Transkription vs. Übersetzung

Die Evolution oder der Wandel der Arten im Laufe der Zeit wird durch den Prozess der natürlichen Auslese angetrieben. Damit natürliche Selektion funktioniert, müssen Individuen in einer Population einer Art Unterschiede in den von ihnen geäußerten Merkmalen aufweisen. Individuen mit den gewünschten Eigenschaften und für ihre Umwelt überleben lange genug, um die Gene, die für diese Eigenschaften kodieren, zu reproduzieren und an ihre Nachkommen weiterzugeben.

Individuen, die für ihre Umwelt als „ungeeignet“ gelten, sterben, bevor sie diese unerwünschten Gene an die nächste Generation weitergeben können. Im Laufe der Zeit werden nur die Gene im Genpool gefunden, die für die gewünschte Anpassung kodieren.

Die Verfügbarkeit dieser Merkmale hängt von der Genexpression ab.

Die Genexpression wird durch die Proteine ​​ermöglicht, die während und nach der Translation von den Zellen gebildet werden. Da Gene in der DNA codiert sind und die DNA transkribiert und in Proteine ​​übersetzt wird, wird die Expression der Gene gesteuert, durch die Teile der DNA kopiert und in die Proteine ​​umgewandelt werden.

Transkription

Der erste Schritt der Genexpression heißt Transkription. Die Transkription ist die Erzeugung eines Boten-RNA-Moleküls, das das Komplement eines einzelnen DNA-Strangs darstellt. Frei schwebende RNA-Nukleotide werden gemäß den Basenpaarungsregeln an die DNA angepasst. Bei der Transkription wird Adenin mit Uracil in RNA und Guanin mit Cytosin gepaart. Das RNA-Polymerasemolekül bringt die Messenger-RNA-Nukleotidsequenz in die richtige Reihenfolge und bindet sie zusammen.

Es ist auch das Enzym, das für die Überprüfung auf Fehler oder Mutationen in der Sequenz verantwortlich ist.

Nach der Transkription wird das Messenger-RNA-Molekül durch einen Prozess namens RNA-Spleißen verarbeitet. Teile der Messenger-RNA, die nicht für das zu exprimierende Protein kodieren, werden ausgeschnitten und die Stücke werden wieder zusammengespleißt.

Zu diesem Zeitpunkt werden der Boten-RNA auch zusätzliche Schutzkappen und Schwänze hinzugefügt. Ein alternatives Spleißen der RNA kann durchgeführt werden, um einen einzelnen Strang der Messenger-RNA in die Lage zu versetzen, viele verschiedene Gene zu produzieren. Wissenschaftler glauben, dass auf diese Weise Anpassungen stattfinden können, ohne dass auf molekularer Ebene Mutationen auftreten.

Nachdem die Boten-RNA vollständig verarbeitet ist, kann sie den Kern durch die Kernporen in der Kernhülle verlassen und zum Zytoplasma gelangen, wo sie auf ein Ribosom trifft und sich einer Translation unterzieht. In diesem zweiten Teil der Genexpression wird das eigentliche Polypeptid hergestellt, das schließlich zum exprimierten Protein wird.

In der Translation wird die Boten-RNA zwischen die großen und kleinen Untereinheiten des Ribosoms geschoben. Transfer-RNA bringt die richtige Aminosäure in den Ribosom- und Messenger-RNA-Komplex. Die Transfer-RNA erkennt das Messenger-RNA-Codon oder die Drei-Nukleotid-Sequenz, indem sie ihr eigenes Anit-Codon-Komplement anpasst und an den Messenger-RNA-Strang bindet. Das Ribosom bewegt sich, um die Bindung einer anderen Transfer-RNA zu ermöglichen, und die Aminosäuren aus dieser Transfer-RNA bilden eine Peptidbindung zwischen ihnen und lösen die Bindung zwischen der Aminosäure und der Transfer-RNA. Das Ribosom bewegt sich wieder und die nun freie Transfer-RNA kann eine andere Aminosäure finden und wiederverwendet werden.

Dieser Prozess setzt sich fort, bis das Ribosom ein "Stop" -Codon erreicht und an diesem Punkt die Polypeptidkette und die Messenger-RNA aus dem Ribosom freigesetzt werden. Das Ribosom und die Messenger-RNA können erneut für die weitere Translation verwendet werden, und die Polypeptidkette kann unterbrochen werden, um die Verarbeitung zu einem Protein zu beschleunigen.

Die Geschwindigkeit, mit der Transkription und Translation stattfinden, treibt die Evolution zusammen mit dem gewählten alternativen Spleißen der Messenger-RNA voran. Wenn neue Gene exprimiert und häufig exprimiert werden, werden neue Proteine ​​hergestellt und neue Anpassungen und Merkmale können in der Spezies gesehen werden. Die natürliche Auslese kann dann an diesen verschiedenen Varianten arbeiten und die Art wird stärker und überlebt länger.

