Begegnungen mit der Natur 8, Schulbuch

24 Die Grundlagen der Genetik M Arbeitsheft Seite 7, 8 Vom Gen zum Merkmal – die Proteinsynthese 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 Proteine, die als Enzyme wirken, 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 Antwort auf diese Frage lieferten die Wissenschafter George Beadle und Edward Tatum . Sie führten Mitte des letzten Jahrhunderts Untersuchungen mit dem Schim­ melpilz 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 die Wildform von Neurospo- ra crassa beispielsweise aus einem Vorläufermolekül über zwei Zwischenstu­ fen (Ornithin und Citrullin) die Aminosäure Arginin ( Abb. 9). Bei den Mutan­ ten wurden durch die Bestrahlung zufällig einzelne Gene (in unserem Beispiel Gen A, B oder C) so verändert, dass die entsprechenden Enzyme, die notwen­ dig zur Synthese von Arginin sind (Enzym A, B oder C), nicht mehr aufgebaut werden konnten. Es besteht ein Zusammenhang zwischen Genen und Enzymen Beadle und Tatum schlossen auf einen Zusammenhang zwischen Gen und Enzym. Sie fassten ihre Forschungsergebnisse in der Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese 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 ( S. 22, Abb. 8e), sind aus mehreren, zum Teil unterschiedlichen Polypeptiden aufgebaut. Im Hämoglobin sind es zwei, die jeweils doppelt vorhanden sind. Für die Produktion 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 bestimmten Polypeptids (bzw. Proteins). Die Abfolge der Basen bestimmt die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Polypeptid bzw. Protein Die Abfolge der Basen in der DNA kann man sich als „Wörter“ vorstellen, die die Reihenfolge der Aminosäuren in jedem Protein bestimmen. Botenmolekü­ le „schreiben diese Wörter ab“ (Transkription,  S. 25) und bringen die darin enthaltene Botschaft außerhalb des Zellkerns zu den Ribosomen , an denen dann die Proteinsynthese stattfindet. Die Botenmoleküle bestehen aus RNA ( S. 18), weshalb sie als Boten- oder Messenger-RNA (m-RNA) bezeichnet werden. 9  Synthese von Arginin Vorläufermolekül Enzym A Ornithin Enzym B Citrullin Enzym C Arginin Gen A Gen B Gen C  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 ( Seite 49)  Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese Beadle und Tatum wurde dafür 1958 der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin verliehen.  Ribosomen Zellorganellen; Orte der Proteinsynthese „Proteinfabriken” ( Begegnungen mit der Natur, Band 5) 10  Die in der m-RNA gespeicherte Information verlässt den Zellkern 11  Vom Gen zum Protein DNA   RNA   PROTEIN Zellkern Zellplasma Ribosomen Kernpore m-RNA Transkription DNA Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv