¿Puede un gen codificar solo una enzima o más de una enzima?

Hipótesis One-Gene One-Enzyme:

La hipótesis propuesta por Beadle y Tatum (1948) establece que cada gen codifica una sola enzima.

Estaban en su época (1948), porque en ese momento, no tenían conocimiento de:

  • Empalme alternativo: un gen produce múltiples polipéptidos
  • Transcripción de ribozimas (no proteínas)
  • Una proteína con estructura cuaternaria, por ejemplo, la hemoglobina, requiere múltiples polipéptidos, sintetizados a partir de diferentes secuencias.
  • Todos los genes no producen enzimas o sus componentes. Algunos de ellos controlan otros genes.
  • Polipéptidos: – Una proteína o molécula de enzima puede consistir en uno o más tipos de polipéptidos.
  • Secuenciación de ORF y Sanger: – Las secuencias de ADN pueden codificar para más de un producto génico usando diferentes marcos de lectura o diferentes codones de iniciación (genes superpuestos en el genoma) y ORF y exones.

Aunque el concepto de “un gen-una enzima” no es perfectamente exacto, ahora es un gen, muchas proteínas (expresión génica: un gen, muchas proteínas).

No. La hipótesis de un solo polipéptido / enzima de Beadle y Tatum fue muy valiosa para el avance de la genética, pero ciertamente no es una descripción ideal de la realidad biológica.

Por supuesto, se vuelve un poco complicado definir qué es una enzima. Muchas enzimas pueden catalizar reacciones múltiples con el mismo sitio activo. Pero digamos que si hay diferentes sitios activos en dominios distintos y puedo separar las diferentes actividades enzimáticas por mutación o ingeniería de proteínas, entonces son realmente enzimas separadas. A continuación hay solo una pequeña muestra de ejemplos conocidos.

Muchas ADN polimerasas también tienen actividad de exonucleasa 5 ‘→ 3’ (para masticar el filamento delante de ellas) y actividades de exonucleasa de corrección 3 ‘a 5’. El fragmento de Klenow de E. coli DNA polimerasa I es un ejemplo de esto; no tiene actividad de exonucleasa 5 ‘→ 3’ y, por lo tanto, no puede usarse para la traducción de mella, aunque es útil para muchos otros procedimientos (y no sería para algunos de ellos si conservara la actividad 5 ‘→ 3’). Exonucleasa menos versiones de Klenow también están disponibles.

La sintasa del ácido graso es una proteína multidominio con 5 actividades enzimáticas diferentes: acil transferasa, cetosintasa, cetoreductasa, deshidratasa y enoil reductasa. Las primeras dos actividades se usan de forma cíclica para condensar subunidades malonato en la cadena en crecimiento y luego las otras tres llevan los carbonos agregados a la saturación. No he contado la proteína transportadora de acilo crítica como una enzima; es distinto de cualquiera de las otras actividades (cada una está en un dominio de proteína distinto) y actúa como un tornillo de banco para mantener la cadena en crecimiento mientras los otros dominios actúan sobre ella.

Muchos medicamentos y otros compuestos útiles están hechos por enzimas homólogas llamadas policétidos sintasas. Uno de los polipéptidos para preparar la rapamicina inmunosupresora tiene 22 sitios activos distintos más 6 dominios de proteína portadora de acilo. ¡Esta proteína está construida con más de 10,000 aminoácidos!

Una gran cantidad de péptidos biológicamente activos se obtienen mediante péptidos sintetasas no ribosómicas (NRPS). El inmunosupresor ciclosporina, un anillo de 16 aminoácidos, se forma por un único NRPS que (si acabo de contar a la derecha) tiene 41 sitios activos más 16 dominios de proteína portadora de peptidilo (análogos a los dominios de proteína portadora de acilo). ¡El marco de lectura abierto para cyclosporine synthetase es más de 45 kilobases de longitud!

Sin algunas definiciones aproximadas, la biología sería imposible de entender. Pero sin entender que estas definiciones hechas por el hombre no son leyes, la biología nuevamente se convierte en un desastre.

Estoy interesado en esta pregunta desde hace años, es una pregunta inteligente e interesante. Tuve la oportunidad de investigar en este campo y obtener resultados tanto del trabajo bioinformático como experimental. Sé que ahora algunos genes pueden compartir la misma secuencia, es más exacto decir que se superponen las secuencias. Espero agregar más y dar evidencia experimental cuando los resultados de la investigación se realizarán y publicarán. Hay un fenómeno genético “Transcripción de lectura”, que está representado por tres genes, uno para representar cada uno de los loci de aguas arriba y aguas abajo y el tercer locus para representar el producto Readthrough. El tercer gen se representa porque la transcripción Readthrough no puede ser representada con precisión por los loci anteriores o posteriores. Por lo tanto, los loci Readthrough reflejan el fenómeno de “un gen contiene gen (es)” (He et al 2018, Genes, 9, 40).

Los primeros trabajos en genética molecular sugirieron el concepto de que un gen produce una proteína. Este concepto (originalmente llamado la hipótesis del gen uno enzima) surgió de un influyente artículo de 1941 de George Beadle y Edward Tatum sobre experimentos con mutantes del hongo Neurospora crassa.

Norman Horowitz, un antiguo colega en la investigación de Neurospora , recordó en 2004 que “estos experimentos fundaron la ciencia de lo que Beadle y Tatum llamaron genética bioquímica . En realidad, demostraron ser la pistola de apertura en lo que se convirtió en genética molecular y todos los desarrollos que han seguido a partir de eso “.

El concepto de proteína de un gen-uno se ha refinado desde el descubrimiento de genes que pueden codificar proteínas múltiples mediante secuencias de corte y empalme alternativas divididas en secciones cortas a lo largo del genoma cuyos ARNm están concatenados mediante empalme trans. Adapté este extracto de la wiki y espero que ayude a aclarar tu pregunta. En resumen, sí, pero en verdad …

Un gen puede codificar un polipéptido. Una enzima puede comprender una cantidad de polipéptidos. Habiendo quitado eso, la colinealidad (un gen para una función ubicada en una posición a lo largo de un cromosoma, definida por las secuencias de inicio y terminación en el caso de un polipéptido) se consideró la forma en que se organizó la información genética hasta la primera resultados de la secuencia Sanger ideó el método de terminación de cadena de secuenciación de ADN en 1979 y lo utilizó para secuenciar el virus phi-X174. Lo que descubrió fue que los genes podrían estar superpuestos. Esto fue una sorpresa, y no es la norma, pero una secuencia puede contener más de un gen, depende del marco de lectura.

Un gen, más particularmente un alelo (estiramiento de nucleótidos) codifica para un ARNm pre madurado, que después del procesamiento (en eucariotas) que el ARNm madurado se traduce en un único polipéptido.

un alelo también puede codificar para un ARNm pre madurado, mientras que el procesamiento produce más de un ARNm madurado (corte y empalme alternativo y diferentes marcos de lectura), los respectivos ARNm maduros se traducen en respectivos polipéptidos.

la enzima es

  1. proteína, esa proteína puede ser un solo polipéptido o más de un polipéptido.
  2. proteína (polipéptido / polipéptidos) con cofactor, cofactor puede iones metálicos orgánicos o inorgánicos.
  3. ácido nucleico en el caso de ARN catalítico. finalmente, algunos o la mayoría de los genes codifica más de un ARNm y, por lo tanto, más de una proteína (enzimas).

un gen (alelo) puede tener más de un marco de lectura.

diferentes marcos de lectura codifican diferentes ARNm, finalmente proteínas diferentes.

por lo tanto, empalmes alternos y diferentes marcos de lectura dentro de un gen, da como resultado un gen de muchas proteínas (enzima), incluso aquellos que usan las mismas o diferentes regiones de promotor, reguladores y terminadores de un gen.