Släktskap mellan människa och några ryggradsdjur

Transkript

1 Övning: Släktskap mellan människa och några ryggradsdjur sid 1 Övning Släktskap mellan människa och några ryggradsdjur En manuell jämförelse mellan hemoglobinets aminosyrasekvenser hos några organismer Övningen, som modifierats och översatts till svenska, utgår från en övning som kan hämtas från: Övningen kan vara en lämplig introduktion inför arbetet med molekylärbiologiska databaser. Den innebär att man gör en manuell jämförelse mellan en liten del av aminosyrasekvensen för hemoglobin hos människa och några andra ryggradsdjur. En sådan jämförelse i större skala kan sedan göras med hjälp av molekylärbiologiska databaser och program som finns fritt på Internet. (Se övningen Stamträd med hjälp av databaser och program från Internet som ligger på resurscentrums hemsida.) Introduktion Följande frågeställningar bildar utgångspunkt: 1. Hur stora likheter är det mellan protein från människa jämfört från andra primater. 2. Kan skillnaderna visa den evolutionära utvecklingen? Vi kan följa evolutionen av människan genom att studera fossila fynd från tidiga Australopitheciner och vidare till Homo habilis, H.erectus, tidiga H.sapiens som Cro-Magnon och slutligen till nu levande människor. Fossilerna visar att förändringar ackumuleras. Detta leder till en mängd frågor som t.ex.: När inträffade förändringarna? Vilka är våra närmaste föregångare och vilka sidogrenar finns på släktträdet. När inträffade förgreningarna i människans släktträd? Kan vi lära oss om vår historia genom att jämföra nu levande organismer?

2 Övning: Släktskap mellan människa och några ryggradsdjur sid 2 Tidigare använde biologer och paleontologer fossila fynd, homologa strukturer och jämförande anatomi/embryologi för att försöka förstå hur nära släkt organismer är. Numera används nukleotidsekvenser från DNA och aminosyrasekvenser från proteiner som en evolutionär klocka. Vissa proteiner har grundläggande funktioner för levande organismer och om man jämför ett sådant protein från olika arter syns att stora partier av aminosyrasekvensen är likartad. Likheten i aminosyrasekvensen motsvaras av en överensstämmelse i DNA-kod. Ju mer lika DNA-sekvenserna är desto närmare släkt är organismerna. Det verkar finnas ett samband mellan antalet, samt typ av skillnader i nukleotidsekvensen och hur nära släkt organismerna är. Förändringarna i DNA kan vara negativa och leda till sjukdom och död. neutrala - vissa förändringar i DNA ändrar inte aminosyrasekvensen och även om aminosyrasekvensen ändras medför detta inte alltid en formändring av proteinet. positiva och leda till konkurrensfördelar. En individer som har fått en positiv förändring av DNA har konkurrensfördelar jämfört med artfränder och en bättre överlevnad och reproduktion. De goda arvsanlagen överförs sina avkomman och efterhand blir den positiva mutationen dominerande i populationen. Efterhand ackumuleras så mycket genetiska förändringar i populationen att individer inte längre skulle kunna fortplanta sig med individer i den ursprungliga populationen. Om man följer människans evolution ser man att det successivt sker förändringar i det yttre utseendet som har sin grund i mutationer. Det är svårt att dra gränser mellan arter eftersom förändringarna sker successivt och det inte är möjligt att studera korsningsbarriärer för utdöda arter. Aminosyrasekvensen hos människa jämfört med några andra ryggradsdjur I den här övningen ska vi studera åtta organismer och jämföra aminosyrasekvensen i hemoglobin. Figur 1 visar aminosyrasekvenserna från utvalda delar av DNA som kodar för hemoglobin. Sekvenserna har hämtade från några olika ryggradsdjur. 1. Räkna antalet olika aminosyrorna i humant hemoglobin och anteckna totalantalet av respektive aminosyra i kolumn 1 i resultattabell 2.

3 Övning: Släktskap mellan människa och några ryggradsdjur sid 3 2. Räkna antalet olika aminosyrorna i de andra ryggradsdjurens hemoglobin och anteckna totalantalet av respektive aminosyra i kolumn respektive kolumn i resultattabell Börja till vänster i tabell1 och notera positionen för varje aminosyra. Räkna antalet likheter i aminosyraposition i humant hemoglobin jämfört med hemoglobin från de andra arterna. Anteckna resultatet i resultattabell Räkna på motsvarande sätt antalet skillnader i aminosyraposition i humant hemoglobin jämfört med hemoglobin från de andra arterna. Anteckna resultatet i resultattabell 3. Tabell 1 Människa SER THR ALA GLY ASP GLU VAL GLU ASP THR PRO GLY GLY ALA ASN ALA THR ARG HIS Schimpans SER THR ALA GLY ASP GLU VAL GLU ASP THR PRO GLY GLY ALA ASN ALA THR ARG HIS Primate Gorilla SER THR ALA GLY ASP GLU VAL GLU ASP THR PRO GLY GLY ALA ASN ALA THR LYS HIS Babian ASN THR THR GLY ASP GLU VAL ASP ASP SER PRO GLY GLY ASN ASN ALA GLN LYS HIS Lemur ALA THR SER GLY GLU LYS VAL GLU ASP SER PRO GLY SER HIS ASN ALA GLN LYS HIS Hund SER SER GLY GLY ASP GLU ILU ASP ASP THR PRO SER ASN LYS ASN ALA ALA LYS LYS NonPrimate Kyckling GLN THR GLY GLY ALA GLU ILU ALA ASN SER PRO THR THR LYS ASN SER GLN ARG ALA Groda ASP SER GLY GLY LYS HIS VAL THR ASN SER ALA HIS ALA LYS ASN ALA LYS ARG ARG

4 Övning: Släktskap mellan människa och några ryggradsdjur sid 4 Resultattabell 2 Antalet molekyler av olika aminosyror hos några ryggradsdjur Aminosyra Förkortning Människa Schimpans Gorilla Babian Lemur Hund Kyckling Groda Alanin Argenin Asparaginsyra Asparagin Glutaminsyra Glutamin Glycin Histadin Isoleucin Leucin Lysin Prolin Serin Threonin Valin ALA- ARG- ASP- ASN- GLU- GLN- GLY- HIS- ILU- LEU- LYS- PRO- SER- THR- VAL-

5 Övning: Släktskap mellan människa och några ryggradsdjur sid 5 Resultattabell 3 Organism Organism Antal lika aminosyror Antal olika aminosyror Människa - jämfört med: Schimpans Bergsgorilla Olivbabian Lemur Hund Kyckling Groda Analys av resultatet 1. Använd resultattabell 3 och studera släktskapet mellan organismerna. a) Vilka är människans närmaste släktingar? b) Vilket ryggradsdjur som inte är primat är närmast släkt med människa? c) Vilken djurart är mest avlägset släkt med människan? 2. Överensstämmer resultatet med den uppfattning man har sedan tidigare om släktskap? 3. Beräkna den procentuella skillnaden mellan människan och varje övrig djurart genom att dividera antalet olika aminosyror (hämtas från tabell 3) med 19 (19 aminosyror finns i varje sekvens) och multiplicera med Använd resultatet från uppgift 3 för att skissa ett fylogenetiskt träd som visar släktskapet mellan de nio organismerna.