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タンパク質の進化

分子生物学における重要な疑問は、タンパク質がどのように進化するのか、すなわちどのようにして突然変異（というよりアミノ酸配列の変化）が新しい構造や機能をもたらすのか、ということである。タンパク質中のほとんどのアミノ酸は、活性や機能を破壊することなく変化させることができる。これは、種を超えた数多くの相同性タンパク質（タンパク質ファミリーの専門データベース、例えばPFAMに収集されている）からわかる。突然変異の劇的な結果を防ぐために、遺伝子は自由に突然変異を起こす前に複製されることがある。しかし、これは遺伝子の機能を完全に失わせることになり、その結果偽遺伝子を引き起こすこともある。より一般的には、単一のアミノ酸の変化は、特に酵素においてはタンパク質の機能を大きく変えるものもあるが、その影響は限定的である。例えば、多くの酵素は、1つまたは数個の変異によって、その基質特異性を変えることができる。基質特異性の変化は、基質多様性、すなわち多くの酵素が複数の基質に結合して処理する能力によって促進される。変異が起こると、酵素の特異性は増加し（または減少し）、その結果酵素活性も増加する。変異が起こると、酵素の特異性が高まり（あるいは低下し）、その結果酵素活性が高まる。こうしてバクテリア（あるいは他の生物）は、プラスチックのような不自然な基質を含む、さまざまな食物源に適応することができる。