Эволюция, или изменение видов с течением времени, движется процессом естественного отбора. Для того, чтобы естественный отбор работал, особи в популяции вида должны иметь различия в чертах, которые они выражают. Индивиды с желательными чертами и для их среды обитания будут жить достаточно долго, чтобы воспроизвести и передать гены, кодирующие эти характеристики, своему потомству.
считающиеся «непригодными» для окружающей среды, умрут прежде, чем они смогут передать эти нежелательные гены следующему поколению. Со временем в генофонде будут обнаружены только гены, кодирующие желаемую адаптацию.
Доступность этих признаков зависит от экспрессии генов.
Экспрессия генов стала возможной благодаря белкам, которые производятся клетками во время трансляции. Поскольку гены кодируются в ДНК, а ДНК транскрибируется и транслируется в белки, экспрессия генов контролируется тем, какие части ДНК копируются и превращаются в белки.
Транскрипция
Первый этап экспрессии гена называется транскрипцией. Транскрипция – это создание молекулы информационной РНК, которая является дополнением одной цепи ДНК. Свободно плавающие нуклеотиды РНК сопоставляются с ДНК в соответствии с правилами спаривания оснований. При транскрипции аденин соединяется с урацилом в РНК, а гуанин соединяется с цитозином. Молекула РНК-полимеразы размещает нуклеотидную последовательность матричной РНК в правильном порядке и связывает их вместе.
Это также фермент, который отвечает за проверку ошибок или мутации в последовательности.
После транскрипции молекула информационной РНК обрабатывается посредством процесса, называемого сплайсингом РНК. Части матричной РНК, которые не кодируют белок, который должен быть экспрессирован, вырезаются, а части соединяются вместе.
Дополнительные защитные колпачки и хвосты также добавляются к РНК-мессенджеру. Альтернативный сплайсинг может быть выполнен с РНК, чтобы сделать одну цепь информационной РНК способной производить множество различных генов. Ученые считают, что именно так могут происходить адаптации без мутаций на молекулярном уровне.
Теперь, когда информационная РНК полностью обработана, она может покинуть ядро через ядерные поры внутри ядерной оболочки и переходят в цитоплазму, где встречаются с рибосомой и претерпевают трансляцию. Во второй части экспрессии гена производится фактический полипептид, который в конечном итоге станет экспрессируемым белком.
При переводе информационная РНК оказывается зажатой между большими и малые субъединицы рибосомы. Переносная РНК доставит правильную аминокислоту в комплекс рибосомы и матричной РНК.. РНК переноса распознает кодон информационной РНК или трехнуклеотидную последовательность путем сопоставления своего собственного комплемента анит-кодона и связывания с цепью информационной РНК. Рибосома перемещается, позволяя связываться другой транспортной РНК, и аминокислоты из этой транспортной РНК создают между ними пептидную связь и разрывают связь между аминокислотой и транспортной РНК. Рибосома снова перемещается, и теперь свободная передающая РНК может найти другую аминокислоту и использовать ее повторно.
Этот процесс продолжается до тех пор, пока рибосома не достигнет «стоп-кодона». и в этот момент полипептидная цепь и информационная РНК высвобождаются из рибосомы. Рибосома и информационная РНК могут быть снова использованы для дальнейшей трансляции, а полипептидная цепь может отключиться для дальнейшего преобразования в белок.
Скорость при которой происходят транскрипция и трансляция, приводят к эволюции вместе с выбранным альтернативным сплайсингом информационной РНК. По мере того, как новые гены экспрессируются и часто экспрессируются, производятся новые белки, и у видов могут быть замечены новые приспособления и черты. Затем естественный отбор может воздействовать на эти различные варианты, и вид станет сильнее и выживет дольше.
Перевод
Второй важный шаг в экспрессии генов называется трансляцией. После того, как информационная РНК создает комплементарную цепь к одной цепи ДНК при транскрипции, она затем обрабатывается во время сплайсинга РНК и затем готова к трансляции. Поскольку процесс трансляции происходит в цитоплазме клетки, она должна сначала выйти из ядра через ядерные поры в цитоплазму, где она встретит рибосомы, необходимые для трансляции.
Рибосомы – это органеллы внутри клетки, которые помогают собирать белки. Рибосомы состоят из рибосомальной РНК и могут либо свободно плавать в цитоплазме, либо связываться с эндоплазматическим ретикулумом, делая его грубым эндоплазматическим ретикулумом. Рибосома состоит из двух субъединиц – большей верхней субъединицы и меньшей нижней субъединицы.
Нить информационной РНК удерживается между двумя субъединицами, когда она проходит через процесс трансляции.
Верхняя субъединица рибосомы имеет три сайта связывания, называемых сайтами «A», «P» и «E». Эти сайты располагаются на вершине кодона информационной РНК или трехнуклеотидной последовательности, кодирующей аминокислоту. Аминокислоты попадают на рибосому в виде прикрепления к молекуле транспортной РНК. Передающая РНК имеет антикодон или дополнение кодона информационной РНК на одном конце и аминокислоту, которую кодон определяет на другом конце. РНК переноса входит в сайты «А», «Р» и «Е» по мере построения полипептидной цепи.
Первая остановка для РНК переноса. это сайт категории «А». «А» обозначает аминоацил-тРНК или молекулу транспортной РНК, к которой присоединена аминокислота..
Здесь антикодон на транспортной РНК встречается с кодоном на информационной РНК и связывается с ним. Затем рибосома перемещается вниз, и передающая РНК теперь находится в участке «P» рибосомы. «P» в данном случае означает пептидил-тРНК. В сайте «P» аминокислота из транспортной РНК через пептидную связь присоединяется к растущей цепи аминокислот, образующих полипептид.
На в этот момент аминокислота больше не прикрепляется к транспортной РНК. Как только связывание завершено, рибосома снова перемещается вниз, и РНК переноса теперь находится в сайте «E» или сайте «выхода», а РНК переноса покидает рибосому и может найти свободно плавающую аминокислоту и использоваться снова. .
Как только рибосома достигает стоп-кодона и последняя аминокислота присоединяется к длинной полипептидной цепи, субъединицы рибосомы распадаются и цепь информационной РНК высвобождается вместе с полипептидом. Информационная РНК может затем снова пройти трансляцию, если требуется более одной полипептидной цепи. Рибосомы также можно использовать повторно. Затем полипептидную цепь можно соединить с другими полипептидами, чтобы создать полностью функционирующий белок.
Скорость трансляции и количество созданных полипептидов могут управлять эволюцией. Если нить информационной РНК не транслируется сразу, то кодируемый ею белок не будет экспрессироваться и может изменить структуру или функцию человека. Следовательно, если транслируется и экспрессируется много разных белков, вид может эволюционировать, экспрессируя новые гены, которые, возможно, не были доступны в генофонде раньше.
Аналогичным образом , если не является благоприятным, это может привести к прекращению экспрессии гена. Это ингибирование гена может происходить из-за отсутствия транскрипции участка ДНК, который кодирует белок, или из-за отсутствия трансляции информационной РНК, созданной во время транскрипции.