Baca artikel ini untuk mempelajari tentang Genetika: Catatan Singkat tentang Gen dan Enzim
Archibald Garrod (1902) adalah orang pertama yang mengisyaratkan bahwa gen beroperasi melalui enzim. Dia mempelajari sejumlah kelainan manusia yang diwariskan dan menemukan bahwa itu adalah kesalahan metabolisme bawaan atau kegagalan mesin metabolisme organisme untuk melakukan fungsi tertentu karena pembentukan enzim yang rusak terkait dengan pewarisan gen yang rusak.
Sumber Gambar: ninds.nih.gov/img/genes_brain8.jpg
Garrod (1902) mempelajari alkaptonuria yang merupakan kelainan genetik atau penyakit manusia yang ditandai dengan warna coklat atau hitam dari urin yang terpapar. Dia sampai pada kesimpulan melalui analisis silsilah bahwa penyakit itu disebabkan oleh pewarisan sepasang gen resesif. Alkapton atau asam homogentisat diproduksi pada manusia karena non-metabolisme tirosin. Biasanya dikatabolisme oleh enzim oksidase untuk menghasilkan C0 2 dan H 2 0. Pada orang yang menderita alkaptonuria, enzim oksidase (alkapton oksidase) tidak ada.
Akibatnya asam homo-gentisic atau alkapton menumpuk di dalam tubuh. Sebagian diekskresikan dalam urin. Pada berdiri asam akan teroksidasi untuk membentuk produk coklat hitam mirip dengan melanin. Alkali atau sabun meningkatkan efek penggelapan. Produk coklat hitam juga menumpuk di dalam tubuh di jaringan ikat dan tulang rawan.
Itu mengubah putih mata, hidung dan telinga menjadi abu-abu atau biru hitam. Karena pengendapan terus menerus alkapton dalam jaringan ikat, sejenis radang sendi berkembang di tahun-tahun berikutnya. Bahu, pinggul, dan tulang belakang sangat terpengaruh. Pigmen juga dapat disimpan di arteri dan katup jantung yang menyebabkan fungsinya tidak berfungsi.
Hipotesis Satu-Gen Satu-Enzim:
Ini adalah hipotesis yang dikemukakan oleh Beadle dan Tatum (1948) yang menyatakan bahwa gen mengontrol sifat struktural atau fungsional melalui pengendalian sintesis protein atau enzim tertentu yang dibentuk oleh yang terakhir. Mereka sampai pada kesimpulan ini melalui pengamatan berikut, (a) Beadle dan Rekan kerja menemukan bahwa warna mata merah Drosophila melanogaster dikendalikan oleh dua gen dan disebabkan oleh pencampuran pigmen coklat dan vermilion. Sepotong larva yang ditakdirkan untuk membentuk mata merah dapat dibuat untuk menghasilkan warna mata merah jika ditempatkan di rongga tubuh larva bermata merah karena yang terakhir menyediakan enzimnya untuk warna coklat yang tidak dimiliki oleh transplantasi, (b) Pada tahun 1944, Beadle dan Tatum menyinari Neurospora crassa dengan sinar-X dan memperoleh sejumlah nutrisi mutan yang disebut auxotroph’s.
Auxotroph atau mutan nutrisional adalah mutan yang tidak mampu membuat metabolitnya sendiri dari bahan mentah yang diperoleh dari luar. Oleh karena itu, ia tidak dapat hidup di lingkungan alami tetapi dapat dipertahankan dalam kultur dengan menyediakan metabolit yang dibutuhkan. Jenis liar disebut prototrof. Prototrof atau tipe liar adalah individu normal yang dapat mensintesis semua metabolit kompleks yang diperlukan untuk pertumbuhannya dari bahan mentah yang diperoleh dari luar. Itu dapat tumbuh di laboratorium pada media minimal yang terdiri dari amonia, gula, garam dan biotin.
Beadle dan Tatum (Gbr. 6.15) menemukan tiga jenis auksotrof yang membutuhkan asam amino ornitin, sitrulin dan argi sembilan. Prototrof ditemukan memiliki asam amino arginin dalam tubuhnya. Jelas itu telah disintesis dari amonia dan gula dari media minimal.
Auxotroph membutuhkan ornithine untuk pertumbuhannya tidak mengandung arginine dan mati karena kekurangan protein. Ketika dipasok dengan ornitin, ternyata memiliki arginin. Auxotroph membutuhkan citrulline memiliki ornithine tapi tidak ada arginine. Ketika citrulline disuplai, auxotroph memiliki arginine. Mutan nutrisi yang membutuhkan arginin mengandung ornithine dan citrulline. Tampaknya arginin disintesis dari amonia dan gula dari media minimal melalui setidaknya tiga langkah yang masing-masing membutuhkan enzimnya sendiri.
Beadle dan Tatum beralasan bahwa enzim yang rusak disebabkan oleh gen yang rusak atau mutan. Oleh karena itu, gen mengekspresikan efeknya dengan mengendalikan sintesis enzim. Pada tahun 1948, Beadle dan Tatum mengusulkan bahwa gen mengontrol sintesis satu enzim. Mereka dianugerahi Hadiah Nobel untuk pekerjaan ini pada tahun 1958. Jadi Beadle dan Tatum mendirikan ilmu genetika biokimia baru.
Hipotesis Satu-Gene Satu-Polipeptida:
Satu gen satu hipotesis enzim memiliki beberapa cacat:
(i) Semua gen tidak menghasilkan enzim atau komponennya. Beberapa dari mereka mengendalikan gen lain,
(ii) Enzim umumnya bersifat protein tetapi semua protein bukan enzim,
(iii) Beberapa RNA juga menunjukkan aktivitas enzim,
(iv) Molekul protein atau enzim dapat terdiri dari satu atau lebih jenis polipeptida. Yanofsky et al (1965) menemukan bahwa enzim triptofan sintetase bakteri Escherichia coli terdiri dari dua pasang polipep yang terpisah, yaitu A dan B. Polipeptida A bertipe α sedangkan polipeptida В bertipe β.
Sintesis kedua polipeptida dikendalikan oleh gen yang berbeda, trp A dan trp B. Perubahan pada salah satu dari dua gen tersebut menyebabkan inaktivasi triptofan sintetase melalui non-sintesis α atau β- polipeptida. Inaktivasi enzim menghentikan sintesis triptofan dari indol 3-gliserol fosfat dan serin. Situasi serupa ditemukan dalam kasus pembentukan molekul hemoglobin.
Hemoglobin terdiri dari empat polipeptida, 2α dan 2β. Sintesis kedua jenis polipeptida ini dikendalikan oleh dua gen berbeda yang terletak pada kromosom yang berbeda . Oleh karena itu, hipotesis satu gen satu enzim diubah menjadi hipotesis satu gen satu polipeptida. Hipotesis menyatakan bahwa gen struktural menentukan sintesis polipeptida tunggal.
