Protein sentezi konusunda anlatıldığı gibi proteinlerin sentezi, DNA üzerindeki genlerin kontrolünde gerçekleşir.
Enzimler protein yapısında olduğundan enzimlerin sentezlenmesi de belirli genler tarafından kontrol edilir. Enzimler, canlılardaki yaşamsal olaylarda görevli moleküllerdir. Bu nedenle enzimlerin sentezinden sorumlu genlerin yapısının bozulması, canlının yaşamını önemli ölçüde etkiler.
Canlılardaki her bir enzimin, bir gen tarafından şifrelendiği düşünülmektedir. Bu bilgi, 1940’lı yıllarda George Beadle (Corc Bidıl, 1903-1989) ve Edward Tatum’un (Edvırt Tatum, 1909-1975) ekmek küfüne neden olan Neurospora crassa (Nörospora krassa) adlı mantar türü (Resim 1.6) ile yaptıkları deneylerle ispatlanmıştır.
Beadle ve Tatum, bu çalışmalarıyla 1958 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü almışlardır. Deneyde kullanılan Neurospora (yabanıl tip); karbonhidrat, mineral ve biyotin (B7 vitamini) içeren basit besi ortamlarında yaşamını devam ettirip çoğalabilen bir mantardır. Yani hiç amino asit bulunmayan bir ortamda bile diğer organik besinleri amino asitlere çevirebilen enzimlere sahiptir.
Araştırmacılar, Neurospora sporlarını X ışınlarına maruz bıraktıktan sonra gelişen mutantların bir bölümünün basit kültür ortamında yaşayamadıklarını tespit etmişlerdir. Fakat bu mutantları, 20 amino asidin de bulunduğu ortama koyduklarında mutantların yaşamlarını devam ettirebildiklerini gözlemlemişlerdir. Böylece mutasyonun, amino asit sentezinde bir soruna yol açtığı sonucuna ulaşmışlardır.
Amino asitlerin birbirine dönüştürülmesinde farklı enzimler görev alır. Mutasyona uğrayan hücrelerde enzim yapıları bozulduğundan bu dönüşüm tamamlanamaz ve bazı amino asitlerin eksikliği yaşanır. Beadle ve Tatum, tam besin ortamında (tüm amino asitlerin bulunduğu ortam) yaşayabilen mutant türlerden örnekler alıp bu türleri basit kültür ortamının bulunduğu deney tüplerine aktarmışlar ve her tüpe tek bir amino asit çeşidi ilave etmişlerdir. Bu sayede mutasyonun hangi enzim üzerinde etki gösterdiğini tespit etmişlerdir.
Örneğin; mutasyona uğramış sporlar, basit kültür ortamında üreyemezken arjinin amino asidinin bulunduğu ortamda üreyebilirlerse arjinin sentezinden sorumlu genlerinde bir mutasyon olduğu anlaşılır.
Araştırmacılar, arjinin amino asidinin; öncü bir organik molekülün ornitine, ornitinin sitrü- line, sitrülinin ise arjinine dönüştüğü basamaklar şeklinde sentezlendiğini belirlemişlerdir. Deneyleri sonucunda bu basamaklardaki reaksiyonları gerçekleştiren farklı enzimleri sentezleyemeyen üç tip mutant elde etmişlerdir:
- Birinci tip mutantlar; ornitin, sitrülin ve arjininin ayrı ayrı verildiği ortamlarda yaşayabilirken sadece öncü molekül, verilen ortamda yaşayamamaktadır (Öncü molekülü, ornitine dönüştüren enzim zarar görmüştür.).
- İkinci tip mutantlar, ayrı ayrı sitrülin ve arjinin verilen ortamlarda yaşayabilirken sadece öncü molekül ya da ornitin verilen ortamlarda yaşayamamaktadır (Ornitini sitrüline dönüştüren enzim zarar görmüştür).
- Üçüncü tip mutantlar ise arjinin verilen ortamlarda yaşayabilirken öncü molekül, ornitin ya da sitrülin verilen ortamlarda yaşayamamaktadır (Sitrülini, arjinine dönüştüren enzim zarar görmüştür.) (Şekil 1.26).
Beadle ve Tatum, deneyleri sonucunda mutantlardaki tek bir genin bozukluğunun bir enzimin üretimini engellediğini belirlemişler ve bu durumu bir gen bir enzim hipotezi olarak açıklamışlardır. Moleküler biyoloji alanında daha fazla bilgi edinilmesiyle birlikte bu hipotez değişikliğe uğramıştır. Bütün proteinlerin enzim olmadığı (insülin, keratin vb.) bilgisinden yola çıkan araştırmacılar, bir genin bir proteini şifrelediğini düşünmeye başlamışlardır. Bununla birlikte pek çok protein iki veya daha fazla sayıda farklı polipeptid zincirinden oluşmaktadır ve her polipeptid bir gen tarafından belirlenmektedir. Bu nedenle Beadle ve Tatum’un açıklamaları, bir gen bir polipeptid hipotezi olarak yeniden adlandırılmıştır.
