Giả thuyết Enzyme một gen (được giải thích bằng sơ đồ)

Giả thuyết về một gen-một gen!

Chủ đề của di truyền hóa sinh đã bắt đầu với Sir Archibold Garrod (1909) chỉ ra rằng bệnh thoái hóa kiềm là một khiếm khuyết di truyền trong quá trình trao đổi chất.

Ông đã viết một cuốn sách có tựa đề Lỗi bẩm sinh về chuyển hóa là một trong những tác phẩm kinh điển của di truyền học và hóa học sinh học. Ông nói rằng bệnh alkapton niệu xuất hiện do khiếm khuyết của một loại enzyme. Do đó, khiếm khuyết di truyền này xuất hiện do sự thiếu hụt của một enzyme.

Công trình hiện đại về di truyền hóa sinh bắt đầu với việc phát hiện ra bởi Beadle và Tatum về các đột biến sinh hóa ở Neurospora (Hình 6.27). GW Beadle và EL Tatum tại Đại học Stanford, California đã điều trị các bào tử của Neurospora bằng tia X.

Họ nhận thấy rằng sau khi điều trị một số bào tử không phát triển trên môi trường thông thường. Các bào tử như vậy tồn tại nếu bổ sung dinh dưỡng như axit amin và vitamin được thêm vào môi trường. Beadle và Tatum đã phát triển một kỹ thuật trong đó một môi trường tối thiểu có muối, đường và biotin khi được bổ sung với toàn bộ bộ sưu tập axit amin và vitamin để tạo thành môi trường hoàn chỉnh.

Người ta phát hiện ra rằng các bào tử không bị đột biến bởi tia X có thể nảy mầm trên môi trường tối thiểu. Nhưng các bào tử đột biến phải được cung cấp thêm axit amin mà chúng không còn tự tạo ra được nữa.

Neurospora crass hoang dã sẽ phát triển trong môi trường tối thiểu và không cần bất kỳ bổ sung cho tăng trưởng. Đột biến loại I bị khiếm khuyết gen A (enzyme A) và do đó không thể phát triển trên môi trường tối thiểu trừ khi được bổ sung ornithine hoặc citrulline hoặc arginine.

Đột biến loại II bị khiếm khuyết gen B (enzyme B) và sẽ phát triển trong môi trường bổ sung citrulline hoặc arginine. Đột biến loại III bị khiếm khuyết gen C (enzyme C) và sẽ phát triển trong môi trường bổ sung arginine.

Mối quan hệ giữa gen và enzyme đã được gọi là giả thuyết enzyme một gen. George Beadle đã chia sẻ một phần giải thưởng Nobel về y học và sinh lý năm 1958 với EL Tatum cho các thí nghiệm này. Beadle và Tatum gây ra sự thiếu hụt trao đổi chất bằng tia X ở Neurospora.

Họ phát hiện ra rằng những đột biến như vậy không có khả năng tổng hợp một số hợp chất như axit amin hoặc vitamin. Các đột biến như vậy chỉ có thể phát triển trên môi trường nuôi cấy khi các hợp chất này được cung cấp cho môi trường.

Do đó, các đột biến ngừng hình thành một hoặc nhiều hợp chất thiết yếu được gọi là đột biến dinh dưỡng hoặc bổ trợ trái ngược với loại hoang dã ban đầu được gọi là prototrophs.

Ở Neurospora, sau ba loại thuốc bổ trợ để tổng hợp arginine đã được phân lập:

(i) Auxotroph C chỉ phát triển khi arginine được cung cấp cho môi trường tối thiểu.

(ii) Aototroph B chỉ phát triển khi citrulline hoặc arginine được cung cấp cho môi trường tối thiểu.

(iii) Aototroph A chỉ phát triển khi ornithine hoặc citrulline hoặc arginine được cung cấp cho môi trường tối thiểu.

Một quan sát như vậy (Hình 6.29) cho thấy con đường sinh hóa tổng hợp arginine của Neurospora.

Dựa trên những phát hiện trên, họ đã đưa ra giả thuyết một gen - một gen trong đó nêu rõ rằng một gen tổng hợp một enzyme chịu trách nhiệm kiểm soát một phản ứng sinh hóa. Vì người ta biết rằng enzyme được tạo thành từ protein. Tuy nhiên, một số trường hợp RNA biểu hiện hoạt động của enzyme đã được chú ý.

Rõ ràng là tất cả các protein không hoạt động như enzyme. Protein có thể được tạo thành từ một hoặc nhiều chuỗi polypeptide. Ví dụ, huyết sắc tố trong máu của chúng tôi bao gồm bốn chuỗi polypeptide tức là chuỗi 2a và 2p. Vì vậy, giả thuyết chuỗi một gen-một chuỗi polypeptide được coi là gần với sự thật hơn.