Molekulare Evolutionsforschung – homologe Proteine

Hallo, heute geht es um den Begriff der Evolution von Molekülen. In der Evolutionstheorie geht man davon aus, dass Tierarten, die sich evolutionsgeschichtlich nahestehen und ähnliche Gene tragen, nicht nur ähnlich aussehen, sondern auch ähnlich aufgebaute Moleküle besitzen. Demnach dürften sich zumindest manche Moleküle von Walen und Delfinen sehr ähnlich sein, da die beiden aus derselben Familie stammen, wohingegen eine Krake und ein Huhn bei demselben Molekül große Unterschiede aufweisen müssten, da sie in der Evolutionsgeschichte weit auseinanderliegen. Diese Erkenntnis kann zum Beispiel in der Medizin sehr nützlich sein.

Diabetiker sind abhängig von menschlichem Insulin, einem Proteohormon, das in der Bauchspeicheldrüse hergestellt wird und dafür zuständig ist, den Blutzuckerspiegel zu senken. Dieser Stoff fehlt Diabetikern und muss von außen zugeführt werden. Früher wurde er aus den Bauchspeicheldrüsen von Rindern gewonnen. Denn deren Insulin unterscheidet sich in der Proteinstruktur von unserem nur an drei Stellen. Später nahm man dazu die uns näherstehende Schweine, deren Proteinstruktur sich nur in einer Aminosäure von unserer unterscheidet.

Die Biologie ordnet sehr gerne alle möglichen Tierarten in verschiedene Gruppen und versucht herauszufinden, welche Tiere sich wann wie und warum entwickelt haben. Deshalb sind die Molekülstrukturen für die Biologen eine gute Möglichkeit, Tierarten auf verschiedene Merkmale hin zu vergleichen, und eine detaillierte Landkarte über die Arten und Verwandtschaften zu erstellen. Und am besten sind dafür Moleküle geeignet, die bei besonders vielen Tieren vorkommen, die das Enzym Cytochromc, das alle Lebewesen wie Arten besitzen und das bei all diesen Tieren in einem Drittel der Aminosäuren übereinstimmt. Will man eine solche Landkarte aufstellen, nimmt man in der Biologie oft die Form eines Kladogramms oder Baumdiagramms. Das ist ein Diagramm, das sehr wenige Faktoren darstellt, keine Zeitachse hat und bei Verzweigungen gibt es immer nur zwei Äste, die nennt man dichotom. Wenn man zum Beispiel Mensch und Maus, Karpfen, Hai und Huhn vergleichen will und sich ein Molekül zu Hilfe zieht, das alle besitzen, könnte dies Hämoglobin sein, das bei allen Wirbeltieren vorkommt. Das Hämoglobin ist ein roter Stoff, der den Sauerstoff in der Lunge bindet und ihn dann durch den Körper bringt. Wenn man den Aufbau betrachtet, sieht man 4 Eiweißketten, zwei Alpha- und zwei Betaketten. Die Betaketten sind aus 146 verschiedenen Aminosäuren aufgebaut. Wenn wir den Aufbau dieser Ketten vergleichen, finden wir heraus, dass sie sich an vielen Stellen ähnlich sind, an manchen aber unterscheiden. Mensch- und Mausehämoglobin unterscheidet sich an 16 Stellen, steht sich also am nächsten. Mensch und Huhn an 35 Stellen, dann kommt der Karpfen mit 68 Stellen und dann der Hai mit 79 Stellen. Wenn man jetzt daraus evolutionäre Verwandtschaftsverhältnisse ableiten, muss man viele Kladogramme erstellen und vergleichen. Sogar der Mensch selber hat verschiedene Arten von Hämoglobin, die er zu verschiedenen Zeiten braucht. Zum Beispiel gibt es ein spezielles Hämoglobin für den Fetus, der Sauerstoff aus dem Blut der Mutter erhalten muss. Diese unterschiedlichen Formen entstanden, als sich das Gen für die Hämoglobinproduktion verdoppelte und dabei nur an einem Punkt mutierte, das heißt dann Punktmutation.

Jetzt wissen wir also, dass verwandte Tiere auch ähnlich aufgebaute Moleküle besitzen, haben uns angeschaut, wie diese Erkenntnis Diabetikern helfen kann, wie die Biologen sie benutzen, um Evolutionsstammbäume zu zeichnen und wir haben uns ein Kladogramm gezeichnet, das verschiedene Hämoglobinstrukturen vergleicht. Ich hoffe, es hat euch gefallen, und wir sehen uns im nächsten Video.