Übersetzung

Der zweite wichtige Schritt bei der Genexpression heißt Translation. Nachdem die Messenger-RNA einen komplementären Strang zu einem einzelnen DNA-Strang in der Transkription hergestellt hat, wird sie während des RNA-Spleißens verarbeitet und ist dann zur Translation bereit. Da der Translationsprozess im Zytoplasma der Zelle abläuft, muss diese zunächst durch die Kernporen aus dem Zellkern in das Zytoplasma gelangen, wo sie auf die zur Translation benötigten Ribosomen trifft.

Ribosomen sind eine Organelle in einer Zelle, die beim Aufbau von Proteinen hilft. Ribosomen bestehen aus ribosomaler RNA und können entweder frei im Zytoplasma schweben oder an das endoplasmatische Retikulum gebunden sein, wodurch es ein raues endoplasmatisches Retikulum bildet. Ein Ribosom hat zwei Untereinheiten - eine größere obere Untereinheit und die kleinere untere Untereinheit.

Während des Translationsprozesses wird ein Strang Messenger-RNA zwischen den beiden Untereinheiten gehalten.

Die obere Untereinheit des Ribosoms weist drei Bindungsstellen auf, die als "A" -, "P" - und "E" -Stellen bezeichnet werden. Diese Stellen befinden sich oben auf dem Messenger-RNA-Codon oder einer Drei-Nukleotid-Sequenz, die für eine Aminosäure kodiert. Die Aminosäuren werden als Bindung an ein Transfer-RNA-Molekül zum Ribosom gebracht. Die Transfer-RNA weist an einem Ende ein Anti-Codon oder ein Komplement des Messenger-RNA-Codons und am anderen Ende eine Aminosäure auf, die das Codon angibt. Die Transfer-RNA passt in die "A" -, "P" - und "E" -Stellen, wenn die Polypeptidkette aufgebaut wird.

Der erste Stopp für die Transfer-RNA ist eine "A" -Stelle. Das "A" steht für Aminoacyl-tRNA oder ein Transfer-RNA-Molekül, an das eine Aminosäure gebunden ist.

Hier trifft das Anti-Codon auf der Transfer-RNA auf das Codon auf der Messenger-RNA und bindet daran. Das Ribosom bewegt sich dann nach unten und die Transfer-RNA befindet sich nun innerhalb der "P" -Stelle des Ribosoms. Das "P" steht in diesem Fall für Peptidyl-tRNA. An der "P" -Stelle wird die Aminosäure aus der Transfer-RNA über eine Peptidbindung an die wachsende Kette von Aminosäuren gebunden, die ein Polypeptid bilden.

Zu diesem Zeitpunkt ist die Aminosäure nicht mehr an die Transfer-RNA gebunden. Sobald die Bindung abgeschlossen ist, bewegt sich das Ribosom wieder nach unten und die Transfer-RNA befindet sich nun an der "E" -Stelle oder an der "Exit" -Stelle und die Transfer-RNA verlässt das Ribosom und kann eine frei schwebende Aminosäure finden und erneut verwendet werden.

Sobald das Ribosom das Stopcodon erreicht und die letzte Aminosäure an die lange Polypeptidkette gebunden ist, brechen die Ribosomenuntereinheiten auseinander und der Boten-RNA-Strang wird zusammen mit dem Polypeptid freigesetzt. Die Messenger-RNA kann dann erneut die Translation durchlaufen, wenn mehr als eine der Polypeptidketten benötigt wird. Das Ribosom kann auch wieder verwendet werden. Die Polypeptidkette kann dann mit anderen Polypeptiden zusammengefügt werden, um ein voll funktionsfähiges Protein zu erzeugen.

Die Translationsrate und die Menge der erzeugten Polypeptide können die Evolution vorantreiben. Wenn ein Messenger-RNA-Strang nicht sofort translatiert wird, wird sein Protein, für das er kodiert, nicht exprimiert und kann die Struktur oder Funktion eines Individuums verändern. Wenn daher viele verschiedene Proteine ​​translatiert und exprimiert werden, kann sich eine Spezies entwickeln, indem neue Gene exprimiert werden, die zuvor möglicherweise nicht im Genpool verfügbar waren.

In ähnlicher Weise kann es, wenn a nicht günstig ist, dazu führen, dass das Gen nicht mehr exprimiert wird. Diese Hemmung des Gens kann auftreten, wenn die DNA-Region, die für das Protein kodiert, nicht transkribiert wird, oder wenn die während der Transkription erzeugte Messenger-RNA nicht translatiert wird.