W1 CD

Drzewo życia- wszystkie org maja wspolnego przodka
-możemy umiejscowić dn gatunek i wskazać z którymi gatunkami jest spokrewniony
- nadal się rozrasta!

1. PIERWSZA NAUKOWA TEORIA EWOLUCJI->TEORIA TRNSMUTACJI (1800)

Lamarch twierdził, że jeżeli organizm podczas życia nabierze jakiejś zdolności może ją przekazać potomstwu (obserwacje na żyrafie)

1. WILLIAM SMITH> badając skamieniałości udowodnił że były inne gatunki

2. DARWIN > jego podróż na Galapagos jak bardzo różnorodne są inne gatunki zwierząt;
   - na wyspach wulkanicznych odkrył inne organizmy (żółwie)

-doszedł do wniosku że wszystkie rodzaje ptaków były ziębami –różne dzioby bo inne pożywienie= dobór naturalny
‘’ różne dzioby są dziedziczone zmiennością. Są wynikiem adaptacji która pomaga w rywalizacji o pokarm. Ptaki lepiej przystosowane do konkretnej niszy’’

Wnioski- różnorodność w populacji (im więcej tym lepiej)
- adaptacja do środowiska
- różnorodność- dobór naturalny dla najwyższej przeżywalności reprodukcyjności

Fakty potwierdzające :

-cechy charakteryzujące org powiazane z ich środowiskiem
-obserwowane zmiany0 dziedzienia
-era geologiczna
-podobieństwa różnych odległych od siebie organizmów

Fakty na NIE:
- formy przejściowe wymagają specyficznych warunków
- geneza życia na ziemi nie wyjaśniona
-ograniczony zapis ewolucji w skamieniałości

GENETYKA:

Mendel – nie wiedział ze są geny , ale że dziedziczenie cech jest od rodziców

NEODARWINIZM (genetyka populacyjna) : geny mają różne allele, a ich częstość jest zależna od wielu czynników, celem jest specjacja

SPECJACJA (presja selekcyjna/dobór naturalny)- jest to najważniejszy cel ewolucji; proces powstawania nowych gatunków. 2 grupy tego samego gatunku fizycznie odizolowane ; dzisiaj-np. metro w Londynie – komary roznią się od pierwotnych

MIKROEWOLUCJA- zmienność częstości alleli wewnątrz gatunku, gdzie osobniki mogą się krzyżować i wydawać potomstwo (np. psy- poddane sztucznemu doborowi, ćmy- rewolucja przemysłowa która spowodowała pokrycie drzew grubą warstwą pyłu); inaczej częstość występowania alleli jest różna w różnych populacjach

MAKROEWOLUCJA – izolacja jednego gatunku i presja selekcyjna może skutkować takimi zmianami, w częstości alleli , które uniemożliwiają krzyżowanie się i powstawanie nowych gatunków

Dowody ewolucji:

-podobna anatomia

-homologia (np. paliczków)

-formy przejściowe ( archaeopteryx- dinozaury a ptaki)

Teorie ewolucji:

1-Arystoteles>gatunki są stałe

2-Lamarch- gatunki ewoluują

3-Darwin>gatunki ewoluują przez dobór naturalny związany z przodkiem

GEN (johansen)

-mutacje w genach- różnorodność- De Vrees

-geny w chormosomach- Morgan

- odkrycie DNA i jego przekazywanie – Gric Watson

4-NEUTRALISTYCZNA TEORIA EWOLUCJI

-MOTTO KIMURA> badał zmiany w genach hemoglobiny, cytochromu c i dehydrogenazy

- „wszystko jest przypadkiem”

-Znaczna większość substytucji w DNA i białkach wewnątrz gatunków jest spowodowanych nie przez pozytywna darwinowską selekcję , lecz przez przypadkowy dryf alleli, które są neutralne lub prawie neutralne dla gatunku

-ma 5 postulatów:

1-dla białka szybkość ewolucji jest w przybliżeniu stała tak długo jak jej znaczenie funkcjonalne pozostaje stałe

2-funkcjonalnie mniej istotne cząsteczki lub ich fragmenty będą miały wyższe tempo zmian od tych funkcjonalnie krytycznych

3-podstawienia które zakłócają działanie białek w mniejszym stopniu będą występować częściej od tych które mają większy wpływ na ich funkcję

4-wybiórcz eliminacja alleli i przypadkowe utrwalenie neutralnych alleli są powszechniejsze od utrwalania przez dobór naturalny

5-polimorfizm jest przejściową fazą ewolucji molekularnej; ciągłe występujące mutacje oraz nienaturalna selekcja są przyczyną zmian polimorficznych

TEMPO EWOLUCJI BIAŁEK> Kimura postulował że istnieje odwrotna zależność między znaczeniem białka lub konkretnego aa a tempem jego ewolucji

- 1 polarny na 2 alifatyczny -> rzadka i znacząca zmiana
-alifatyczny na alifatyczny -> częsta i mało znacząca zmiana

