Molekulare Evolutionsforschung – homologe Proteine
Entdecke die spannende Welt der molekularen Evolutionsforschung! Erfahre, was molekulare Homologien sind und welche Rolle sie bei der Erforschung unserer evolutionären Geschichte spielen. Lerne anhand von Beispielen wie Insulin, Hämoglobin und Cytochrom c, wie Ähnlichkeiten auf molekularer Ebene Verbindungen zwischen Arten aufzeigen. Neugierig geworden? Tauche ein in das spannende Feld der Evolution auf molekularer Ebene!
- Molekulare Evolutionsforschung – homologe Proteine und ihre Rolle in der Evolution
- Insulin – ein Beispiel für molekulare Ähnlichkeiten
- Cytochrom c – Aminosäuresequenzen als Schlüssel zur Evolutionsgeschichte
- Hämoglobin – ein universelles Protein
- Die Anpassung des Hämoglobins im menschlichen Lebenszyklus
- Zusammenfassung
- Häufig gestellte Fragen zum Thema Molekulare Evolutionsforschung – homologe Proteine und ihre Rolle in der Evolution
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Lerntext zum Thema 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.
Mit molekularen Homologien beschreiben wir Ähnlichkeiten in den Molekülstrukturen von unterschiedlichen Arten. Diese deuten auf eine gemeinsame Herkunft hin.
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.
Durch den Vergleich dieser Ketten können wir feststellen, wie eng oder entfernt Arten miteinander verwandt sind.
Zum Beispiel unterscheidet sich das Hämoglobin von uns Menschen und Mäusen nur an wenigen Stellen, während es größere Unterschiede zwischen Menschen und Fischen gibt.
Um diese evolutionären Beziehungen visuell darzustellen, verwenden Biologinnen und Biologen Kladogramme. Es handelt sich dabei um Baumdiagramme, die die geschätzten Verwandtschaftsbeziehungen zwischen verschiedenen Arten aufzeigen.
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.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Molekulare Evolutionsforschung – homologe Proteine und ihre Rolle in der Evolution
Molekulare Evolutionsforschung – homologe Proteine Übung
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Welchen Vorgang beschreiben wir mit molekularen Homologien?
TippsNur eine Antwort ist richtig.
LösungMit molekularen Homologien beschreiben wir Ähnlichkeiten in den Molekülstrukturen von unterschiedlichen Arten. Diese deuten auf eine gemeinsame Herkunft hin.
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Nenne die Sequenzen, die zur Bestimmung einer biologischen Verwandtschaft verwendet werden.
TippsZwei Antworten sind richtig.
LösungMolekulare Homologien können durch den Vergleich von Nukleotid- und Aminosäuresequenzen hergestellt werden.
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Beschreibe, wie genau sich Vergleiche zwischen den Arten feststellen lassen.
TippsZwei Elemente lassen sich nicht zuordnen.
LösungUm die Verwandtschaft zwischen verschiedenen Arten zu bestimmen, untersuchen Wissenschaftler genetische Ähnlichkeiten. Diese Ähnlichkeiten, bekannt als molekulare Homologien, können in RNA, DNA oder Proteinen von Organismen gefunden werden.
Durch den Vergleich dieser Sequenzen können Forscher feststellen, ob zwei Arten einen gemeinsamen Vorfahren haben.
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Warum eignet sich das Enzym Cytochrom c als Schlüsselprotein um Verwandtschaftsverhältnisse zu bestimmen?
TippsNur eine Antwort ist richtig.
LösungDas Protein kommt in einer Vielzahl von Organismen vor, von einfachen Einzellern bis zu komplexen Mehrzellern.
Aufgrund seiner relativ geringen Größe kann das Gen, das für Cytochrom c kodiert, leicht sequenziert und verglichen werden.
Während große Teile der Cytochrom-c-Sequenz konserviert sind, gibt es dennoch Variationen zwischen den Arten. Diese Unterschiede können verwendet werden, um Arten voneinander zu unterscheiden und Verwandtschaftsbeziehungen zu klären.
Eine konservierte Funktion bezieht sich auf eine biologische Funktion oder Rolle, die über einen langen evolutionären Zeitraum hinweg beibehalten und wenig oder gar nicht verändert wurde. Die Konservierung einer Funktion ist oft ein Hinweis darauf, dass diese für den Organismus von entscheidender Bedeutung ist.
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Ordne Insulin einer passenden Kategorie zu.
TippsZu den Nukleotiden zählen z. B. Adenosintriphosphat (ATP) oder Guanosintriphosphat (GTP).
LösungInsulin ist ein essentielles Hormon, welches unseren Blutzuckerspiegel reguliert.
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Welches Tier ist uns genetisch am nächsten?
TippsGröße allein ist nicht immer entscheidend.
LösungMenschen und Mäuse teilen einen gemeinsamen Vorfahren und gehören beide zur Gruppe der Eutheria (plazentatragenden Säugetiere, umgangssprachlich auch höhere Säugetiere).
Während Vögel zu einer völlig anderen Klasse gehören (Aves), sind Rinder und Schweine auch Säugetiere, aber Mäuse sind innerhalb dieser Auswahl immer noch genetisch näher an uns.
Dies ist auch ein Grund, warum Mäuse häufig in biomedizinischen Studien als Modellorganismen verwendet werden.
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