341 lines
8.1 KiB
Plaintext
341 lines
8.1 KiB
Plaintext
Evolution ur ett
|
||
biokemisk perspektiv
|
||
Föreläsningar för läkarprogrammets termin 1
|
||
Litteratur:
|
||
Detta föreläsning
|
||
Berg kap 6
|
||
|
||
Evolution ur ett
|
||
biokemisk perspektiv
|
||
-
|
||
|
||
Historien bakom evolution som koncept
|
||
Mekanismer och drivkrafter för evolutionen
|
||
Livets utveckling
|
||
Tillämpningar (Fylogenetik, multiple sequence alignements,
|
||
strukturbestämning, karcinogenes, metagenomik, etc..)
|
||
|
||
Nothing in Biology Makes Sense Except in the Light of Evolution
|
||
Theodosius Dobzhanszy, The American Biology Teacher Vol. 35, 1973
|
||
|
||
Här började det:
|
||
|
||
Och nu är vi här:
|
||
|
||
Historien bakom EVOLUTION som Koncept
|
||
|
||
Samlare och katalogisering
|
||
|
||
Lade grunden till den moderna
|
||
nomenklaturen inom biologin
|
||
och den moderna systematiken,
|
||
som grupperar växter och djur,
|
||
osv.
|
||
|
||
Växtgeografins fader
|
||
Carl von Linné, 1775
|
||
|
||
Alexander von Humboldt, 1843
|
||
Source: wikipedia
|
||
|
||
Historien bakom Evolution som Koncept
|
||
|
||
Banbrytande insikter
|
||
On the Perpetuation of Varieties
|
||
and Species by Natural
|
||
Means of Selection, 1858
|
||
|
||
Jean-Baptiste de Lamarck
|
||
Philosophie Zoologique, 1809
|
||
|
||
On the Origin of Species by
|
||
Means of Natural Selection,
|
||
1871
|
||
Charles Darwin
|
||
Source: Cambridge University Library
|
||
|
||
On the Tendency of Varieties to
|
||
depart indefinitely from the
|
||
Original Type, 1858
|
||
|
||
Source: https://app.emaze.com/@ALFWLCFC/evolution-of-the-giraffe#1
|
||
|
||
Alfred Russel Wallace
|
||
|
||
Source: wikipedia
|
||
|
||
Historien bakom Evolution som Koncept
|
||
|
||
Darwin´s tree of life,
|
||
|
||
Darwin´s finches
|
||
|
||
1837
|
||
|
||
Source: national geographics, wikipedia
|
||
|
||
Historien bakom Evolution som Koncept
|
||
|
||
Två huvudprincipier:
|
||
• Variation i en population skapas genom processer som ökar
|
||
mångfalden i en genpool.
|
||
• Naturligt urval. Individer har olika sannolikhet att överleva
|
||
|
||
beroende på vilka ärftliga egenskaper de har. ‘Survival of the
|
||
fittest’.
|
||
|
||
Historien bakom Evolution som Koncept
|
||
|
||
Banbrytande insikter
|
||
Versuche über Pflanzenhybride,
|
||
1865
|
||
Den första teorin om hur egenskaper
|
||
nedärvs genom att anlag slumpmässigt
|
||
kombineras i avkomman.
|
||
|
||
Gregor Mendel
|
||
|
||
Source: wikipedia
|
||
|
||
Livets enhet
|
||
Dom mesta livsformer vi känner till är väldigt lika på ett grundläggande plan:
|
||
1. Arvsmassan är alltid kodad i nukleotidpolymerer (RNA eller DNA)
|
||
2. Arvsmassan är alltid översatt från tre kvävebas-kodoner i RNA till
|
||
polypeptider med olika aminosyror
|
||
3. Den grundläggande metabolismen är nästan identisk i alla livsformer
|
||
|
||
4. ATP är den cellulära energivalutan i alla livsformer
|
||
5. Alla organismer använder co-faktorer i sina enzymer
|
||
|
||
Livets ursprung på jorden hände en gång i tiden och
|
||
alla livsformer är släkta med varandra.
|
||
|
||
Man is but a worm
|
||
|
||
Source: wikipedia
|
||
|
||
Historien bakom Evolution som Koncept
|
||
Två huvudprincipier:
|
||
• Variation i en population skapas genom processer som ökar
|
||
mångfalden i en gen pool.
