Eksplorasi evolusi Kaitan evolusi pada tingkat molekul ditunjukkan dalam urutan protein Manusia berkerabat dekat dengan simpanse, dalam urutan asam amino mioglobin Ukuran 153 residu, berbeda satu residu pada posisi 116 (H manusia, Q simpanse) Perbedaan asam amino pada posisi ini tidak terlalu krusial untuk fungsi mioglobin KI3062 Zeily Nurachman

Keluarga protein Didasarkan atas kemiripan struktur 3D Struktur 3D ribonuklease sapi mirip ribonuklease manusia (fungsi sama) → satu keluarga protein Struktur 3D ribonuklease manusia mirip angiogenin (penstimulasi pertumbuhan pembuluh darah), kemiripan asam amino 37% → satu keluarga protein Ribonuklease dan angiogenin memiliki satu nenek moyang pada tahap awal evolusi KI3062 Zeily Nurachman

Kemiripan urutan secara signifikan antara 2 molekul menunjukkan mereka memiliki asal evolusi yang sama, sehingga struktur 3D, fungsi, dan mekanisme juga sama KI3062 Zeily Nurachman

Kemiripan (homologi) Homologi dinyatakan oleh 1. Kemiripan urutan nukleotida atau asam amino 2. Struktur 3D KI3062 Zeily Nurachman

Analisis urutan 141 153 Bagaimana cara menentukan kemiripan urutan? KI3062 Zeily Nurachman

Penjajaran Pembarisan (alignment) KI3062 Zeily Nurachman

Penjajaran dengan celah Celah (gap) seringkali ditambahkan untuk mengimbagi penambahan atau mengurangan nukleotida yang mungkin terjadi dalam gen dari satu molekul tetapi tidak untuk molekul lain pada peristiwa evolusi Sistem pemberian angka: tiap kemiripan (nilai +10) dan tiap pemberian satu celah (hukuman nilai −25) KI3062 Zeily Nurachman

38 residu cocok dan satu gap Bobot = (38 × 10) − (1 × 25) = 355 Rata-rata asam amino = (141 + 153)/2 = 147 Kemiripan = 38/147 × 100% = 25,9% KI3062 Zeily Nurachman

Pencocokan secara statistik Produksi urutan yang dikocok Dengan celah Bobot? Perbandingan statistik bobot penjajaran hemoglobin α dan mioglobin KI3062 Zeily Nurachman

Matriks substitusi Tidak semua substitusi ekivalen Substitusi konservatif (secara struktural): penggantian satu asam amino dengan asam lain dengan ukuran dan sifat kimia sama → tidak berpengaruh pada struktur protein Bobot tertinggi W dan C (cenderung lestari), dan terendah S dan A Subtitusi konservatif: K→R dan I→V karena memiliki nilai relatif tinggi Matriks substitusi Blosum-62 → pemberian bobot celah: hukuman –12 per/celah dan –2 per perpanjangan residu KI3062 Zeily Nurachman

Kebanyakan substitusi konservatif: Bobot > 0 KI3062 Zeily Nurachman

Nilai = 115 (matriks substitusi Blosum-62) Buktikan di rumah!!! KI3062 Zeily Nurachman

Untuk urutan > 100 asam amino: Kemiripan = 23%, Bobot = ? Untuk urutan > 100 asam amino: Kemiripan >25%: kemungkinan homolog Kemiripan 15–25%: perlu analisis lebih lanjut Kemiripan <15%: tidak homolog KI3062 Zeily Nurachman

Protein homolog dapat dideteksi dari pengujian struktur 3D Urutan banyak protein yang diturunkan dari satu nenek moyang telah menyimpang sehingga hubungan antara protein-protein tidak dapat dideteksi dari urutannya sendiri Protein homolog dapat dideteksi dari pengujian struktur 3D KI3062 Zeily Nurachman

Identifikasi urutan homolog Perbandingan urutan merupakan analisis pertama pada urutan yang baru ditemukan 1995, genom bakteri Haemophilus influenzae berhasil diurut Dari 1743 ORF, 1007 (58%) berhubungan dengan urutan protein yang telah diketahui dari organisme lain, 347 belum diketahui fungsi, dan 389 tidak cocok dengan data yang ada KI3062 Zeily Nurachman

Pengujian struktur 3D Biomolekul berfungsi sebagai struktur 3D yang berbelit ketimbang polimer linear Mutasi terjadi pada tingkat urutan, tetapi efek mutasi pada tingkat fungsi, dan fungsi terkait langsung dengan struktur tersier Akibatnya pemahaman hubungan evolusi antara protein-protein harus melalui pengujian struktur 3D, bersama-sama dengan informasi urutan KI3062 Zeily Nurachman

25,9% 23% 15,6% Struktur 3D berhubungan dekat dengan fungsi ketimbang urutan, sehingga struktur tersier lebih lestari dalam evolusi ketimbang struktur primer KI3062 Zeily Nurachman

Protein-protein ini diturunkan dari satu leluhur, walau fungsi berbeda 15,6% Protein-protein ini diturunkan dari satu leluhur, walau fungsi berbeda KI3062 Zeily Nurachman

Pengetahuan struktur 3D Pengujian keluarga protein homolog pada sekurang-kurangnya satu struktur 3D yang diketahui telah mengungkap daerah-daerah dan residu-residu kritis untuk fungsi protein lebih lestari ketimbang residu-residu lain Contoh: tiap tipe globin mengandung hem yang mengingat Fe di tengah-tengah. Dan residu His berinteraksi langsung dengan Fe dipertahankan pada semua globin Membuat templat – residu-residu lestari yang secara struktur dan fungsi penting, dan merupakan karakteristik keluarga protein tertentu KI3062 Zeily Nurachman

Motif berulang Protein pengikat TATA-box (protein penginisiasi transkripsi): 2 domain Bukti: gen pengode protein ini tersusun oleh duplikasi gen pengode domain tunggal Motif ujung-N KI3062 Zeily Nurachman Motif ujung-C

Evolusi konvergen Protease serin Dua protein yang tersusun bebas dapat bersatu pada stuktur mirip agar melakukan aktivitas biokimia yang mirip KI3062 Zeily Nurachman

Pohon evolusi Pengamatan: homologi dinyatakan sebagai kesamaan urutan Jalur evolusi menghubungkan anggota-anggota keluarga protein yang dideduksi dari pengujian kemiripan urutan Jadi, pohon evolusi dapat dibangun atas dasar informasi urutan KI3062 Zeily Nurachman

Pohon evolusi globin Perbedaan jumlah asam amino KI3062 Zeily Nurachman

KI3062 Zeily Nurachman

Membangun pohon evolusi C D E F G H A B C D E F G H 100 75 52 58 44 33 36 46 50 57 47 31 70 49 32 35 43 37 39 54 KI3062 Pohon evolusi Zeily Nurachman %Homologi