Mała zmiana I L

Duża zmiana V R

Tempo podstawień w białkach – średnie tempo zmian (kimura) co 657 dni (ale to wg Płoszaja nie ma sensu)

Konserwatywność w typowym genomie

Kod genetyczny
-zmiany synonimiczne – koduje ten sam AA
-zmiany niesynonimiczne- zmiana AA w białku

Zmiany synonimiczne mogą być neutralne
-jeśli zmiany w dna są spowodowane ewolucja darwinowską (doborem naturalnym) to większość zmian powinniśmy obserwować w 1 lub 2 literze kodonu
-jeśli jest wynikiem neutralnych mutacji- 3 pozycja aminokwasu, bo mogę być one bardziej neutralne- przewaga takich zmian (są najczęstsze)

Szacowanie zmian synonimicznych i niesynonimicznych
-policzenie ( Ks-synonimiczne, Ka-niesynonimiczne) Ks-Ka

Nukleotydy mogą być zakwalifikowane do 3 typów miejsc zdegradowanych:
2 podwójnie zdegenerowane- zmiana nukleotydu powiązana z para kodonów
0 niezdegenerowane- każda zmiana powoduje zamianę aa
4 poczwórnie zdegenerowane- co by się nie zmieniło-ten sam aa
Zliczenie miejsc (biorąc średnią z 2 sekwencji)- musimy prać pod uwagę tranzycje i transwersje, które nie zachodzą z tą samą częstością
-na wykresie- zależność prostoliniowa ( tempo zmian synonimicznych jest dużo większa)
-stosunek Ks i Ka jest stały, gdy nic się nie dzieje w zakresie ewolucji (np. gdy nie ma doboru!)

-Ka/kS wskaźnik poziomu doboru:
gdy 1- sekwencje zmieniają się neutralnie bez udziału doboru
gdy >1 - region kodujący ulega doborowi naturalnemu

Gdy <<1- region kodujący ulega doborowi oczyszczającemu

W2 EWOLUCJA MOLEKULARNA

Schemat wprowadzania zmian w genomie
-motor napędowy- mutacje
-kierownica- dobór i dryf genetyczny
- zmieniona sekwencja DNA

Mutacje
-genowe/ chromosomowe
-somatyczne/ rozrodcze
-punktowe: substytucje, delecje, insercje- występują często; na każde 1000pz przypada 1 mutacja punktowa, są źródłem zmienności osobniczej, determinują fenotyp; <1% wywołuje zmiany w funkcjonowaniu białek
*anemia sierpowata- mutacja punktowa HBs; anemia a malaria- HBs uodparnia na malarię; malaria- czynnik selekcyjny faworyzujący HBs- mutacja niekorzystna, ale utrzymuje się w populacji: heterozygoty wykazują oporność na malarię
* mukowiscydoza- delecja w genie CFTR, najcz mutacja F508- profil częstości w Europie- im dalej na północ, tym występuje częściej- nie wiadomo dlaczego

* malaria- czynnik selekcyjny faworyzuje Hbs/Hba; heterozygoty- oporne i posiadają większa zdolność reprodukcyjną

Mutacje w obrębie ORF
-zmiana sensu
-nonsens (kodon STOP)
-neutralne niesynonimiczne ( AA o zbliżonych funkcjach)
-ciche-synonimiczne (ten sam AA)
-zmiana ramki odczytu- niefunkcjonalne białko (delecje; insercje)

Mutacje spontaniczne
-błędne parowanie podczas transkrypcji
-addycje lub delecje- wypętlenie DNA- polimeraza omija albo dokłada

Spontaniczne zmiany chemiczne zasad
-depurynacja- często- usuniecie A lub G i zastąpienie przypadkową zasadą
-deaminacja C->U w następnej rundzie CG-> TA

Ewolucja molekularna przez duplikację genów
-w duplikowanym genie jedna z kopii jest uwolniona od presji przeżycia- może ewoluować
-nowa funkcja genu może powstać przez duplikację genu pierwotnego i zmodyfikowanie drugiej kopii
-duplikacje na różnych poziomach organizacji genomu- im krótszy odcinek, tym częściej duplikacja występuje
-występują dość rzadko (miliony lat)- najczęściej dochodzi do wyciszenia genów które powstały- powstają pseudogeny

Geny paralogiczne i ortologiczne
-ortologiczne- obecne w różnych organizmach wywodzących się od tego samego przodka rozdzielone w procesie ewolucji (specjacji), rzadziej przez transfer genów
-paralogiczne- wspólny przodek, ale rozdzielone w procesie duplikacji

Mechanizmy duplikacji
-nierówne crossing-over
-nierówna wymiana chromatyd

Przykłady genów ulegających duplikacji
-geny HOX- regulatory transkrypcji podczas rozwoju zarodkowego; kręgowce mają 4 rodziny genów HOX; geny HOX są para logami z bardzo konserwatywną domeną ‘’homebox’’