|
||
|
||
• Naturligt urval. Individer har olika sannolikhet att överleva och
|
||
att fortplanta sig beroende på vilka ärftliga egenskaper de har.
|
||
‘Survival of the fittest’.
|
||
|
||
Variation i en genpool:
|
||
-
|
||
|
||
Mutationer i gameter (~2.5×10−8 per bas per
|
||
generation, ungefär 60 mutationer per generation)
|
||
|
||
a. feler på replikationen
|
||
b. kemisk modifiering
|
||
c. transposon flytt, translokation
|
||
d. etc.
|
||
-
|
||
|
||
Genetisk rekombination
|
||
a. interchromosomal
|
||
b. intrachromosomal
|
||
|
||
-
|
||
|
||
Förändringarna i ploiditet
|
||
|
||
Alla dessa variationer är inte riktade
|
||
|
||
Naturligt urval:
|
||
Naturligt urval innebär att
|
||
individer/celler/organismer/etc med
|
||
egenskaper som gör att de är bättre
|
||
anpassade till den aktuella miljön oftare
|
||
överlever och kan fortplanta sig, vilket gör att
|
||
dessa egenskaper tenderar att vara de som
|
||
sprider sig till kommande generationer.
|
||
Detta möjliggör att nya nischar utnyttjas och
|
||
att organismer får en selekterbar fördel
|
||
gentemot andra (celler/organismer/etc.).
|
||
|
||
Survival of the fittest
|
||
|
||
Livets utveckling “origin of life” - hur gick det till?
|
||
|
||
Miller-Urey-experimentet:
|
||
Enkla organiska molekyler kan
|
||
bildas från enkla reaktanter
|
||
|
||
Man har vissa rön som tyder på att
|
||
livets evolution kan ha ägt rum kring
|
||
hydrotermala öppningar på havets
|
||
botten.
|
||
|
||
Endosymbiosis och mitokondrierna
|
||
|
||
Nyttjan för en biokemist att förstå
|
||
|
||
principier bakom evolution
|
||
- Fylogenetisk systematik: Nya sekvenseringsmetoder leder till att
|
||
man förstår bättre hur organismer/proteiner är släckt med
|
||
varandra och hur funktioner/celler/etc har utvecklats
|
||
- Strukturbiologi: Storskalig analys av aminosyrasekvens mot kända
|
||
proteinstruktur möjliggör att förutsäga med hög precision
|
||
strukturen från nya proteinsekvenser
|
||
- Storskalig sekvensering leder till upptäckt av släktträd och länge
|
||
sedan utdöda arter
|
||
|
||
- o.s.v………
|
||
|
||
Fylogenetisk systematik
|
||
• Kladistik, även fylogenetisk
|
||
systematik, är en vetenskaplig
|
||
metod som används främst vid
|
||
studier av evolutionära
|
||
frågeställningar om släktskap
|
||
och utveckling av arter och
|
||
egenskaper inom biologin.
|
||
|
||
A och B är fylogenetiskt ”närmare” än C
|
||
|
||
Willi Hennig, 1950
|
||
|
||
Grenens längd och position visar de statistiskt
|
||
mest sannolika sambanden mellan de olika
|
||
organismer
|
||
Varje gren indicerar en ny karaktär
|
||
Source: wikipedia
|
||
|
||
Sekvensanalys för Cytochrom c
|
||
MGDVEKGKKI FIMKCSQCHT VEKGGKHKTG PNLHGLFGRK TGQAPGYSYT
|
||
AANKNKGIIW GEDTLMEYLE NPKKYIPGTK MIFVGIKKKE ERADLIAYLK
|
||
KATNE
|
||
|
||
Macaca mulatta
|
||
99% sekvensidentitet
|
||
I59T
|
||
|
||
Rattus norvegicus
|
||
91.4% sekvensidentitet
|
||
I12V
|
||
M13Q
|
||
S16A
|
||
P45A
|
||
Y47F
|
||
A51D
|
||
I59T
|
||
V84A
|
||
E90G
|
||
|
||
Callorhinchus milii
|
||
91.4% sekvensidentitet
|
||
I12V
|
||
M13Q
|
||
S16A
|
||
P45A
|
||
Y47F
|
||
A51D
|
||
I59T
|
||
V84A
|
||
E90G
|
||
|
||
Sekvens Cyt c hos oss
|
||
(105 amino acids)
|
||
|
||
Otolemur garnettii
|
||
86.7% sekvensidentitet
|
||
I12V
|
||
G2S
|
||
M13Q V4I
|
||
S16A E22D
|
||
P45A I86V
|
||
Y47F A97D
|
||
A51D
|
||
I59T
|
||
V84A
|
||
E90G
|
||
|
||
Multiple sequence
|
||
alignments (MSA)
|
||
|
||
Chymotrypsin
|
||
|
||
(A) Spodoptera exigua, (B)
|
||
Tenebrio molitor, (C) Lygus
|
||
hesperus, (D) Periplaneta
|
||
americana, (E) Aedes aegypti
|
||
and (F) Mus musculus.
