Эволюция белков

Очевидно, что возможны 20²⁰ различных белков длиной в 20 аминокислотных остатков. Исходя из этого, иногда утверждают, что отбору не хватило бы времени для того, чтобы создать такой длинный белок. В чем тут ошибка?

Подобное рассуждение предполагает, что только белок с одной-единственной точно определенной последовательностью аминокислотных остатков способен выполнять определенные функции. Но мы знаем, что у разных организмов в белках, выполняющих одну и ту же функцию, последовательность аминокислотных остатков бывает различна. Кроме того, для нормального функционирования многих ферментов достаточно, чтобы лишь несколько остатков, входящих в активный центр или ответственных за конформацию белковой молекулы, были строго определенными. Остальные участки полипептидной цепи могут варьироваться без заметного изменения активности фермента. Значит, отбору было достаточно создать лишь необходимую комбинацию из относительно небольшого числа остатков.
Кроме того, отбор может не только пробовать разные белки на роль исполнителей некоторой функции, но и испытывать один и тот же белок в разных целях. В клетке происходит множество разнообразных реакций, и если хоть одну из них белок оказался способным катализировать, то далее естественный отбор сможет совершенствовать эту функцию, уже не перебирая всевозможные аминокислотные последовательности, а используя данную последовательность в качестве основы.
В наибольшей степени сказанное выше, вероятно, относится к ранним этапам эволюции жизни, когда в «коллективе» различных белков, выполняющих в клетке те или иные функции, было много «вакантных мест». Но смена функций белка могла происходить и позже за счет того, что первичная структура белка нередко бывает записана в геноме в нескольких копиях. Одну из этих копий можно использовать в качестве исходного материала для отбора на выполнение новой функции. Так, один из структурных белков хрусталика глаза родствен ферменту, участвующему в гликолизе.
Разные участки полипептидной цепи могут быть относительно независимы друг от друга по структуре и функциям (например, один участок связывает одно вещество, участвующее в реакции, другой — другое, третий — регуляторные молекулы). Предполагается, что их эволюция исходно могла идти независимо, причем закодированы эти участки могли быть в разных генах. На каком-то этапе мог быть собран единый ген, кодирующий данный белок, как из кусочков мозаики. Конечно, на основе такого поблочного принципа эволюция белков могла идти гораздо быстрее, чем путем слепого перебора аминокислотных последовательностей.