Możliwe scenariusze(3) dla zduplikowanego genu
1. zduplikowany gen ulega mutacji i jego funkcja w organizmie ulega zmianie- globiny, opsyny
2. niektóre zduplikowane geny ulegają inaktywacji (pseudogeny)- często
*mutacje promotora, mutacje nonsens, mutacje zmianujące sens, utrata miejsc składania, Zmiana ORF,przedwczesny kodon STOP
3. funkcja zduplikowanego genu nie ulega zmianie- genom dzikiego typu mszyc- presja selekcyjna była bardzo duża- stężenie esteraz w wyniku duplikacji wzrosło- wytworzyła się odporność na insektycydy

*Pseudogeny nie mają wpływu na działanie komórek, przez co tempo ich zmian nie powinno być zależne od miejsca w kodonie

Większe genomy zawierają większa ilość genów paralogicznych

Ewolucja przez duplikacje genomu
-ludzki genom zawiera więcej paralogicznych genów, niż może wynikać z procesu ich duplikacji
-nagły wzrost zduplikowanych genów nastąpił w czasie trwania wczesnej ewolucji strunowców
-chromosom 7 i 15


Mechanizm duplikacji genomu
-zaburzone mejoza
-powstanie diploidalnych gamet

Nowe geny- tasowanie eksonów
-około 19% eksonów w genach Eucaryota jest wynikiem ich tasowania
-w wyniku tasowania powstają białka fuzyjne (chimeryczne)- domeny w nowym białku występują też w innych białkach
-introny- ich obecność zwiększa p-stwo, że duplikacje mogę dać początek nowym funkcjonalnym genom oraz p-stwo powodzenia takiej rekombinacji poprzez wymianę funkcjonalnych już domen pomiędzy genami- tasowania eksonów

Trzy typy tasowania
a)duplikacja eksonów- duplikacja eksonów w obrębie tego samego genu
b)insercja eksonu- wymiana domen miedzy genami
c)delecja ekzonu- usunięcie segmentu genu

Inne zmiany w eksonach
-eksonizacja- proces w którym region intronu może stać się eksonem
-pseudoeksonizacja- proces w którym fragment eksonu staje się intronem

Schemat eksonizacji

Elementy odpowiedzialne za tasowanie- mobilne elementy DNA/ sekw alu
-transpozony DNA- u procaryota- wycięcie transpozonu i wycięcie w inne miejsce
-retrotranspozony bez LTR (LINE i SINE)- u eucaryota- transkrypcja i wstawienie w nowe miejsce
Line- koduje odwrotną transkryptaze. Ma słabszy sygnal poliA

Sine- 10% genomu

Transpozony
-sekwencje insercyjne IS
-enzym transpozaza, który przemieszcza IS; transpozazy jest mało u bakterii i dlatego IS istnieją w genomie; są niekorzystne dla genomu

Mechanizm zwiększenia transpozonów
-faza S
-wzrost liczby następuje podczas syntezy DNA w pierwszym podziale mejotycznym

Retrotranspozony LTR- long terminal repeats
-„retrowirus bez otoczki”- nie może opuszczać komórki
-nieaktywne funkcjonalnie w genomie ludzkim
-mają integraze i ODWROTNA TRANSKRYPTAZA

Retrotranspozony bez LTR
-LINE- kodują odwrotną transkryptazę 30% genomu- często nieaktywne
-SINE- wykorzystują RT syntetyzowana przez LINE 10% genomu
-łączą się z jednostkami chorobowymi, ale odgrywają kluczowa role w ewolucji ludzkiego genomu

W3

Różne typy genów-homologia
-geny ksenologiczne- homologiczne względem genów z innego gatunku; obce dla danego gatunku; pochodzą od innego gatunku
-geny ortologiczne- homologiczne geny utworzone przez specjację gatunku
-geny paralogiczne- homologiczne geny utworzone przez duplikację

Horyzontalny transfer genów HGT >stąd się biorą geny ksenologiczne
-ewolucja pionowa- przekazywanie genów z pokolenia na pokolenie- u ludzi
-horyzontalny transfer genów- od gatunków całkowicie sobie obcych- prokariota

HGT u Procaryota
-przekazanie materiału genetycznego przez koniugację
-wymiana plazmidu, najczęściej genów oporności
-transformacja (komórka musi być kompetentna- zdolna do pobrania i budowania genomu)

bakterie w środowisku giną-> DNA uwalniane do środowiska-> degradacja tego DNA (dużo go w środowisku!)-> inne bakterie pobierają to DNA z środowiska i wbudowują w genom
-geny a temperatura otoczenia A i A’, B i B’-> EWOLUCJA ANACHRONICZNA- przekazywanie genów poprzez przekazanie b. krótkich fragmentów, które były w środowisku i zostały pobrane przez proces transdukcji

-transdukcja przez wirusy

Skutki HGT- wykorzystanie kodonów u B.subtilis
-Geny klasy I- używane podczas podziałów
-II- normalny metabolizm
-III- rezultat HGT
zmiany użycia kodonów

-zawartość par GC

18% genów E.Coli pochodzi z obcych genomów- liczba HGT 234

HGT vs duplikacja genów
-HGT u E.coli jest częstsze niż duplikacja genów: 1 duplikacja/15-32 HGT

HGT wiąże się z nabieraniem oporności na leki, warunki tlenowe, beztlenowe, wysokie zasolenie.

