Molekulare Evolutionsforschung – homologe Proteine

Molekulare Evolutionsforschung – homologe Proteine und ihre Rolle in der Evolution

Die Evolution, die treibende Kraft hinter der unglaublichen biologischen Vielfalt auf unserem Planeten, zeigt sich nicht nur in Form und Verhalten, sondern auch auf molekularer Ebene. In der Tat ermöglicht die Erforschung von molekularen Homologien spannende Einblicke in die Geschichte der Evolution.

Solche molekularen Homologien können durch den Vergleich von Nukleotid- und Aminosäuresequenzen hergestellt werden. In diesem Text zeigen wir dir einige typische Beispiele.

Insulin – ein Beispiel für molekulare Ähnlichkeiten

Ein gutes Beispiel ist das Insulin. Es ist ein essenzielles Hormon, das unseren Blutzuckerspiegel reguliert. Menschen mit Diabetes sind auf eine externe Insulinzufuhr angewiesen. Früher wurde dieses Insulin aus den Bauchspeicheldrüsen von Rindern und später von Schweinen gewonnen. Der Grund? Das Insulin dieser Tiere ähnelt unserem menschlichen Insulin stark, was auf eine enge evolutionäre Verwandtschaft hindeutet.

Cytochrom c – Aminosäuresequenzen als Schlüssel zur Evolutionsgeschichte

Um in die Evolutionsgeschichte einzutauchen, nutzen Biologen oft neben dem DNA-Vergleich auch den Vergleich der Aminosäuresequenzen. Sie vergleichen die Primärstrukturen von Schlüsselproteinen zwischen Arten, um evolutionäre Beziehungen und Pfade zu kartieren. Ein herausragendes Molekül in diesem Zusammenhang ist das Cytochrom c, ein universelles Enzym, das bei vielen Tieren und anderen Lebewesen, wie z. B. Pflanzen, Pilzen, einzelligen Eukaryoten oder sogar Bakterien, vorkommt.

Hämoglobin – ein universelles Protein

Ein weiteres Molekül in diesem Zusammenhang ist das Hämoglobin. Es transportiert Sauerstoff in unseren Körper und ist bei allen Wirbeltieren zu finden. Sein Aufbau besteht aus vier Eiweißketten – zwei Alpha- und zwei Beta-Ketten.

Zum Beispiel unterscheidet sich das Hämoglobin von uns Menschen und Mäusen nur an wenigen Stellen, während es größere Unterschiede zwischen Menschen und Fischen gibt.

Dieses einfache Diagramm basiert auf der Idee der gemeinsamen Abstammung:

Die Anpassung des Hämoglobins im menschlichen Lebenszyklus

Beim Menschen gibt es tatsächlich verschiedene Arten von Hämoglobin, die jeweils in spezifischen Lebensphasen dominieren. Während der fetalen Entwicklung in der Gebärmutter, wenn der Fötus noch keinen direkten Zugang zur atmosphärischen Luft hat, ist das fetale Hämoglobin (HbF) vorherrschend. Es hat eine höhere Affinität zu Sauerstoff als das Hämoglobin von Erwachsenen, was dem Fötus eine effektivere Sauerstoffaufnahme ermöglicht.

Nach der Geburt nimmt der Anteil des fetalen Hämoglobins rasch ab und wird durch das adulte Hämoglobin (HbA) ersetzt. Dieses Hämoglobin ist besser an die Atmung in einer Umgebung mit atmosphärischem Sauerstoff angepasst.

Zusammenfassung

Die molekulare Evolutionsforschung gibt Aufschluss über die evolutionäre Geschichte und Verwandtschaft von Lebewesen. Molekulare Homologien sind Ähnlichkeiten in den Molekülstrukturen unterschiedlicher Arten. Ein Beispiel dafür ist das Insulin, das zwischen Menschen und einigen Tieren Ähnlichkeiten aufweist. Die Vergleichsforschung basiert oft auf der Analyse von Schlüsselgenen und Proteinen, wie dem Cytochrom c und dem Hämoglobin. Hämoglobin, das Sauerstoff im Körper transportiert, zeigt je nach Art unterschiedliche Molekülstrukturen. Kladogramme sind hilfreiche Werkzeuge, um diese Verwandtschaftsbeziehungen zu visualisieren. Beim Menschen gibt es verschiedene Arten von Hämoglobin, wobei das fetale Hämoglobin während der Schwangerschaft dominiert und nach der Geburt durch das adulte Hämoglobin ersetzt wird.

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Häufig gestellte Fragen zum Thema Molekulare Evolutionsforschung – homologe Proteine und ihre Rolle in der Evolution