Eén gen-één enzymhypothese (uitgelegd met diagram)

Eén gen-één enzymhypothese!

Het onderwerp biochemische genetica had zijn begin met Sir Archibold Garrod (1909) dat erop wees dat de recessieve ziekte alkaptonurie een erfelijk defect in het metabolisme was.

Hij schreef een boek getiteld Inborn Errors of Metabolism, een van de klassiekers van genetica en biochemie. Hij zei dat ziekte alkaptonurie voorkomt als gevolg van het defect in een enzym. Dit erfelijke genetische defect treedt dus op vanwege het tekort aan een enzym.

Het moderne werk aan de biochemische genetica begon met de ontdekking door Beadle en Tatum van biochemische mutanten in Neurospora (figuur 6.27). GW Beadle en EL Tatum aan de Stanford University, California behandelden sporen van Neurospora met röntgenstralen.

Ze merkten dat na de behandeling sommige sporen niet op het gebruikelijke medium kunnen groeien. Dergelijke sporen overleven als voedingssupplementen als aminozuren en vitamines aan het medium worden toegevoegd. Beadle en Tatum ontwikkelden een techniek waarbij een minimaal medium met zouten, suiker en biotine werd toegevoegd als het werd aangevuld met een hele verzameling aminozuren en vitamines om een ​​compleet medium te vormen.

Er werd gevonden dat sporen die geen mutatie door röntgenstralen hadden ondergaan op minimaal medium konden ontkiemen. Maar gemuteerde sporen moesten worden voorzien van extra aminozuren die ze niet langer voor zichzelf hadden gemaakt.

Wild type Neurospora crassa zal in minimaal medium groeien en vereist geen enkel supplement voor groei. Klasse I-mutanten zijn defect in gen A (enzym A) en kunnen daarom niet op minimaal medium groeien tenzij ze zijn aangevuld met ornithine of citrulline of arginine.

Klasse II-mutanten zijn defect in gen B (enzym B) en zullen groeien in medium aangevuld met citrulline of arginine. Klasse III-mutanten zijn defect in gen C (enzym C) en zullen groeien in medium aangevuld met arginine.

De relatie tussen genen en enzymen is genoemd als één gen-één enzymhypothese. George Beadle deelde in 1958 een deel van de Nobelprijs voor geneeskunde en fysiologie met EL Tatum voor deze experimenten. Beadle en Tatum veroorzaakten metabole deficiënties door röntgenstralen in Neurospora.

Ze vonden dat dergelijke mutanten niet in staat waren om bepaalde verbindingen zoals aminozuren of vitamines te synthetiseren. Dergelijke mutanten kunnen alleen op kweekmedium groeien wanneer deze verbindingen aan medium worden geleverd.

Daarom worden de mutanten die stoppen met het vormen van een of meer essentiële verbindingen als voedingsmutanten of auxotrofen genoemd in tegenstelling tot het oorspronkelijke wildtype dat bekend staat als prototrofen.

In Neurospora werden de volgende drie auxotrofen voor de synthese van arginine geïsoleerd:

(i) Auxotrof C die alleen groeit wanneer arginine aan het minimale medium wordt toegevoerd.

(ii) Auxotrof B die alleen groeit wanneer citrulline of arginine wordt verschaft aan het minimale medium.

(iii) Auxotroop A die alleen groeit wanneer ornithine of citrulline of arginine wordt verschaft aan het minimale medium.

Een dergelijke waarneming (Fig. 6.29) suggereert de biochemische route van arginine-synthese door Neurospora.

Op basis van bovenstaande bevindingen gaven ze de enige gen-één enzymhypothese die stelt dat één gen één enzym synthetiseert dat verantwoordelijk is voor het controleren van één biochemische reactie. Zoals algemeen bekend is, zijn enzymen opgebouwd uit eiwitten. Er zijn echter enkele gevallen van RNA's die enzymactiviteit vertonen opgemerkt.

Het is ook duidelijk dat alle eiwitten niet als enzymen werken. Eiwitten kunnen bestaan ​​uit één of meer polypeptideketens. Hemoglobine van ons bloed bestaat bijvoorbeeld uit vier polypeptideketens, dwz 2a- en 2p-ketens. Dus wordt het concept van één gene-een polypeptideketenhypothese als dichter bij de waarheid beschouwd.