HGT u Eucaryota
1. Pochodzenie endosymbiotyczne- mitochondria i chloroplasty
2. Z innych gatunków- rzadko

Kierunek przepływu: Prokaryota->Eukaryota

U roślin
-Arabdopsis thaliana
-genom zawiera 400-2000 genów bakteryjnych
-częsta wymiana

Zmienność genetyczna

Polimorfizm genetyczny
-obecność 2 lub więcej genetycznie uwarunkowanych, mniej lub bardziej różnych fenotypów wewnątrz populacji

Zmienność skokowa
-determinowana przez 1 lub kilka genów
-charakterystyczna dla cech jakościowych
-barwa kwiatów, grupa krwi

Zmienność ciągła
-masa ciała, wzrost
-fenotyp determinowany wielogenowo

Dlaczego różnorodność jest tak ważna?
-różnorodność->drastyczna zmiana środowiska->część populacji przeżywa
-brak różnorodności->populacja wymiera

Ekspansja
-różnorodność->im większa, tym większa ekspansywność- korzystne dla gatunku

Obliczenia alleli i genotypów- EGZAMIN

Prawo Hardy-ego Weinerga
-jeżeli w populacji nie zachodzą żadne zmiany (migracje, dobór), czyste przekazywanie alleli z pokolenia na pokolenie, to częstość tych alleli nie zmienia się
-założenia:
organizm diploidalny, rozmnażanie płciowe, niezachodzace na siebie pokolenia, identyczne częstości alleli u obu płci, kojarzenie czysto losowe, bardzo duża populacja, brak mutacji, brak migracji, na rozpatrywany locus nie działa dobór naturalny

PREZENTACJA
JEŚLI WSZYSTKIE ZAŁOŻENIA SPEŁNIONE- CZĘSTOŚCI GENOTYPÓW SIĘ NIE ZMIENIAJĄ
w rzeczywistości nie znajdziemy takiej populacji

Główne czynniki ewolucji
-mutacje: mała częstość występowania; zasadnicze źródło zmienność genetycznej; dzięki nim ewolucja jest możliwa
-przepływ genów: ruch alleli z 1 populacji do 2; kojarzenie się osobników z odległych populacji
-nielosowe kojarzenie:
wsobność - kojarzenie między spokrewnionymi osobnikami (samozapłodnienie)
pozytywne (podobne osobniki) lub negatywne (niepodobne osobniki)

Np. karłaowatośc> wysokie pozytywne

IQ- pozytywne

Rudowłosi-negatywne

Kojarzenie

1-losowe

2-poytywne

3-negatywne

Skutki kojarzenia
1-stała częstość alleli- kojarzenie losowe
2-wzrost homozygot- pozytywne
3-wzrost heterozygot- negatywne- większa różnorodność- korzystniejsze dla populacji

Wsobność- skutki
-utrata homozygotyczności > POWINNO BYĆ CHYBA UTRATA HETEROZYGOTYCZNOŚCI ;)
-zmniejszenie przeżywalności- obserwowalny skutek

-dobór naturalny: różnorodność musi występować w populacji pierwotnej; musi skutkować różnicami w ilości wydawanego potomstwa i w jego przeżywalności; pożądana cecha musi być dziedziczna
kierunkowy (faworyzowany)
różnicujący (allel umiarkowany eliminowany; faworyzowane te skrajne)
stabilizujący

Dostosowanie populacji (w)
-zdolność osobników danej populacji do przeżycia i wydania potomstwa

1. Osobnik umiera i nie wydaje potomstwa

2. Przeżywa i wydaje 1 potomka

3. 2 potomków

średnia w>1 rozrastająca się populacja
średnia w=1 stabilna
średnia w<1 wymierająca

-dryf genetyczny: częstość alleli w populacji może być wynikiem losowych zdarzeń
efekt założyciela
efekt wąskiego gardła
im większa populacja- tym zmiany częstości alleli mniejsze- mała fluktuacja

Wynik dryfu genetycznego: utrwalenie allelu A i utrata allelu a

Heterozygotyczność- parametr monitorowany w populacjach
-w 1 pokoleniu losowy dryf powoduje spadek heterozygotyczności o ½ N aż do utraty heterozygotyczności

Liczebność populacji (N)
-całkowita liczba osobników w danej populacji
-N_e- efektywna liczebność populacji- populacja która jest w stanie przekazać geny
-czynniki wpływające na różnice w liczebności> czyli dlaczego Ne mniejsze od N
nakładające się pokolenia, różnorodność w liczbie wydawanego potomstwa, liczba samców i samic

Efekt wąskiego gardła
-wąskie gardło- drastyczna redukcja populacji (kataklizm, człowiek, choroby)-czynnik losowy
populacja pierwotna->wąskie gardło->jednostki przetrwałe-> nowe pokolenie
-ta nowa populacja ma mniejszą różnorodność od populacji pierwotnej
-u ludzi: różnorodność genetyczność mtDNA u szympansów jest dużo większa niż u człowieka!

