Ein-Gen-Ein-Enzym-Hypothese [Beadle & Tatum Experiment] - [Biologie, Genetik, Oberstufe]

Summary

In diesem Video wird die sogenannte 'Eingehen-ein-Enzym-Hypothese' erklärt, die besagt, dass Gene für die Herstellung von Enzymen codieren, die wiederum biochemische Reaktionen im Körper katalysieren. Mithilfe von Experimenten mit dem Schimmelpilz *Neurospora crassa* wird gezeigt, wie Mutationen in bestimmten Genen die Synthese von Arginin verhindern, was bestätigt, dass Gene spezifische Enzyme produzieren. Die Experimente illustrieren auch, wie Gene und Enzyme in einer Kettenreaktion zusammenarbeiten, um chemische Reaktionen zu ermöglichen und zu beeinflussen, und wie diese Konzepte in der Molekularbiologie weiter verfeinert wurden.

Takeaways

• 😀 Die Hypothese besagt, dass Gene Enzyme kodieren, die biochemische Reaktionen katalysieren und so zu Endprodukten führen, die den Phänotyp beeinflussen.
• 😀 Gene verschlüsseln Informationen in Form von Basensequenzen auf der DNA, die für die Synthese von Proteinen, insbesondere Enzymen, verantwortlich sind.
• 😀 Enzyme wirken als Katalysatoren und produzieren Endprodukte, die Auswirkungen auf äußere Merkmale wie Farbe oder Wachstum haben können.
• 😀 Im Fall von *Neurospora crassa* katalysiert das Enzym die Umwandlung der Aminosäure Arginin, die wiederum viele Stoffwechselprozesse beeinflusst.
• 😀 Häufig reicht ein einzelnes Enzym nicht aus, um ein Endprodukt herzustellen, sondern es sind mehrere Gene und Enzyme in einer Kette notwendig.
• 😀 Der Begriff 'Genbergkette' beschreibt die Zusammenarbeit mehrerer Gene und Enzyme, die zusammen die Synthese von Arginin ermöglichen.
• 😀 Die Theorie, dass Gene Enzyme kodieren, wurde erstmals durch Experimente von Beetle und Tim mit *Neurospora crassa* bestätigt.
• 😀 Mutationen in einzelnen Genen können die Funktionalität von Enzymen beeinträchtigen, was zur Blockierung der Synthese des Endprodukts führt.
• 😀 In Experimenten wurde gezeigt, dass Mutationen in *Neurospora crassa* dazu führten, dass bestimmte Enzyme nicht mehr funktionstüchtig waren, was das Wachstum des Pilzes verhinderte.
• 😀 Die Forschung verdeutlichte, dass zur Bestätigung der Hypothese Gene für spezifische Enzyme verantwortlich sind, die in Kettenreaktionen arbeiten, um ein Endprodukt zu erzeugen.
• 😀 Weiterführende Forschungen haben gezeigt, dass Gene nicht nur für ganze Proteine kodieren, sondern auch für Polypeptide, die zusammengesetzt das vollständige Protein bilden.
• 😀 Die Erweiterung der Hypothese besagt, dass manche RNA-Moleküle nicht in Polypeptide übersetzt werden, sondern andere Funktionen übernehmen.
• 😀 Durch gezielte Mutationen und Tests mit unterschiedlichen Substraten konnten die Forscher die defekten Gene und Enzyme in den Mutantenstämmen identifizieren und so die Theorie validieren.

Q & A

Was beschreibt die Hypothese, dass Gene für Enzyme kodieren?

Die Hypothese besagt, dass Gene auf der DNA die Information für die Herstellung von Enzymen liefern, die in der Proteinbiosynthese eine zentrale Rolle spielen. Enzyme katalysieren biochemische Reaktionen, die bestimmte Substrate in Endprodukte umwandeln.

Wie wird die Information aus einem Gen zur Herstellung eines Proteins genutzt?

Die Information aus einem Gen wird zunächst in RNA umgeschrieben, die dann zur Herstellung eines Polypeptids (Protein) dient. Dieses Polypeptid wirkt meist als Enzym, das spezifische Reaktionen katalysiert.

Warum ist die Proteinbiosynthese entscheidend für die Enzymaktivität?

Die Proteinbiosynthese ist entscheidend, weil sie das Enzym in seiner funktionalen Form produziert. Ohne die Synthese des richtigen Proteins (Enzyms) kann keine biochemische Reaktion stattfinden.

Wie kann eine Mutation in einem Gen die Enzymfunktion beeinflussen?

Eine Mutation in einem Gen kann dazu führen, dass das Enzym nicht korrekt gefaltet wird oder nicht funktionsfähig ist. Dies kann dazu führen, dass ein spezifisches Zwischenprodukt nicht mehr hergestellt oder weiterverarbeitet wird, was den gesamten Stoffwechselprozess stört.

Was zeigt das Experiment von Beadle und Tatum mit Schimmelpilzen?

Das Experiment zeigte, dass ein einzelnes Gen für ein bestimmtes Enzym verantwortlich ist, das eine biochemische Reaktion katalysiert. Es bestätigte die Theorie, dass Gene die Information für die Synthese von Enzymen liefern.

Was ist eine Genbergkette und wie ist sie im Zusammenhang mit der Argininsynthese wichtig?

Eine Genbergkette beschreibt eine Reihe von Genen, die nacheinander Enzyme produzieren, die jeweils eine spezifische Reaktion im Syntheseweg eines Stoffes katalysieren. Für die Argininsynthese arbeiten mehrere Gene zusammen, um das Endprodukt Arginin zu produzieren.

Wie wurde die Mutation in den Schimmelpilzen erzeugt?

Die Mutation wurde durch Röntgenstrahlen verursacht, die das Erbgut der Schimmelpilze veränderten. Dies führte zu verschiedenen Mutantenstämmen, die keine funktionalen Enzyme für die Argininsynthese produzieren konnten.

Was passiert, wenn ein Mutantenschimmelpilz in ein Nährmedium ohne Zusatzstoffe wächst?

Wenn der Mutantenschimmelpilz ohne Zusatzstoffe wächst und kein Arginin synthetisieren kann, deutet dies darauf hin, dass ein Enzym in der Kette nicht funktionsfähig ist, was die Argininsynthese blockiert.

Was bedeutet es, wenn ein Mutantenschimmelpilz nach Zugabe von Citrullin wächst?

Wenn ein Mutantenschimmelpilz nach Zugabe von Citrullin wächst, bedeutet dies, dass das Enzym, das Citrullin zu Arginin umwandelt, funktionsfähig ist, aber ein anderes Enzym, das den ersten Schritt der Synthese katalysiert, defekt ist.

Wie hilft die Zugabe von Substraten, die defekten Gene zu identifizieren?

Durch die Zugabe von spezifischen Substraten kann man feststellen, an welchem Punkt der Synthese der Prozess blockiert wird. Wenn ein Mutantenschimmelpilz nach Zugabe eines bestimmten Substrats wächst, zeigt dies, dass der Schritt, der dieses Substrat benötigt, funktionstüchtig ist, während die anderen Schritte aufgrund von defekten Genen nicht funktionieren.