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Genwirkkette am Beispiel Neurospora crassa

Vom Gen zum Protein / Genwirkkette

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:

Neurospora crassa wurde mit UV-Licht behandelt. Dabei entstanden verschiedene Mangelmutanten (siehe Tabelle). Die Experimente von Beadle und Tatum beschreiben eine Genwirkkette.
Die Experimente von Beadle und Tatum beschreiben eine Genwirkkette.

Methode

Hier klicken zum Ausklappen

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.
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Molekularbiologie / Genetik

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

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  • DNA als Erbsubstanz
    • Einleitung zu DNA als Erbsubstanz
    • Molekularbiologie als Thema im Abitur
    • Aufbau der DNA
      • Einleitung zu Aufbau der DNA
      • Einzelstränge der DNA
    • Experiment von Griffith (1928)
    • Mutationen
    • DNA- Replikation
      • Einleitung zu DNA- Replikation
      • historisches Experiment: Meselson und Strahl
    • Organisation der DNA
  • Vom Gen zum Protein
    • Einleitung zu Vom Gen zum Protein
    • Transkription
    • Translation
      • Einleitung zu Translation
      • Der genetische Code
      • Die Aufgaben der RNAs (mRNA, tRNA)
    • Proteinbiosynthese in Eukaryoten
    • Genwirkkette
      • Einleitung zu Genwirkkette
      • Genwirkkette am Beispiel Neurospora crassa
      • additive Polygenie
    • Regulation der Genexpression
      • Einleitung zu Regulation der Genexpression
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