Efekt założyciela
-utrata różnorodności genetycznej przez migracje i założenie nowej kolonii nie mającej styczności z innymi osobnikami gatunku
-u ludzi: amisze- żyli bez technologii jako kolonia
-gdy jedna osoba jest nosicielem jakiejś choroby, w takich grupach częstość alleli bardzo wzrasta, ponieważ krzyżują się oni w zamkniętej grupie

W4

Powstanie ziemi
-zagęszczenie obłoku molekularnego
-bardzo gorąca ziemia: bombardowana przez asteroidy; rozgrzana magma
-brak atmosfery

Faza geofizyczna
-pierwsza atmosfera: H, N, CO, CO2
-brak wody i tlenu
-później- kondensacja wody

Warunki wstępne do życia na ziemi
-słońce
-składniki chemiczne- węgiel!
-woda-rozpuszczalnik

Teoria powstania życia
-Oparin ( TEORIA ZUPY)- jako pierwszy zaproponował jak życie mogło utworzyć się na ziemi
-pierwotne oceany były zupą lol utworzona przez UV w warunkach nieutleniających
-nie istnieją różnice między przyroda ożywioną i nieożywioną
-życie musiało powstać z prostych molekuł
-musiało istnieć źródło org zw chem produkowanym w niebiologicznych procesach
-produkty me musiały zostać połączone w polimery (jak białka czy dna/rna)
-polimery musiały zostać złożone w samoreplikujące systemy
-pierwsze organizmy musiały być cudzożywne, a gdy żarcia zaczęło brakować, rozwinęły samożywność
-pierwsze były twory członujące komórkę- powstałe samoistnie lipidy formujące się w liposomy- koacerwaty- w środku zw organiczne

-Teoria wrzenia- bąble wody zawierające różne związki: pierwiastki itd.
-bąble bekając wydostają się na powierzchnię zbiorników wodnych- wyrzucają składniki do atmosfery + światło uv- tworzenie się wiązań i nowych związków

Elementy wspólne dla wszystkich orgganizmów
-5 nukleotydów
-kodony
-20 aa
-prawoskrętne kwasy nukleinowe
-lewoskrętne aa

Harold Urey & Stanley Miller
-podgrzana woda symuluje erupcje wulkaniczne produkując parę wodną
-symulacja atmosfery ziemskiej
-kondensacja i powstanie nowych zw organicznych
-alanina, asparagina, kwas glutaminowy, glicyna, mocznik, kwas octowy, mlekowy, mrówkowy
-błędne warunki/błędne wyniki- krytyka
-modyfikacje: powstały wszystkie aa, cukry, puryny, pirymidyny, lipidy; po 50% aa prawo i lewoskrętnych- ale teraz występują tylko L

Przykład teraźniejszy
-erupcje wulkaniczne: aa, puryny, pirymidyny; wyładowania atmosferyczne w mieszaninie gazów wulkanicznych

-Oro- życie przybyło z kosmosu lol
-meteoryt z Murchison (australia)- aa w większości L!

Etapy biogenezy
1. powstanie związków org
2. polimeryzacja monomerycznych cząsteczek w peptydy, kwasy nukleinowe: odparowanie, zamrożenie, odwodnienie, związanie do naładowanych minerałów- glina, piryt
-piryt jako katalizator- skały magmowe, może być źródłem siarki- energia do polimeryzacji
-glina- krótkie peptydy, krótkie RNA
3. zamknięcie powstałych polimerów w prymitywną komórkę- agregacja i obłonienie przez liposomy
-protobionty- bardzo pierwotne komórki z bardzo prostym metabolizmem

Co były pierwsze
-białka i aa nie wykazują żadnej homologii z rna i dna
-hipoteza: ani geny ani enzymy nie były pierwsze lecz molekuły, które mogą równocześnie: być źródłem informacji genetycznej, zdolne do samoreplikacji, maja właściwości katalityczne- RNA

Abiotyczna replikacja RNA- schemat
-struktura małych RNA- pętle, zakręty
-prosta replikacja RNA
-protobionty faworyzują „dobre” RNA i białka

Ograniczenie świata RNA
-RNA jest niestabilne: pękanie w wyższej T, w obecności jonów 2+, reakcje katalizowane przez RNA są ograniczone, musi być „zupa”
-DNA stabilniejsze
-świat RNA- faza przejściowa w początkach zycia

Badanie rRNA
-analiza między organizmami
-aparat enzymatyczny: translacja itd. Identyczny

