Lezione 9

Orologio molecolare

Orologio molecolare: l’ipotesi

Ipotizzato da Zuckerkandl e Pauling nel 1962.

I due scienziati notarono come le sostituzioni aminoacidiche nelle emoglobine degli animali fossero proporzionali ai tempi di divergenza suggeriti dai reperti fossili

A questo seguì la generalizzazione che il tasso di cambiamenti evolutivi di ogni specifica proteina fosse approssimativamente costante nel tempo in differenti linee evolutive

Se le proteine evolvono con un tasso costante, allora il numero di

sostituzioni tra due sequenze può essere usato per stimare il tempo

di divergenza, in modo simile all’utilizzo del decadimento radioattivo.

Orologio molecolare: l’ipotesi

K = numero di sostituzioni (o ‘replacements’) per sito

K

Tasso di sostituzione

Il tasso di sostituzioni nonsinonime per l’ α-globina

è 0.56 10–9 (r = sostituzioni nonsinonime per sito

nonsinonimo per anno).

Le α-globine di ratto e uomo differiscono di 0.093

(K) sostituzioni nonsinonime per sito nonsinonimo.

Se l’ipotesi dell’orologio molecolare universale è

corretta, allora la divergenza tra uomo e ratto a

partire dall’antenato comune è uguale a

0.093/(2 0.56 10 –9) = 83 milioni di anni.

Orologio molecolare: un esempio

T = K / (2 r)

Orologio molecolare vent’anni dopo

Orologio molecolare vent’anni dopo

Orologio molecolare: assunzioni

Funziona

• Per tassi evolutivi costanti: nessun cambiamento radicale

• Salvo alcune eccezioni

Evoluzione più rapida che nelle altre linee

Citocromo c piccola emoproteina della membrana interna dei mitocondri, solubile, diversamente da altri citocromi, componente essenziale della catena di trasporto degli elettroni. Emoglobina Fibrinopeptide Si origina per taglio del fibrinogeno nella formazione della fibrina

Sembra esserci un orologio molecolare tra i roditori, almeno per le sostituzioni sinonime Si può stimare la divergenza tra mouse (o rat) e hamster rispetto a quella tra mouse e rat: Mouse-rat: 18% (Mouse)(rat) – hamster: 31% 0.31/0.18= 1.7 volte più antica

mouse rat hamster

BEAST Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees