Poly-U-Experiment
Beim Poly-U-Experiment des US-amerikanischen Biochemikers Marshall Nirenberg und dessen deutschem Post-Doktoranden Heinrich Matthaei aus dem Jahre 1961[1] konnte erstmals eine genetische Codierungseinheit identifiziert werden – die Aminosäure Phenylalanin konnte dem Basentriplett UUU zugeordnet werden.
Die entscheidende Experimentalserie in Nirenbergs Labor am NIH in Bethesda (Maryland), die zur Identifizierung des ersten Codes am 27. Mai 1961 führte, wurde ab dem 15. Mai 1961 von Matthaei konzipiert und durchgeführt,[2] so dass ihm aus Erkenntnissicht der Titel „Vater des genetischen Codes“ zugeschrieben werden könnte.
Das Experiment
Im so genannten „Triplettbindungstest“ von Nirenberg und Matthaei wurden kurze messenger-RNA (mRNA) Stücke mit bekannten Basensequenzen synthetisiert. Diese mischten die beiden Forscher mit Ribosomen, die aus Bakterien isoliert worden waren. Untersuchungen zeigten zunächst, dass sich Ribosomen und mRNA aneinander anlagerten. Danach erfüllten Nirenberg und Matthaei alle Voraussetzungen, die für Proteinbiosynthese nötig sind und gaben die notwendigen Bestandteile in ein Reagenzglas: Gereinigte Ribosomen, ein Gemisch aller 20 Aminosäuren (von Versuch zu Versuch war eine andere Aminosäure radioaktiv markiert) und schließlich eine synthetische mRNA, mit einer bekannten Basensequenz. Nachdem alle Komponenten zusammengefügt worden waren und einwirken bzw. miteinander reagieren konnten, wurde das Gemisch auf einen Filter gegeben, der Ribosomen, mRNA und neu synthetisiertes Protein zurückhielt, freie Aminosäuren aber durchließ (Filtrat). Dann wurde untersucht, ob sich radioaktives Material im Filtrat befand oder eben zurückgehalten wurde.
Bei Zugabe einer mRNA der Basensequenz UUU in dieses zellfreie System zur Genexpression und mit radioaktiv markierter Aminosäure Serin, wurde keine Radioaktivität auf dem Filter gebunden (d. h. keine Synthese von Poly-Serin). Gab man jedoch im nächsten Versuch anstelle von Serin die radioaktiv markierte Aminosäure Phenylalanin hinzu, fand sich das radioaktive Signal auf dem Filter (d. h. Synthese von Poly-Phenylalanin). Auf diese Weise konnte bewiesen werden, dass das Basentriplett UUU die Aminosäure Phenylalanin codiert.
Mit der gleichen Methode konnte dem Basentriplett AAA und dem Triplett CCC die Aminosäuren Lysin und Prolin zugeordnet werden. Das Codon GGG konnte bei dem Experiment jedoch noch nicht entschlüsselt werden, aufgrund dessen Sekundärstruktur, die dazu führte, dass das Basentriplett nicht an die Ribosomen gebunden werden konnte.[3]
In einem weiteren Versuch wurde dem System eine mRNA mit der Basensequenz UCU hinzu gegeben. Radioaktives Serin fand sich nun auf dem Filter (d. h. Synthese von Poly-Serin), radioaktives Phenylalanin hingegen im Filtrat (d. h. keine Synthese von Poly-Phenylalanin).
Aus diesen Ergebnissen konnte man schließen, dass wenn das Basentriplett mit der Aminosäure zusammenpasst, eine Proteinbiosynthese stattfindet und die mRNA translatiert wird.
Marshall Nirenberg erhielt 1968 zusammen mit Gobind Khorana und Robert Holley den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.[4]
Literatur
- Hans-Jörg Rheinberger: Experimentalsysteme – Eine Geschichte der Proteinsynthese im Reagenzglas. Wallstein Verlag, ISBN 3-89244-454-4.
Weblinks
- The Poly-U Experiment beim Office of NIH History (englisch)
Nachweise
- Nirenberg, M. W. & Matthaei, J. H. (1961): The dependence of cell-free protein synthesis in E. coli upon naturally occurring or synthetic polyribonucleotides. In: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Bd. 47, S. 1588–1602. PMID 14479932 (doi:10.1073/pnas.47.10.1588)
- Vgl. S. 231 (via Google Books) in Hans-Jörg Rheinberger: Experimentalsysteme und epistemische Dinge. Wallstein Verlag, Göttingen 2001. ISBN 3-89244-454-4
- Abhinav Tiwari: 3 Kinds of Approaches by which the Genetic Code has been Cracked or Deciphered. In: Preserve article. Abgerufen am 14. April 2019 (englisch).
- Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 1968 an Marshall Nirenberg, Gobind Khorana und Robert Holley (englisch)