|
||
|
||
Tree of life
|
||
DOMAIN: EUKARYOTA
|
||
|
||
DOMAIN: ARCHAEA
|
||
|
||
DOMAIN: BACTERIA
|
||
|
||
DOMAIN: EUKARYOTA
|
||
DOMAIN: EUKARYOTA
|
||
Pennisi E. 2015. Science doi: 10.1126/science.aad4597
|
||
|
||
Multiple sequence alignments hjälper
|
||
proteinstrukturbiologi
|
||
Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold. Nature 2021, Nobelpris I kemi 2025
|
||
|
||
Fylogenetik inom cancerbehandling
|
||
• Cancerceller har utvecklats från
|
||
en normal cell
|
||
• ”Somatic evolution in cancer”
|
||
• Man kan följa dessa steg på
|
||
DNA-sekvensnivå
|
||
|
||
Fylogenetisk systematik inom arkeologin
|
||
|
||
Denisova Cave bone fragment
|
||
DNA-extraktion från fingerbensfragment av
|
||
en ung kvinna som levde för cirka 41 000 år sedan
|
||
Sekvensering
|
||
Sammansättning av genom
|
||
Analys
|
||
|
||
DNA-sekvenserna visade att denna individ kom från en tidigare okänd grupp av en utdöd
|
||
människoart som nu kallas Denisovan. Tillsammans med sin systergrupp neandertalarna är
|
||
denisovaner de närmaste, men utdöda, släktingarna till oss människor.
|
||
Reich , D. et al.: Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature 2010 23;468(7327):1053-60.
|
||
|
||
Source: wikipedia
|
||
|
||
https://www.youtube.com/watch?v=FXgW1WZV0rc
|
||
|
||
Vart kommer vi från?
|
||
|
||
Homo sapiens’ evolution och begränsningar i den
|
||
centrala evolutionsteorin enligt Darwin
|
||
Varför dog Neanterthaler och Denisovaner ut, eller
|
||
varför tog Homo sapiens över?
|
||
Vår art hade en särskilt väg i evolutionen:
|
||
- Neanterthaler hade överlägsen kraft och större hjärnor än
|
||
Homo sapiens!
|
||
- Men Homo sapiens slutliga utveckling hände inte med
|
||
mekanismer enligt darwinistiska principer (”Survival of the
|
||
fittest”), tvärtom tyder nyaste rön på att vi utvecklades
|
||
med mekanismer som man kan sammanfatta med
|
||
självdomesticering, då individernas samarbetsförmåga
|
||
var allra viktigast (” Survival of the Friendliest”)
|
||
- Vår samlade förmåga blev starten för alla kulturella
|
||
revolutioner, där andra människoarter inte kunde hänga
|
||
med.
|
||
Survival of the Friendliest: Homo sapiens Evolved via Selection for Prosociality. Hare B.
|
||
Annu Rev Psychol. 2017 Jan 3;68:155-186. doi: 10.1146/annurev-psych-010416-044201.
|
||
The Origins and Psychology of Human Cooperation. Henrich J, Muthukrishna M. Annu
|
||
Rev Psychol. 2021 Jan 4;72:207-240. doi: 10.1146/annurev-psych-081920-042106.
|
||
|
||
Evolution ur ett
|
||
biokemisk perspektiv
|
||
-
|
||
|
||
Historien bakom evolution som koncept
|
||
Mekanismer och drivkrafter för evolutionen
|
||
Livets utveckling
|
||
Tillämpningar (Fylogenetik, multiple sequence alignements,
|
||
strukturbestämning, förstå karcinogenes, metagenomik, etc..)
|
||
|
||
|