LUCA- jakiś tam pierwotny organizm
-kod genetyczny oparty na DNA
-ekspresja kodu przy udziale RNA
-sekwencja Dna przepisywana na sekwencje aa
-synteza lipidów i węgli jest wynikiem działania enzymów
-ATP jako nośnik energii
-dwuwarstwa lipidowa

Pierwsze organizmy- heterotrofy
-tlen był dla nich toksyczny
-pobierały wszelkie składniki ze środowiska

Ewolucja autotrofów
-brakowało żarcia
-wywołało to bardzo silną presję selekcyjną- by hetefotrofy przeszły na autotrofi
-chemosynteza- chemoautotrofy- CH4, związki siarki (z erupcji wulkanicznych na dnia zbiorników wodnych)

-stromatolity- jedne z najstarszych skamieniałości- skamieniałe sinice
-cyjanobakterie zmieniły życie na ziemii

Tlen
-tlen uboczny sinic- wydalany do atmosfery
-był toksyczny, więc część organizmów wyginęła, a część się przystosowała- powstały nowe szlaki metaboliczne i szlaki obrony przed RFT

Ewolucja szlaków metabolicznych
-model ewolucja Horowitza- ewolucji wstecznej- pierwszy pojawi się enzym katalizujący ostatnia reakcje w szlaku (związki pośrednie są już prawdopodobnie w mieszaninie)
-dowód na prawdziwość- homologiczne białka występują częściej w pierwszej części szlaków metabolicznych
-teoria Jensena- wiele enzymów multifunkcyjnych
-szlaki ewoluowały dzięki takim enzymom, które później specjalizowały się
-fruktozo 1,6 bisfosfataza

-powstaje enzym de novo
-ewolucja wsteczna
-z multifunkcyjnych enzymów
-duplikacja szlaków
-wymiana istniejących enzymów między szlakami „szlaki mozaikowe”

-czynniki wpływające: ewolucja samych enzymów, metabolity (H20, ATP, O2)

Ekspansja sieci metabolicznej

W5

Stromatolity
-najstarsze znane skamieniałości
-struktury przypominające kamienie, złożone z wielu warstw bakterii i osadów skalnych

Cyjanobakterie> powstała atmosfera tlenowa –nowe gatunki – złożone życie

Dowód na wzrost stężenia tlenu na ziemi
-poziom tlenu wzrósł dramatycznie podczas ery proteozoicznej
-geologowie łącza to z tzw „wielkim kryzysem żelaza”, kiedy wzrost ilości tlenu powodował formowanie się tlenu żelaza (III), który bardzo często odkładał się w warstwach
-współcześnie te pokłady są komercyjnym źródłem żelaza
-cyjanobakterie zmieniły ziemską atmosferę z redukującej na utleniającą

Teoria endosynbiotyczna
-Lynn Margulis
-mitochondria i chloroplasty powstały w wyniku endosynbiozy przodków współczesnych przedstawicieli Eucaryota z przodkami współczesnych cyjanobakterii (chloroplasty) lub bakterii purpurowych (mitochondria)
-endosynbioza- związek w którym mniejszy organizm (endosynbiont) żyje w większym organizmie (gospodarz)
-hipoteza: pierwotny Archeon wchłonął mniejszą bakterię do swojej cytoplazmy. Prawdopodobnie nastąpiło to na drodze endocytozy. Następnie część genów przeniosła się z bakterii do genomu gospodarza skutkując powstaniem genomu jądrowego.

Rola mitochondriów i ich pochodzenie
-możliwość przeprowadzenia tlenowego oddychania komórkowego w mitochondriach, dzięki któremu możliwe było uzyskanie większej ilości energii z tej samej ilości pokarmu, niż u innych organizmów stanowiła dużą przewagę ewolucyjną i przyczyniła się do sukcesu ewolucyjnego organizmów posiadających mitochondria
-zwiększyło to liczbę środowisk, w których takie organizmy mogły się rozwijać
-niektóre badania sugerują, że mitochondria pochodzą od bakterii (riketsji), jednak sprawa ta pozostaje kontrowersyjna

Endosymbioza- korzyści
-symbioza heterotroficzna- symbiont produkuje ATP, gospodarz z niego korzysta i chroni symbionta
-symbioza autotroficzna- symbiont produkuje cukry, gospodarz zużywa je i chroni symbionta
-taka zależność pozwala gospodarzowi żyć dłużej oraz wydawać więcej potomstwa, w rezultacie z biegiem czasu nowy typ komórek mógł tworzyć coraz bardziej złożone komórki

Dowody endosymbiozy
-oba organella mają swoje własne koliste chromosomy (DNA jest pozbawione histonów jak u bakterii)
-oba organella mają swój własny materiał genetyczny (przeprowadzają jego transkrypcje i transjalcję)
-oba organella maja zdolność samoreplikacji podobna do organizmów prokariotycznych
-wewnętrzna blona obu organelli posiada system transportu, enzymy oraz skład lipidowy homologiczny do tych obecnych współcześnie u Prokaryota
-oba organella przyjmują rozmiary typowe dla bakterii
-aparat enzymatyczny jest bardzo podobny do bakteryjnego
-oba organella są wrażliwe na niektóre antybiotyki
-niektóre antybiotyki zakłócają mitochondrialna syntezę białek (rifampicyna wiąże się z bakteryjna polimerazą RNA wstrzymując proces transkrypcji; tylko duże stężenie tego antybiotyku wywołuje widoczne skutki)
-kod genetyczny tych organelli jest bardzo podobny jak ten występujący u proteobakterii i cyjanobakterii
-także rybosomy kodowane przez ich DNA przypominają kształtem i wielkością te, które można spotkać u Prokaryota; mają one wielkość 70s, taką sama jak rybosomy bakteryjne

W5

Filogenetyka- tworzenie drzewek
-nauka o relacjach ewolucyjnych
-molekularna- obejmuje zestaw metod pozwalających wykorzystać informację zawartą w sekwencjach aa lub nukleotydowych w celu odtworzenia historii ewolucyjnej, uwzględniając kolejność specjacji
-poznać historię
-poznać i zrozumieć szczepy bakteryjne i wytworzyć szczepionki
-przewidywanie funkcji nowoodkrytych genów

-pierwsze drzewko-drzewko Darwina

-takson- grupa organizmów uznawanych za filogenetycznie spokrewnione, wyróżniających się konkretną cechą
-takson: monofiletyczny, parafiletyczny, polifiletyczny

Drzewka
Gałęzie, węzły, liście, korzenie
-nieukorzenione-zależności między sekwencjami, gatunkami, genami, ale nie wiemy jak to działa po kolei, który gen był pierwszy itp.
-ukorzenione- sekwencja zdarzeń
-aby ukorzenić drzewko, wprowadza się grupę zewnętrzną- gatunek/sekwencja b. odległa od reszty (najstarszy)

-kladogram- wykazuje porządek gałęzi-ich długość nieważna
-filogram- wskazuje porządek gałęzi oraz przez ich długość stopień zróżnicowania

OTU
-jednostka taksonomiczna- najmniejsza którą rozpatrujemy
-nieukorzenione drzewko- 1
-ukorzenione-3 ukorzenione drzewka; (4-15 wzór!)

Dane do budowy
-zmienność morfologiczna; liczba odnóży, potomstwa, jaj
-dane molekularna (aa i dna)

Etapy analizy filogenetycznej
dobór i dopasowanie sekwencji -> wybór modelu substytucji -> wybór metody oceny odległości ewolucyjnej -> konstrukcja drzewka -> ocena i analiza drzewka

Sekwencje
-DNA- szczegółowe, niejednolite tempo mutacji
-RNA/ cDNA- użyteczne dla bardziej odległych sekwencji homologicznych; bardziej konserwatywne
-sekwencje białkowe- użyteczne do badania większości odległych sekwencji homologicznych, można konstruować bardzo rozległe drzewka

Konserwatywność (rosnąco)
DNA->cDNA-> struktura II rz białka -> struktura III rz białka

MSA
-dopasowanie wielu sekwencji- ClustalW
-wybór modelu podstawień- model Juke i Cantor (1parametrowy), model Kimury (2parametrowy)

Dane filogenetyczne
-numeryczne- opierają się na dystansie- liczba różnic między 2 sekwencjami, ta wyliczona wartość odpowiada odległości ewolucyjnej (matryca dystansów) prosta i szybka metoda
-dyskretne- oparte na cechach- konstruują drzewa, które optymalizują rozkład struktury rzeczywistych danych; biorą pod uwagę każdy nukleotyd w sekwencji, każdy jest rozpatrywany oddzielnie

Metody oparte na odległościach
-metoda średnich połączeń (matryca dystansów) prosta i szybka metoda
-przyłączania najbliższych sąsiadów (przejście z drzewa promienistego) wydajna, nadaje się do dużych zbiorów, wskazuje długość gałęzi
-FM
-minimalnych odległości

Metody oparte na cechach
-parsymonii MP (stan A i stan B, aby dojść z A do B wszystko co się działo po drodze powinno zdarzyć się z jak najmniejszym udziałem energii); cechy informatywne(zaszła zmiana nukleotydu i każda zmiana występuje przynajmniej 2 razy) i nieinformatywne
-największej wiarygodności ML- rozpatruje dane sekwencyjne; skomplikowane obliczenia

Grupowanie
-przyłączenie grup
-przeliczenie odległości
-powtórzenie

Ustalenie stopnia wiarygodności danego drzewa
-bootstrap- tworzenie pseudodopasowań

Wykorzystanie filogenetyki
-tworzenie map ewolucji
-medycyna- miejsce powstania choroby i co było źródłem choroby (SARS od nietoperzy np)
-sądownictwo- dentysta z HIV, który zaraził pacjentów

W8?

