8.13. Дивергентная и конвергентная эволюция сериновых протеиназ
Химотрипсин, эластаза и трипсин обладают в целом сходной последовательностью аминокислотных остатков, поскольку они возникли из общего предшественника. Ген фермента-предшественника, по-видимому, несколько раз удваивался. В результате последующих мутаций этих генов появились в конце концов современные ферменты. Возникновение различной специфичности в ходе мутаций генов, произошедших от общего предшественника, представляет собой процесс дивергентной эволюции.
Сравнивая химотрипсин с бактериальным ферментом субтилизином, мы сталкиваемся с эволюционным процессом другого типа.
Рис. 8.22. Очень упрощенное изображение участка связывания субстрата в химотрипсине, трипсине и эластазе.
Субтилизин - это также сериновая протеиназа. Однако последовательности аминокислот в химотрипсине и субтилизине совершенно различны, что указывает на их независимое появление в процессе эволюции. Например, в молекуле химотрипсина имеется пять дисульфидных мостиков, тогда как в субтилизине - ни одного. Последовательность аминокислот вокруг серина в активном центре субтилизина и химотрипсина имеет следующий вид:
Совершенно различны трехмерные структуры этих ферментов. Тем более удивительным оказалось сообщение о том, что в субтилизине имеется система переноса заряда, состоящая, как и в химотрипсине, из остатков аспарагиновой кислоты, гистидина и серина.
Рис. 8.23. Основной элемент взаимодействия панкреатического ингибитора трипсина с трипсином состоит в образовании электростатической связи между лизином-15 ингибитора и аспартатом-189 фермента. Кроме того, 
-группа лизина-15 соединяется водородной связью с несколькими атомами кислорода в субстрат - специфичном кармане молекулы трипсина.
Более того, в субтилизине имеется полость оксианиона, стабилизирующая тетраэдрическое промежуточное соединение. Сходство системы переноса заряда, полости оксианиона и механизма катализа в случае субтилизина и химотрипсина - это поразительный пример независимой, конвергентной эволюции на уровне молекул ферментов. Почему независимые, параллельные эволюционные процессы привели к одному и тому же решению в таких разных случаях, как сериновые протеиназы поджелудочной железы позвоночных и бактериальный субтилизин? Как описывается далее (разд. 8.16), существует, по-видимому, довольно мало способов расщепления пептидных связей. Изучение нескольких сотен протеолитических ферментов показало, что имеется, быть может, только четыре основных типа механизмов протеолиза и что сериновые протеиназы распространены наиболее широко.
