Genetyka: krótkie uwagi na temat genów i enzymów

Przeczytaj ten artykuł, aby poznać Genetykę: Krótkie uwagi na temat genów i enzymów

Archibald Garrod (1902) jako pierwszy wskazał, że geny działają poprzez enzymy. Badał szereg dziedzicznych ludzkich zaburzeń i odkrył, że są to wrodzone błędy metabolizmu lub niesprawności mechanizmów metabolicznych organizmu, które pełnią określoną funkcję z powodu tworzenia wadliwych enzymów związanych z dziedziczeniem wadliwych genów.

Zdjęcie dzięki uprzejmości: ninds.nih.gov/img/genes_brain8.jpg

Garrod (1902) badał alkaptonurię, które jest chorobą genetyczną lub chorobą ludzi charakteryzującą się brązowym lub czarnym kolorem odsłoniętego moczu. Na podstawie analizy rodowodów doszedł do wniosku, że choroba została spowodowana przez dziedziczenie pary recesywnych genów. Alkapton lub kwas homogentyzynowy jest wytwarzany u ludzi z powodu braku metabolizmu tyrozyny. Zwykle jest on katabolizowany przez enzym oksydazowy w celu wytworzenia C02 i H2O. U osób cierpiących na alkaptonurię enzym oksydazy (oksydaza alkaponowa) jest nieobecny.

W rezultacie kumuluje się w organizmie kwas homo-gentyzynowy lub alkapton. Część jest wydalana z moczem. Podczas stania kwas ulega utlenianiu, tworząc brązowy, czarny produkt podobny do melaniny. Alkalia lub mydło nasilają efekt ciemnienia. Brązowy czarny produkt gromadzi się także w organizmie w tkance łącznej i chrząstce.

Zmienia kolor oczu: biały, nos i uszy na szary lub niebieski czarny. Ze względu na ciągłe odkładanie się alkaptonu w tkance łącznej, rodzaj zapalenia stawów rozwija się w późniejszych latach. Ramię, biodra i kręgosłup są szczególnie dotknięte. Pigment może również osadzać się w tętnicach i zastawkach serca, powodując ich nieprawidłowe funkcjonowanie.

Hipoteza jednego enzymu jednogatunkowego:

Jest to hipoteza przedstawiona przez Beadle'a i Tatuma (1948), która stwierdza, że ​​gen kontroluje cechę strukturalną lub funkcjonalną poprzez kontrolowanie syntezy określonego białka lub enzymu utworzonego przez ten drugi. Doszli do tego wniosku poprzez następujące obserwacje: (a) Beadle i współpracownicy stwierdzili, że kolor oczu Drosophila melanogaster jest kontrolowany przez dwa geny i jest wynikiem mieszania pigmentów brązowego i vermillion. Kawałek larwy przeznaczony do utworzenia oka vermillion może być wytwarzany w celu uzyskania efektu czerwonych oczu, jeśli jest umieszczony w jamie ciała larwy posiadającej czerwone oko, ponieważ ten ostatni zapewnia jego enzym dla koloru brązowego, którego nie ma przeszczep, (b) W 1944 r. Beadle i Tatum napromieniowali Neasospora crassa promieniami X i uzyskali szereg odżywczych mutantów, zwanych auksotrofami.

Auksotroficzny lub odżywczy mutant to mutant, który nie jest w stanie przygotować własnych metabolitów z surowców uzyskanych z zewnątrz. Dlatego nie może żyć w środowisku naturalnym, ale może być utrzymywany w kulturze poprzez dostarczanie wymaganych metabolitów. Dziki typ nazywa się prototrofem. Typ prototroficzny lub dziki jest normalnym osobnikiem, który może syntetyzować wszystkie złożone metabolity wymagane do jego wzrostu z surowców uzyskanych z zewnątrz. Może rosnąć w laboratorium na minimalnej pożywce składającej się z amoniaku, cukru, soli i biotyny.

Beadle i Tatum (ryc. 6.15) odkryli trzy rodzaje auksotrofów wymagających aminokwasów ornityny, cytruliny i argininy. Stwierdzono, że prototrofy mają w swoim ciele aminokwas argininę. Oczywiście została zsyntetyzowana z amoniaku i cukru z minimalnej pożywki.

Auxotroph wymagający ornityny do jej wzrostu nie zawiera argininy i umiera z powodu niedoboru białka. Dostarczony z ornityną, zawiera argininę. Auksotrofiny wymagające cytruliny posiadają ornitynę, ale nie zawierają argininy. Gdy cytrulina jest dostarczana, auksotrofa ma argininę. Odżywczy mutant wymagający argininy zawiera zarówno ornitynę, jak i cytrulinę. Wydaje się, że arginina jest syntetyzowana z amoniaku i cukru z pożywki minimalnej za pomocą co najmniej trzech etapów, z których każdy wymaga własnego enzymu.

Beadle i Tatum twierdzili, że wadliwe enzymy są spowodowane wadliwymi lub zmutowanymi genami. W związku z tym geny wyrażają swoje działanie przez kontrolowanie syntezy enzymów. W 1948 roku Beadle i Tatum zaproponowali, że gen kontroluje syntezę jednego enzymu. Zostali odznaczeni Nagrodą Nobla za tę pracę w 1958 roku. W ten sposób Beadle i Tatum założyli nową naukę genetyki biochemicznej.

Hipoteza jednego polipeptydu jedno-genu:

Hipoteza jednego genu jednego enzymu ma pewne wady:

(i) Wszystkie geny nie wytwarzają enzymów ani ich składników. Niektóre z nich kontrolują inne geny,

(ii) Enzymy mają zazwyczaj białkowy charakter, ale wszystkie białka nie są enzymami,

(iii) Niektóre RNA wykazują również aktywność enzymatyczną,

(iv) Cząsteczka białka lub enzymu może składać się z jednego lub więcej typów polipeptydów. Yanofsky i wsp. (1965) stwierdzili, że enzym syntetaza tryptofanowa bakterii Escherichia coli składa się z dwóch oddzielnych polipeptydów: A i B. Polipeptyd A jest typu α, natomiast polipeptyd В jest typu β.

Synteza dwóch polipeptydów jest kontrolowana przez różne geny, trp A i trp B. Zmiana dowolnego z dwóch genów powoduje dezaktywację syntetazy tryptofanu poprzez niesyntezę α lub β-polipeptydu. Inaktywacja enzymu zatrzymuje syntezę tryptofanu z fosforanu 3-glicerolu indolu i seryny. Podobna sytuacja występuje w przypadku tworzenia się cząsteczki hemoglobiny.

Hemoglobina składa się z czterech polipeptydów, 2α i 2β. Synteza dwóch typów polipeptydów jest kontrolowana przez dwa różne geny znajdujące się na różnych chromosomach. Dlatego hipotezę jednego genu jednego enzymu zmieniono na hipotezę jednego genu, jeden polipeptyd. Hipoteza mówi, że gen strukturalny określa syntezę pojedynczego polipeptydu.