所需3D结构和功能的蛋白质，这意味着形成功能性蛋白质的“代码”基本上是未知的。尽管这项任务对科学家来说仍然是一个难题，但事实证明，自然界更擅长于新蛋白质的形成。由明斯特大学进化与生物多样性研究所的Erich Bornberg-Bauer教授率领的一组研究人员通过比较众多生物体中新近分析的基因组，发现该物种不仅通过重复的蛋白质编码基因而有所不同。在进化的过程中。另外，蛋白质不断地从头形成(“新”)，即没有任何相关的前体蛋白质经历选择过程。

这些从头蛋白质中的绝大多数是无用的，甚至是微毒的，因为它们会干扰细胞中现有的蛋白质。由于携带编码该蛋白质的新基因的生物损害了存活或繁殖，这种新蛋白质在几代后很快又再次丢失。然而，少数从头蛋白质被证明具有有益的功能。这些蛋白质整合到细胞的分子成分中，经过数百万年的细微修饰，最终变得不可或缺。在这种情况下，许多学习者都想知道一些重要的问题：这种新颖的蛋白质在出生时是什么样的?它们如何改变，它们承担了“新成员”的职能?由博恩伯格·鲍尔(Bornberg-Bauer)教授在明斯特(Münster)领导的小组，