Genetik: korte noter om gener og enzymer

Læs denne artikel for at lære om genetik: korte noter om gener og enzymer

Archibald Garrod (1902) var den første til at antyde, at gener opererer gennem enzymer. Han studerede en række arvelige menneskelige lidelser og fandt ud af, at de er indfødte fejl i stofskifte eller manglende organiske metaboliske maskiner til at udføre en bestemt funktion på grund af dannelsen af ​​defekte enzymer forbundet med arv af defekte gener.

Image Courtesy: ninds.nih.gov/img/genes_brain8.jpg

Garrod (1902) studerede alkaptonuri, der er en genetisk lidelse eller sygdom hos mennesker karakteriseret ved brun eller sort farve af den udsatte urin. Han kom til konklusion ved stamtavleanalyse, at sygdommen skyldtes arveligheden af ​​et par recessive gener. Alkapton eller homogentisinsyre fremstilles hos mennesker på grund af ikke-metabolisme af tyrosin. Det er normalt kataboliseret af et oxidaseenzym til frembringelse af CO 2 og H 2 0. Hos personer, der lider af alkaptonuri, er oxidaseenzymet (alkaptonoxidase) fraværende.

Som følge heraf ophobes homo-gentisinsyre eller alkapton i kroppen. En del af det udskilles i urinen. Ved stående oxideres syren til dannelse af et brunt sort produkt svarende til melanin. Alkali eller sæbe intensiverer mørkningsvirkningen. Det brune sorte produkt akkumuleres også i kroppen i bindevæv og brusk.

Det ændrer øjenhvide, næse og ører til grå eller blå sort. På grund af kontinuerlig afsætning af alkapton i bindevæv udvikler en arthritis i senere år. Skulder, hofte og rygsøjle er særligt påvirket. Pigmentet kan også blive deponeret i arterier og hjerteventiler, der forårsager deres de-funktion.

En-gen-en-enzym-hypotesen:

Det er hypotese fremsat af Beadle og Tatum (1948), hvori det hedder, at et gen styrer et strukturelt eller funktionelt træk ved at kontrollere syntesen af ​​et specifikt protein eller enzym dannet af sidstnævnte. De ankom til denne konklusion ved følgende observationer: a) Beadle og kolleger fandt, at den røde øjenfarve på Drosophila melanogaster styres af to gener og skyldes blanding af brune og vermillionpigmenter. Et stykke larver bestemt til at danne vermillion øje kan laves for at producere rød øjenfarve, hvis den er anbragt i larvets kropshulrum med rødt øje, fordi sidstnævnte giver sit enzym til brun farve, som transplantationen mangler, (b) i 1944, Beadle og Tatum bestrålede Neurospora crassa med røntgenstråler og opnåede en række næringsmutanter kaldet auxotrophs.

En auxotroph eller ernæringsmutant er den mutant, som ikke er i stand til at forberede sine egne metabolitter ud fra råmaterialerne opnået udefra. Derfor kan den ikke leve i det naturlige miljø, men kan opretholdes i kultur ved at levere de nødvendige metabolitter. Den vilde type hedder prototroph. En prototroph eller vildtype er det normale individ, der kan syntetisere alle de komplekse metabolitter, der kræves for dets vækst fra råmaterialer opnået udefra. Det kan vokse i laboratoriet på minimal medium bestående af ammoniak, sukker, salte og biotin.

Beadle og Tatum (figur 6.15) fandt tre typer auxotrofer, der kræver aminosyrer ornithin, citrullin og arginin. Prototroferne viste sig at have aminosyre arginin i deres krop. Det er tydeligvis blevet syntetiseret fra ammoniak og sukker af det minimale medium.

Auxotroph, der kræver ornithin til dets vækst, indeholder ikke arginin og dør som følge af proteinmangel. Når det leveres med ornithin, er det fundet at have arginin. Auxotroph kræver citrullin besidder ornithin men ingen arginin. Når citrullin leveres, kommer auxotrofen til at have arginin. Den ernæringsmessige mutant, der kræver arginin, indeholder både ornithin og citrullin. Det ser ud til, at arginin syntetiseres fra ammoniak og sukker af det minimale medium gennem mindst tre trin, der hver kræver sit eget enzym.

Beadle og Tatum begrundede, at defekte enzymer skyldes defekte eller mutante gener. Derfor udtrykker gener deres virkning ved at kontrollere syntesen af ​​enzymer. I 1948 foreslog Beadle og Tatum, at et gen kontrollerer syntesen af ​​et enzym. De blev tildelt Nobelprisen for dette arbejde i 1958. Således grundlagde Beadle og Tatum den nye videnskab om biokemisk genetik.

En-gen-en-polypeptid-hypotesen:

Et genetisk enzym-hypotese har nogle defekter:

(i) Alle gener producerer ikke enzymer eller deres komponenter. Nogle af dem kontrollerer andre gener,

(ii) Enzymer er generelt proteinholdige i naturen, men alle proteiner er ikke enzymer,

(iii) Visse RNA'er udviser også enzymaktivitet,

(iv) Et protein eller enzymmolekyle kan bestå af en eller flere typer polypeptider. Yanofsky et al. (1965) konstaterede, at enzymet tryptophan syntetase af bakterie Escherichia coli består af to separate polypeptider, A og B. Polypeptid A er a-type, mens polypeptidet В er af β-type.

Syntesen af ​​de to polypeptider styres af forskellige gener, trp A og trp B. En ændring i et hvilket som helst af de to gener forårsager inaktivering af tryptophan syntetase gennem ikke-syntese af a eller p-polypeptid. Inaktivering af enzym stopper syntesen af ​​tryptophan fra indol 3-glycerolphosphat og serin. En lignende situation findes i tilfælde af dannelse af hæmoglobinmolekyle.

Hemoglobin består af fire polypeptider, 2a og 2β. Syntesen af ​​de to typer af polypeptider styres af to forskellige gener beliggende på forskellige kromosomer. Derfor blev et gen et enzym hypotese ændret til en gen en polypeptid hypotese. Hypotesen siger, at et strukturelt gen specificerer syntesen af ​​et enkelt polypeptid.