Begegnungen mit der Natur 8, Schulbuch

VomGen zumMerkmal George Beadle und EdwardTatum führten Mitte des letzten Jahrhunderts Unter­ suchungen mit dem Schimmelpilz Neurospora crassa durch. Dieser Pilz kann auf einem relativ einfachen Nährboden mit einigen Salzen und Vitaminen gezüchtet werden. Durch Röntgenbestrahlung erzeugten die Wissenschafter Mutanten , die man­ che für ihr Wachstum benötigte Nährstoffe nicht herstellen konnten, da ihnen die dafür nötigen Enzyme fehlten. So synthetisiert dieWildform von Neurospora crassa beispielsweise aus einem Vorläufermolekül über zwei Zwischenstufen (Ornithin und Citrullin) die Aminosäure Arginin (siehe Abb. 8). Bei den Mutanten wurden durch die Bestrahlung zufällig einzelne Gene (in un­ serem Beispiel Gen A, B oder C) so verändert, dass die entsprechenden Enzyme, die notwendig zur Synthese von Arginin sind (Enzym A, B oder C), nicht mehr auf­ gebaut werden konnten. Beadle und Tatum erkannten einen Zusammenhang zwischen Genen und Enzymen Beadle und Tatum schlossen auf einen Zusammenhang zwischen Gen und En­ zym. Sie fassten ihre Forschungsergebnisse in der Ein-Gen-ein-Enzym-Hypo- these zusammen: Jeweils ein Gen enthält die Information (den Bauplan) für die Synthese eines bestimmten Enzyms. Gene enthalten die Baupläne für die Polypeptidsynthese Später wurde erkannt, dass nicht nur die Enzyme, sondern sämtliche Proteine in den Genen codiert sind. Viele Proteine, wie zum Beispiel das Hämoglobin (siehe Abb. 7e), sind aus mehreren, zumTeil unterschiedlichen Polypeptiden aufgebaut. Im Hämoglobin sind es zwei, die jeweils doppelt vorhanden sind. Für die Pro­ duktion der zwei α- und β-Ketten ist je ein Gen verantwortlich. Beadles und Tatums Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese wurde deshalb zur Ein-Gen- ein-Polypeptid-Hypothese umformuliert: Jeweils ein Gen enthält die Information (den Bauplan) für die Synthese eines be­ stimmten Polypeptids (bzw. Proteins). Die Abfolge der Basen bestimmt die Reihenfolge der Amino­ säuren in einem Polypeptid bzw. Protein Warum sind die Kronblätter einer Rose zum Beispiel rot gefärbt? Die Antwort ist einfach: Weil in den Zellen der Kronblätter ein roter Farbstoff eingelagert ist. Zu dessen Herstellung werden bestimmte Enzyme benötigt, die zuerst synthetisiert werden müssen. Die dazu notwendigen Informationen liefern Gene. Welcher Zusammenhang besteht nun zwischen Genen und der Abfolge der Aminosäuren in den Proteinen? Die Abfolge der Basen in der DNA kann man sich als „Wörter“ vorstellen, die die Reihenfolge der Aminosäuren in jedem Protein bestimmen. Botenmoleküle „schreiben diese Wörter ab“ (Transkription, siehe Seite 26 ff ) und bringen die da­ rin enthaltene Botschaft außerhalb des Zellkerns zu den Ribosomen , an denen dann die Proteinsynthese stattfindet. Die Botenmoleküle bestehen aus RNA , weshalb sie als Boten- oder Messenger- RNA (m-RNA) bezeichnet werden. Vorläufermodell Gen A Enzym A Ornithin Gen B Enzym B Citrullin Gen C Enzym C Arginin George Beadle (1903–1989), amerikanischer Biochemiker Edward Tatum (1909–1975), amerikanischer Genetiker Röntgenbestrahlung Seit den 1920er Jahren wusste man, dass Röntgenstrahlen Veränderungen im Erb­ gut verursachen können. Mutanten Individuen mit verändertem Erbgut (siehe Seite 34) Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese Beadle und Tatum wurde dafür 1958 der Nobelpreis für Medizin und Physiologie verliehen. Ribosomen Zellorganellen; Orte der Proteinsynthese „Proteinfabriken” (siehe Begegnungen mit der Natur, Band 5) RNA Ribonukleinsäure; ähnelt in ihrer chemi­ schen Zusammensetzung der DNA, aller­ dings besteht sie aus nur einer einfachen Nukleotidkette. Auch kommt anstelle des Zuckers Desoxyribose der Zucker Ribose vor und die Base Thymin ist durch die Base Uracil (U) ersetzt. 8  Synthese von Arginin 9  Vom Gen zum Protein DNA ▶ RNA ▶ PROTEIN 10  Die in der m-RNA gespeicherte Information verlässt den Zellkern DNA Transkription Ribosomen Zellkern Zellplasma m-RNA Kernpore Arbeitsheft Seite 13, 16, 17, 19 M 25 Vom Gen zum Merkmal Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv