DNA ist das vererbte Material, das Organismen sagt, was sie sind und was jede Zelle tun soll. Vier Nukleotide ordnen sich in gepaarten Sequenzen in einer vorgegebenen Reihenfolge an, die für das Genom der Art und des Individuums spezifisch ist. Auf den ersten Blick entsteht dadurch die gesamte genetische Vielfalt innerhalb einer bestimmten Art sowie zwischen Arten.
Bei näherer Betrachtung scheint es jedoch, dass DNA viel mehr ist.
Zum Beispiel neigen einfache Organismen dazu, genauso viele oder mehr Gene zu haben wie die Menschliche DNA. Angesichts der Komplexität des menschlichen Körpers im Vergleich zu einer Fruchtfliege oder noch einfacheren Organismen ist dies schwer zu verstehen. Die Antwort liegt darin, wie komplexe Organismen, einschließlich des Menschen, ihre Gene auf kompliziertere Weise nutzen.
Die Funktion von Exon- und Intron-DNA-Sequenzen
Die verschiedenen Abschnitte eines Gens lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen:
- Codierungsregionen
- Nicht-kodierende Regionen
Die nicht-kodierenden Regionen heißen
Introns. Sie bieten den kodierenden Regionen des Gens eine Organisation oder eine Art Gerüst. Die kodierenden Regionen heißen Exons. Wenn Sie an "Gene" denken, denken Sie wahrscheinlich speziell an Exons.Oft wechselt die Region eines Gens, die kodiert wird, mit anderen Regionen, je nach den Bedürfnissen des Organismus. Daher kann jeder Teil des Gens als nicht-kodierende Intronsequenz fungieren oder als Exon-kodierende Sequenz.
Es gibt typischerweise eine Reihe von Exon-Regionen auf einem Gen, die sporadisch durch Introns unterbrochen werden. Einige Organismen neigen dazu, mehr Introns zu haben als andere. Menschliche Gene bestehen aus ungefähr 25 Prozent Introns. Die Länge der Exon-Regionen kann von einer kleinen Handvoll Nukleotidbasen bis zu Tausenden von Basen variieren.
Das zentrale Dogma und die Boten-RNA
Exons sind die Regionen eines Gens, die den Prozess der Transkription und Translation durchlaufen. Der Prozess ist komplex, aber die vereinfachte Version wird allgemein als "zentrales Dogma“ und sieht so aus:
DNA ⇒ RNA ⇒ Protein
RNA ist fast identisch mit DNA und wird zum Kopieren verwendet, oder transkribieren die DNA und bewegen sie aus dem Kern zum Ribosom. Das Ribosom übersetzt die Kopie, um den Anweisungen zum Aufbau neuer Proteine zu folgen.
Bei diesem Vorgang entpackt sich die DNA-Doppelhelix, wobei eine Hälfte jedes Nukleotidbasenpaares freiliegt, und die RNA erstellt eine Kopie. Die Kopie heißt Messenger-RNA, oder mRNA. Das Ribosom liest die Aminosäuren in der mRNA, die sich in Triplett-Sets befinden, die als Codons bezeichnet werden. Es gibt zwanzig Aminosäuren.
Während das Ribosom die mRNA liest, überträgt ein Codon nach dem anderen die RNA (tRNA) bringen die richtigen Aminosäuren zum Ribosom, die beim Lesen an jede Aminosäure binden können. Es bildet sich eine Kette von Aminosäuren, bis ein Proteinmolekül entsteht. Ohne Lebewesen, die sich an das zentrale Dogma halten, würde das Leben sehr schnell enden.
Es stellt sich heraus, dass Exons und Introns bei dieser und anderen Funktionen eine bedeutende Rolle spielen.
Die Bedeutung von Exons in der Evolution
Bis vor kurzem waren sich Biologen nicht sicher, warum die DNA-Replikation alle Gensequenzen umfasst, sogar die nicht-kodierenden Regionen. Das waren die Introns.
Die Introns werden herausgespleißt und die Exons verbunden, aber das Spleißen kann selektiv und in verschiedenen Kombinationen erfolgen. Der Prozess erzeugt eine andere Art von mRNA, der alle Introns fehlen und die nur Exons enthält, genannt reife mRNA.
Die unterschiedlichen reifen Boten-RNA-Moleküle, je nach Spleißprozess, schaffen die Möglichkeit, dass unterschiedliche Proteine aus demselben Gen translatiert werden.
Die Variabilität, die durch Exons und RNA-Spleißen oder alternatives Spleißen ermöglicht schnellere Evolutionssprünge. Alternatives Spleißen schafft auch die Möglichkeit für eine größere genetische Vielfalt in Populationen, Differenzierung von Zellen und komplexeren Organismen mit geringeren DNA-Mengen.
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