DNA on perinnöllinen materiaali, joka kertoo organismeille, mitä he ovat ja mitä jokaisen solun tulisi tehdä. Neljä nukleotidit järjestää itsensä pariksi sekvensseihin ennalta määrätyssä järjestyksessä, joka on spesifinen lajin ja yksilön genomille. Ensi silmäyksellä tämä luo kaiken geneettisen monimuotoisuuden minkä tahansa lajin sisällä, samoin kuin lajien välillä.
Lähemmällä tutkimuksella näyttää kuitenkin siltä, että DNA: lla on paljon enemmän.
Esimerkiksi yksinkertaisilla organismeilla on yleensä yhtä monta tai useampia geenejä kuin ihmisen genomi. Kun otetaan huomioon ihmiskehon monimutkaisuus hedelmäkärpään tai jopa yksinkertaisempiin organismeihin verrattuna, tätä on vaikea ymmärtää. Vastaus on siinä, kuinka monimutkaiset organismit, myös ihmiset, käyttävät geenejä monimutkaisemmilla tavoilla.
Eksonin ja intronin DNA-sekvenssien toiminta
Geenin eri osat voidaan jakaa yleisesti kahteen luokkaan:
- Koodaavat alueet
- Ei-koodaavat alueet
Ei-koodaavia alueita kutsutaan intronit. Ne tarjoavat organisaation tai eräänlaisen rakennustelineen geenin koodaaville alueille. Koodaavia alueita kutsutaan
eksonit. Kun ajattelet "geenejä", luultavasti ajattelet nimenomaan eksoneja.Usein koodaavan geenin alue vaihtuu muiden alueiden kanssa organismin tarpeista riippuen. Siksi mikä tahansa geenin osa voi toimia intronia koodaamattomana sekvenssinä tai eksonikoodaavana sekvenssinä.
Geenissä on tyypillisesti useita eksonialueita, jotka intronit keskeyttävät satunnaisesti. Joillakin organismeilla on yleensä enemmän introneja kuin toisilla. Ihmisen geenit koostuvat noin 25 prosenttia introneja. Eksonialueiden pituus voi vaihdella pienestä kourallisesta nukleotidiemäksestä tuhansiin.
Keski-dogma ja Messenger RNA
Eksonit ovat geenin alueita, joille tehdään transkription ja translaation prosessi. Prosessi on monimutkainen, mutta yksinkertaistettuun versioon viitataan yleisesti nimellä "keskeinen dogma, "ja näyttää tältä:
DNA ⇒ RNA ⇒ Proteiini
RNA on lähes identtinen DNA: n kanssa ja sitä käytetään kopiointiin tai kirjoittaa puhtaaksi DNA ja siirrä se ytimestä ribosomiin. Ribosomi kääntää kopion uusien proteiinien rakentamisen ohjeiden noudattamiseksi.
Tässä prosessissa DNA: n kaksoiskierre purkautuu, jättäen puolet kustakin nukleotidiemäsparista paljaaksi, ja RNA tekee kopion. Kopiota kutsutaan messenger RNA: ksi tai mRNA. Ribosomi lukee mRNA: n aminohapot, jotka ovat triplettisarjoissa, joita kutsutaan kodoneiksi. Aminohappoja on kaksikymmentä.
Kun ribosomi lukee mRNA: n, yksi kodoni kerrallaan, siirrä RNA (tRNA) tuo oikeat aminohapot ribosomiin, jotka voivat sitoutua jokaisen aminohapon kanssa sitä lukiessa. Muodostuu aminohappoketju, kunnes valmistetaan proteiinimolekyyli. Ilman elävien olentojen noudattamista keskeisessä dogmassa elämä päättyisi hyvin nopeasti.
On käynyt ilmi, että eksoneilla ja introneilla on merkittävä rooli tässä ja muissa toiminnoissa.
Eksonien merkitys evoluutiossa
Viime aikoihin asti biologit olivat epävarmoja siitä, miksi DNA-replikaatio sisälsi kaikki geenisekvenssit, myös koodaamattomat alueet. Nämä olivat introneja.
Intronit ovat silmukoituneet ja eksonit kytkettyinä, mutta silmukointi voidaan tehdä valikoivasti ja eri yhdistelminä. Prosessi luo toisenlaisen mRNA: n, josta puuttuu kaikki intronit ja joka sisältää vain eksoneja, nimeltään kypsä mRNA.
Eri kypsä messenger-RNA-molekyyli, silmukoimisprosessista riippuen, luo mahdollisuuden eri proteiinien kääntymiseen samasta geenistä.
Eksonien ja RNA-liitos tai vaihtoehtoinen liitos mahdollistaa nopeammat harppaukset evoluutiossa. Vaihtoehtoinen silmukointi luo myös mahdollisuuden suurempaan geneettiseen monimuotoisuuteen populaatioissa, solujen erilaistumiseen ja monimutkaisempiin organismeihin pienemmillä DNA-määrillä.
Liittyvä molekyylibiologian sisältö:
- Nukleiinihapot: Rakenne, toiminto, tyypit ja esimerkit
- Keski-dogma (geeniekspressio): Määritelmä, vaiheet, asetus