Vom Gen zum Genprodukt: Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese am Beispiel der NAD+-Synthese

Die Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese wird anhand der Stoffwechselkette von Tryptophan zu NAD+ (Nicotinamidadenindinukleotid) veranschaulicht. Diese Hypothese erklärt, wie einzelne Gene für spezifische Enzyme kodieren, die für bestimmte Schritte im Stoffwechsel verantwortlich sind. Im Fall der NAD+-Synthese aus Tryptophan sind drei Gene und ihre entsprechenden Enzyme beteiligt.

Definition: Die Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese besagt, dass jedes Gen für die Produktion eines spezifischen Enzyms verantwortlich ist.

Der Prozess der NAD+-Synthese aus Tryptophan umfasst folgende Schritte:

1. Tryptophan wird durch Enzym 1 zu Kynurenin umgewandelt.
2. Kynurenin wird durch Enzym 2 zu Hydroxykynurenin umgewandelt.
3. Hydroxykynurenin wird durch Enzym 3 zu NAD+ umgewandelt.

Highlight: Die Untersuchung verschiedener Mutanten zeigt die Bedeutung jedes einzelnen Gens und Enzyms in der NAD+-Biosynthese.

Es werden verschiedene Mutantentypen beschrieben:

1. Typ-I-Mutante: Kann kein Kynurenin aus Tryptophan herstellen, da das entsprechende Enzym fehlt.
2. Typ-II-Mutante: Fehlen die Enzyme zur Kynurenin-, Hydroxykynurenin- und NAD+-Synthese. Wächst nur bei Zugabe von NAD+.
3. Typ-III-Mutante: Besitzt Enzyme zur Synthese von Hydroxykynurenin und NAD+.
4. Wildtyp-Mutante: Mit allen Enzymen ausgestattet, kann die NAD+-Synthese vollständig durchführen.

Example: Die Wildtyp-Mutante kann unter Zugabe von Tryptophan die Synthese von NAD+ komplett eigenständig ausführen, da sie alle notwendigen Enzyme besitzt.

Vocabulary: NAD+ (Nicotinamidadenindinukleotid) ist ein wichtiges Coenzym, das in vielen Stoffwechselprozessen eine Rolle spielt, insbesondere bei Redoxreaktionen.

Diese Untersuchungen unterstützen die Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese, indem sie zeigen, wie spezifische genetische Mutationen zu Defiziten in bestimmten enzymatischen Schritten führen und damit die NAD+-Synthese beeinflussen. Dies verdeutlicht die direkte Verbindung zwischen Genen und den von ihnen kodierten Enzymen in biochemischen Prozessen.