MEGA 4

-Pierwszy poznany genom- wirusa grypy
-Prokaryota- 90% genomu to sekwencje kodujące, brak intronów (M. Lepre wyjątek)
-Brak zależności filogenetycznych u bakterii

WYKŁAD OSTATNI

HUMAN GENOME PROJECY (HGP)- odczytanie struktury pierwszorzędowej DNA wszystkich 24 chromosomów; mapowanie ludzkiego genomu

Craig Venter- utworzenie Celera Genomics i ukończenie HGP w 3 lata

• 96% podobieństwa z szympansami

• 80% z myszami

• ¼ alternatywnie składanych eksonów jest swoistych dla ludzi lub myszy

• HGP> znaczenie w mapowaniu chorób

Korzyści z HGP:

-usprawnienie medycyny

-prawniczy DNA > identyfikacja podejrzanych o przestępstwo

-badanie ewolucji i migracji ludzi

-określenie ryzyka :zredukowanie p-stwa dziedzicznych chorób

Etyczne i socjalne aspekty HGP:

-aspekt psychologiczny> jak wiedza o własnych predyspozycjach wpłynie na jednostkę

-wykorzystanie wiedzy o decydowaniu o potomstwie

-problem udostępniania i wykorzystania danych zapisanych w genomie

HAP MAP PROJECT

-baza danych SNP

-wyróżniamy haplotypy czyli zbiór zmian SNP na tym samym chromosomie które są dziedziczone jednocześnie

-SNP> głownie w rejonach niekodujących

ZNACZENIE SNP

-śledzenie zmian ewolucyjnych

- identyfikacja i zmapowanie SNP od jak największej liczby populacji z całego świata

HUMAN PROTEOME PROJECT (HPP)

-odkrycie i identyfikacja wszystkich genów w genomie człowieka np. różnice między liczbą kopii genów u człowieka i szympansa

ENCODE (ENCYKLOPEDIA OF DNA ELEMENTS)

-identyfikacja regionów i określenie ich funkcji w regulowaniu ekspresji genów

-Affymetrix >oligonukleotydowa macierz

THE CANCER GENOME ATLAS (TCGA)

-identyfikacja regionów i zmian zaangażowanych w proces nowotworzenia

EWOLUCJA HOMO SAPIENS

Rodzaje informacji:

-wykopaliska, skamieniałości

-naturalne markery genetyczne : mtDNA, chromosom Y

-geny podlegające selekcji

Ok 6-8 mln lat temu ludzie rozeszli się od szympansów

Początek hominidów:

-centralna Afryka (Chad)

-postura nieznana

- w Eurpie : H.erectus, H.heidelbergensis, Neandertalczyk, H.sapien

H.erectus> ok 1,9 mln lat temu w Afryce, używał narzędzi kamiennych

H.heidelbergensis> ok 800 tys lat temu

Ekspansje H.sapiens:

1-130 tys lat temu

2-epoka kamienia łupanego w Australii ok 50 tys lat temu

3-późny neolit w Izraelu ok 47 tys lat temu

GENETYCZNE WYZNACZNIKI EWOLUCJI

1-CHROMOSOM Y> miejsca STR bada się jako pierwsze; później SNP , które są swoiste dla danej haplogrupy

2-mtDNA ma:

- region kontrolny > niekodujący , odpowiada za inicjację transkrypcji ; posiada regiony hiperzmienne

-region kodujący (bada się go jako drugi)

3-klasyczne markery czyli sekwencje genomu/chromosomów

*** Są 3 grupy etniczne

-Afrykańska

-Azjatycko-Europejska

-Australia+ Nowe Gwinea

Afryka> haplogrupa L mtDNA

Haplogrupa N> dała początek haplogrupom Europejskim

Haplogrupa M > azjatyckim

Haplogrupa X> występuje na całym świecie Z WYJĄTKIEM AFRYKI

4-Allele ulegające selekcji

-im mniejsza populacja tym szybciej utrwali się tam pożądana cecha

Namnażanie aDNA (a-ancient)

-namnażanie krótkich frag (<200 pz)

-zwiększona liczba cykli

-wykorzystywanie wysokosprawnych polimeraz DNA

Autentyczność wyników:

-analiza haplotypów osób które miały styczność z badanym materiałem

-analizy powtarzać 3-4 razy

Tolerancja laktozy > najszybszy dobór naturalny; w Polsce na Kujawach byli pierwsi ludzie tolerujący laktozę

Paleomikrobiologia

-badanie predyspozycji do gruźlicy> skąd patogen do nas przybył> gdzie pojawiła się pierwsza choroba

Ramy czasowe neandertalczyków i H. sapiens zachodzą na siebie

1-4 % genomu nie Afrykańczyków jest pochodzenia neandertalskiego

Na Bliskim Wschodzie Neandertalczycy i ludzie mogli się KRZYŻOWAĆ !

PO NEANDERTALCZYKACH ODDZIEDZICZYLIŚMY:

-pigmentację

-gen FOXP2

DENISOWIAŃCZYCY

-odrębna grupa ewolucyjna

-nie podobni ani do neandertalczyków ani do ludzi współczesnych