кислоту. Таким образом, он впервые отметил связь между геном и ферментом (рис. 10.2). Гэррод предложил аналогичную интерпретацию еще для трех аномалий, включая и альбинизм, который, по его мнению, вызывается блокированием метаболического пути, ведущего от тирозина к меланину.
Гэррод назвал эти наследственные биохимические аномалии врожденными ошибками метаболизма. Ему удалось сделать свои открытия благодаря осознанию того обстоятельства, что метаболический «блок» можно идентифицировать по накоплению в организме вещества, которое образуется на стадии, предшествующей этому блоку. В дальнейшем использование этого простого принципа сыграло важнейшую роль в изучении многочисленных метаболических процессов.
Гипотеза "один ген - один фермент"
Впервые представление о взаимосвязи между генами и ферментами точно сформулировали Джордж Бидл и Эдуард Татум в 1941 г. в рамках гипотезы «один ген - один фермент». За это открытие в 1958 г. они были удостоены Нобелевской премии. Бидл и Татум изучали биохимическую роль различных генов в опытах с обычной хлебной плесенью - Neurospora crassa (см. рис. 5.15). В норме этот микроскопический гриб может расти на определенной минимальной среде, содержащей сахар, некоторые минеральные соли, источник азота (аммонийные соли) и витамин биотин.
С помощью мутагенеза, индуцируемого рентгеновским излучением, Бидл и Татум получали и затем отбирали мутанты, для роста которых требовалось добавлять в среду некоторые дополнительные питательные вещества (рис. 10.3). Такие мутанты называются ауксотрофами в отличие от исходных прототрофов, способных расти на минимальной среде. (Мутации, изменяющие питательные потребности бактерий, специально обсуждаются в главе 8.) Подход, использованный Бидлом и Татумом для подтверждения наследуемого характера мутаций, приводящих к ауксотрофности, проиллюстрирован на рис. 10.4.
Первые три мутанта, выделенные Бидлом и Татумом, были обозначены pab, pdx и thi. Для их роста на минимальной среде требовались добавки и-аминобензойной кислоты, пиридоксина и тиамина соответственно. В каждом из трех случаев наблюдалось блокирование определенного этапа метаболизма, в норме приводящего к образованию соответствующего недостающего питательного вещества. Таким образом, было установлено однозначное соответствие между генетической мутацией и исчезновением определенного фермента, необходимого на данной биохимической стадии метаболизма. Исходя из этого, Бидл и Татум и сформулировали гипотезу «один ген-один фермент»: каждый ген направляет синтез одного фермента (рис. 10.5). В ходе дальнейших исследований эта гипотеза в несколько модифицированном виде - «один генодна полипептидная цепь» - полностью подтвердилась.