Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese

Unter der Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese versteht man die Hypothese, dass ein Gen die Informationen für die Bildung eines bestimmten Enzyms, also ein katalytisch wirkendes Eiweißmolekül trägt.

Die Hypothese wurde in den 1940er Jahren von George Beadle und Edward Tatum entwickelt und am Schimmelpilz Neurospora experimentell untermauert.[1][2] Für diese Arbeiten bekamen sie 1958 den Nobelpreis für Medizin und Physiologie.[3] Diese Hypothese ist inzwischen nur noch eingeschränkt gültig.

Generell kann ein DNA-Abschnitt ein Protein kodieren. Dieses kann, muss aber nicht katalytisch wirken. Auch Strukturproteine sind direkt in der DNA kodiert und werden durch die Proteinbiosynthese gebildet. Im Zuge der Aufklärung dieser Synthese musste die Hypothese also modifiziert werden. Da einerseits viele Enzyme aus mehreren Polypeptidketten bestehen und andererseits auch Strukturproteine ohne katalytische Wirkung, wie das Keratin der Haare, auf demselben Weg erzeugt werden, wurde die Hypothese zur Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese modifiziert.

Bei Eukaryonten führt ein und derselbe DNA-Abschnitt oft zu unterschiedlichen mRNA-Molekülen und damit zu unterschiedlichen Proteinen. Ursache ist das alternative Spleißen, durch das erst entschieden wird, welche DNA-Abschnitte eines Gens kodieren, also Exons sind und welche im Reifungsprozess herausgeschnitten werden (Introns).

Mit der Entdeckung des alternativen Spleißens bei der Transkription der Eukaryoten musste die Hypothese also erneut modifiziert werden. Durch unterschiedliche Verarbeitung (Spleißen) der an der DNA erzeugten prä-mRNA können aus derselben DNA-Sequenz mehrere unterschiedliche reife mRNA-Moleküle und damit mehrere unterschiedliche Polypeptide entstehen. Die Regulation ist noch nicht vollständig geklärt.

Weitere Einschränkungen der Hypothese

An der DNA synthetisierte RNA-Moleküle können an andere mRNA-Moleküle binden und Doppelstränge ausbilden. Diese werden dann von der Zelle zerstört. Durch dieses RNA-Silencing kann eine RNA-Sequenz als nachträglicher Genschalter wirken und andere Gene beeinflussen.

Auch RNA-Moleküle können allein oder im Verbund mit Proteinen als Biokatalysatoren wirken, funktionieren also wie Enzyme (Ribozyme). Dabei kann das aktive Zentrum ausschließlich durch RNA gebildet sein.

Auch die rRNA wird von Genen transkribiert, aber nicht in eine Polypeptidkette translatiert.

Nach gegenwärtigem Forschungsstand kann man die Hypothese so modifizieren:

Ein Gen kodiert eine biologisch aktive RNA. Diese wird nicht zwangsläufig in ein Polypeptid translatiert.

Quellen

  1. Beadle, G.W. & Tatum, E.L. (1941): Genetic Control of Biochemical Reactions in Neurospora. In: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Bd. 27, S. 499-506. PMID 16588492 PDF
  2. Beadle, G.W. (1945): Biochemical Genetics. In Chemical Reviews Bd. 37, Nr. 1, S. 15-96. doi:10.1021/cr60116a002
  3. Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 1958 an George Beadle und Edward Tatum (englisch)

Die News der letzten Tage

06.12.2022
Biodiversität | Ökologie
Es geht ums Ganze beim Erhalt der biologischen Vielfalt
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Forschungsnetzwerks Biodiversität sowie Kolleginnen und Kollegen haben eine Liste konkreter Handlungen zum aktiven Schutz der biologischen Vielfalt vorgelegt.
05.12.2022
Botanik | Ökologie
Wie das Mikrobiom der Pflanzen mit dem Samen vererbt wird
Erst kürzlich konnten Forschende experimentell nachweisen, dass über den Samen Mikroorganismen von einer Pflanzengeneration zur nächsten vererbt werden.
05.12.2022
Biochemie | Bioinformatik | Mikrobiologie
Wie man zwei Milliarden Jahre zurückgeht und ein altes Enzym rekonstruiert
Forscher:innen der Universität Leipzig haben ein Rätsel in der Evolution von bakteriellen Enzymen gelöst.
02.12.2022
Ethologie | Säugetierkunde
Markierungsbäume von Geparden sind Hotspots der Kommunikation – auch für andere Tierarten
Markierungsbäume sind für Geparde wichtige Hotspots der Kommunikation: Dort tauschen sie über Duftmarken, Urin und Kot Informationen mit anderen und über andere Geparde aus.
02.12.2022
Land-, Forst-, Fisch- und Viehwirtschaft | Ökologie
DBU: Weltbodentag am 5. Dezember
Mittlerweile leben acht Milliarden Menschen auf der Welt und Ernährungssicherung wird zu einer dringendsten Herausforderungen unserer Zeit.
01.12.2022
Physiologie
Altern Frauen anders als Männer?
Studien an Fruchtfliegen zeigen, wie das biologische Geschlecht die Wirkung des derzeit vielversprechendsten Anti-Aging-Medikaments Rapamycin beeinflusst.
29.11.2022
Ethologie | Zoologie
Geschlechterrollen im Tierreich hängen vom Verhältnis von Weibchen und Männchen ab
Wie wählerisch sollten Weibchen und Männchen sein, wenn sie einen Partner auswählen?
28.11.2022
Ökologie | Paläontologie | Säugetierkunde
Fossil aus dem Allgäu: Biber leben seit mehr als 11 Millionen Jahren im Familen-Clan
Die Hammerschmiede im Allgäu, Fundstelle des Menschenaffen Danuvius, ist eine einmalige Fundgrube für Paläontologen: Bereits über 140 fossile Wirbeltierarten konnten hier geborgen werden.
28.11.2022
Anthropologie | Neurobiologie
Arbeitsgedächtnis: Vorbereitung auf das Unbekannte
Beim Arbeitsgedächtnis, oder auch Kurzeitgedächtnis genannt, galt lange die Theorie, dass seine Kernaufgabe die aktive Speicherung von Informationen über einen kurzen Zeitraum ist.
28.11.2022
Meeresbiologie | Ökologie
Offshore-Windparks verändern marine Ökosysteme
Der Ausbau von Offshore-Windparks in der Nordsee geht voran, doch die Konsequenzen für die marine Umwelt, in der sie errichtet werden, sind noch nicht vollständig erforscht.
25.11.2022
Evolution | Genetik | Neurobiologie
Was haben Oktopus und Mensch gemeinsam?
Kopffüßler sind hochintelligente Tiere mit komplexem Nervensystem, dessen Evolution mit der Entwicklung von auffällig viel neuer microRNA verbunden ist.