Genwirkkette am Beispiel Neurospora crassa
1940 machten George W. Beadle und Edward L. Tatum interessante Experimente mit Neurospora crassa. Röntgenstrahlung bzw. UV-Licht sollte Mutationen in dem Schimmelpilz erzeugen.
Auf Beadle und Tatum geht der Ausdruck „Ein-Gen-ein-Enzym" zurück. Die Auswertungen der Neurospora-Experimente führten zu der Annahme, dass es eine direkte Verbindung zwischen Genen und den enzymatischen Reaktionen von Lebewesen gibt.
Später wurde dieser Begriff zu „Ein-Gen-ein-Polypeptid" ausgeweitet bzw. aktuell durch „Ein-Gen-ein-Genprodukt" ersetzt, da Gene ebenso für rRNA usw. codieren. Auch diese Hypothese ist wohl in Zukunft unzutreffend, da mehr als ein Genprodukt aus einem Gen entstehen kann (alternatives Spleißen usw.).
Die Experimente von Beadle und Tatum
Beadle und Tatum bestrahlten Neurospora mit UV-Licht. Parallel kultivierten sie unveränderte Schimmelpilzsporen (= Wildtyp). Beide Neurospora-Varianten (Nc) strichen sie auf Minimalnährboden (= Agarplatte mit Minimal-Nährlösung) aus. Der Wildtyp kann auf solchen Minimalnährböden wachsen. Diese Schimmelpilzvariante besitzt die Fähigkeit, alle Aminosäuren selbst herzustellen.
Mit UV-Licht behandelte Pilzsporen konnten dies nicht mehr! Testaminosäure war Arginin (R). Die entstandenen Varianten von Neurospora crassa bezeichnet man als Arginin-Mangelmutante (R-).
| Minimalmedium | Medium mit | ||
|
| Arginin | Ornithin | Citrullin |
Wildtyp (Kontrolle) | + | + | + | + |
Nc-Variante 1 | - | + | + | + |
Nc-Variante 2 | - | + | - | + |
Nc-Variante 3 | - | + | - | - |
+ = Variante kann auf diesem Nährboden wachsen - = Variante kann auf diesem Nährboden nicht wachsen | ||||
Was können Sie aus dieser Versuchsanordnung lernen?
Tatum und Beadle kamen zu der Schlussfolgerung, dass sich die Erzeugung der Aminosäure Arginin aus mehreren Schritten zusammensetzt. Die Biosynthese dieser Aminosäure beinhaltet Zwischenschritte über Citrullin und Ornithin, ausgehen von einem umzusetzenden Substrat.
Aus den Messergebnissen kann folgende Genwirkkette abgeleitet werden:
Methode
Zum Nachdenken:
- Interpretieren Sie die Versuchsergebnisse im Sinne der Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese.
- Welche Ursachen und Konsequenzen hat ein defektes Enzym 1, 2 oder 3?
- Ein durch Mutation nicht funktionierendes Enzym kann ein Substrat nicht mehr umsetzen. Warum eigentlich nicht? Wiederholen Sie Ihr Wissen zum Thema Enzyme.
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