Genetik: Korta anteckningar om gener och enzymer

Läs den här artikeln för att lära dig om Genetics: Short Notes on Genes and Enzymes

Archibald Garrod (1902) var den första som antydde att generna fungerar genom enzymer. Han studerade ett antal arveliga mänskliga störningar och fann att de är infödda fel i ämnesomsättning eller misslyckande av organismens metaboliska maskiner för att utföra en viss funktion på grund av bildandet av defekta enzymer associerade med arv av defekta gener.

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

Garrod (1902) studerade alkaptonuri som är en genetisk störning eller sjukdom hos människor som kännetecknas av den bruna eller svarta färgen på den exponerade urinen. Han kom till slutsatsen genom stamtavla analys att sjukdomen orsakades av arv av ett par recessiva gener. Alkapton eller homogenisinsyra produceras hos människor på grund av icke-metabolism av tyrosin. Det är normalt kataboliserat av ett oxidasenzym för att producera C02 och H2O. För personer som lider av alkaptonuri är oxidasenzymet (alkaptonoxidas) frånvarande.

Som ett resultat ackumuleras homo-gentisinsyra eller alkapton i kroppen. En del av det utsöndras i urinen. Vid stående oxideras syran för att bilda en brun svart produkt som liknar melanin. Alkali eller tvål intensifierar mörkningseffekten. Den bruna svarta produkten ackumuleras också i kroppen i bindväv och brosk.

Det ändrar ögonvita, näsa och öron till grå eller blå svart. På grund av kontinuerlig deponering av alkapton i bindväv utvecklas en typ av artrit senare år. Axel, höft och ryggrad påverkas särskilt. Pigmentet kan också få deponeras i artärer och hjärtklaffar som orsakar att de fungerar.

En-gen-en-enzymhypotes:

Det är hypotesen som Beadle och Tatum (1948) framhöll som anger att en gen kontrollerar ett strukturellt eller funktionellt drag genom att kontrollera syntesen av ett specifikt protein eller enzym som bildas av sistnämnda. De kom fram till denna slutsats genom följande observationer, (a) Beadle och medarbetare fann att röda ögonfärgen på Drosophila melanogaster styrs av två gener och orsakas av blandning av bruna och vermillionspigment. En bit larva som är avsedd för att bilda vermillionöga kan göras för att producera röda ögonfärger om den placeras i larvens kroppshålighet med röda ögon eftersom den senare ger sitt enzym för brun färg som transplanteringen saknar, (b) 1944, Beadle och Tatum bestrålade Neurospora crassa med röntgenstrålar och erhöll ett antal näringsmässiga mutanter kallade auxotrophs.

En auxotrof eller näringsmässig mutant är den mutant som inte kan förbereda sina egna metaboliter från råmaterial som erhållits från utsidan. Därför kan den inte leva i naturlig miljö men kan bibehållas i kulturen genom att tillhandahålla de nödvändiga metaboliterna. Den vilda typen kallas prototroph. En prototrofi eller vild typ är den normala individen som kan syntetisera alla komplexa metaboliter som krävs för dess tillväxt från råmaterial erhållna från utsidan. Det kan växa i laboratoriet på minimalt medium bestående av ammoniak, socker, salter och biotin.

Beadle och Tatum (figur 6.15) hittade tre typer av auxotrofer som kräver aminosyror ornitin, citrullin och arginin. Prototroferna visade sig ha aminosyra arginin i kroppen. Det har uppenbarligen syntetiserats från ammoniak och socker av det minimala mediet.

Auxotroph som kräver ornitin för dess tillväxt innehåller inte arginin och dör på grund av proteinbrist. När den levereras med ornitin, befinner sig det att ha arginin. Auxotroph som kräver citrullin besitter ornitin men ingen arginin. När citrullin levereras kommer auxotrofen att ha arginin. Den näringsmässiga mutanten som kräver arginin innehåller både ornitin och citrullin. Det verkar som om arginin syntetiseras från ammoniak och socker av det minimala mediet genom åtminstone tre steg, var och en kräver sitt eget enzym.

Beadle och Tatum motiverade att defekta enzymer beror på defekta eller mutanta gener. Därför uttrycker gener deras effekt genom att kontrollera syntesen av enzymer. År 1948 föreslog Beadle och Tatum att en gen kontrollerar syntesen av ett enzym. De tilldelades Nobelpriset för detta arbete 1958. Således grundade Beadle och Tatum den nya vetenskapen om biokemisk genetik.

En-gen-en-polypeptid-hypotesen:

En gen en enzymhypotes har några defekter:

(i) Alla gener producerar inte enzymer eller deras komponenter. Några av dem kontrollerar andra gener,

(ii) Enzymer är generellt proteinhaltiga, men alla proteiner är inte enzymer,

(iii) Vissa RNA uppvisar också enzymaktivitet,

(iv) En protein eller enzymmolekyl kan bestå av en eller flera typer av polypeptider. Yanofsky et al (1965) fann att enzymet tryptofan syntetas av bakterie Escherichia coli består av två separata polypeptider, A och B. Polypeptid A är av a-typ medan polypeptid В är av p-typ.

Syntesen av de två polypeptiderna styrs av olika gener, trp A och trp B. En ändring i någon av de två generna orsakar inaktivering av tryptofansyntetas genom icke-syntes av a eller p-polypeptid. Inaktivering av enzym stoppar syntesen av tryptofan från indol 3-glycerolfosfat och serin. En liknande situation upptäcks vid bildning av hemoglobinmolekyl.

Hemoglobin består av fyra polypeptider, 2a och 2p. Syntesen av de två typerna av polypeptider styrs av två olika gener ligger på olika kromosomer. Därför förändrades en gen en enzymhypotes till en gen en polypeptidhypotes. Hypotesen säger att en strukturgen specificerar syntesen av en enda polypeptid.