ONE GENE ONE POLYPEPTIDE HYPOTHESIS

            Pada tahun 1902, Archibald E. Garrod  mengusulkan “Inborn Errors of Metabolism (kesalahan bawaan metabolisme)” yang berkaitan dengan kelainan keturunan secara fisiologis diantara manusia yang sejak saat itu telah diketahui dengan jelas bahwa terdapat banyak hubungan antara gen dan enzim, bahkan jalan untuk menyelesaikan masalah bagaimana gen mengendalikan banyak sifat fenotip suatu organisme. Riset genetik selanjutnya yang berhubungan dengan hubungan antara gen dan enzim menemukan konsep “hipotesis satu gen satu enzim” yang setelah itu diubah menjadi “hipotesis satu gen satu polipeptida”.

            Peninjauan ini dilakukan dalam rangka untuk membantu kita mengevaluasi ulang konsep hipotesis satu gen satu polipeptida. Apakah persepsi kita atau pemahaman hari ini sudah mempertimbangkan berbagai aspek lain yang terkait? Apakah saat ini persepsi kita terbentuk tanpa banyak pertimbangan dengan tepat?

Hipotesis Satu Gene Satu Enzim

            Seperti yang telah dinyatakan sebelumnya, hubungan antara gen dan enzim telah ditemukan sejak publikasi Archibald E. Garrod. Satu dari beberapa kelainan pada manusia dilaporkan oleh A.E Garrod yang secara bersamaan mengindikasikan hubungan antara gen dan enzim yang disebut alkaptonuria. Alkaptonurics menderita arthritis dan menghasilkan urin yang berubah hitam pada paparan udara. Alkaptonurics mengekskresikan urin dengan asam homogentisat dalam jumlah besar setiap hari. Garrod mengusulkan bahwa alkaptonuria terjadi karena blok biokimia dalam proses metabolisme. Individu normal dapat memetabolisme asam homogentisat untuk produk pecahan, tetapi alkaptonurics tidak bisa memetabolisme asam homogentisat.

            Oleh karena itu Garrod menyarankan bahwa alkaptonurics harus mengurangi enzim yang memetabolisme asam homogentisat. Garror mengusulkan sebuah penjelasan yang sama bahwa tiga kelainan hereditas manusia diklasifikasikan dalam metabolisme bawaan yang salah. Reaksi biokimia yang terkait dengan alkaptonuria dapat dilihat pada gambar 1.

(Gambar 1. Sumber: www.ucl.ac.uk)

Banyak reaksi biokimia lainnya yang mengalami kelainan fisiologis pada manusia yang menunjukkan hubungan antara gen dan enzim. Kelainan tersebut yaitu Phenylketonurea (PKU), Sindrom Lesh-Nyhan, dan Penyakit Tay Sachs. Reaksi biokimia yang terkait dengan beberapa kelainan tersebut akan ditampilkan lebih lanjut pada gambar dibawah.

George W. Beadle dan Edward L Tatum yang bekerja dengan Neuspora crassa berhasil mengungkap hubungan antara gen dan enzim. Berdasarkan hasil penelitian pada tahun 1941, Beadle dan Tatum menemukan rumus untuk menentukan hubungan sebagai “hipotesis satu gen satu enzim”, rumus ini digunakan untuk menjelaskan sintesis enzim yang dikontrol oleh gen. Gambar dibawah menjelaskan semua proses yang dijelaskan oleh Beadle dan Tatum.

Seperti yang terlihat pada gambar diatas bahwa conidia dari N. Crassa terpapar mutagen seperti x ray atau sinar ultraviolet. Berbagai mutan kemudian terisolasi setelah eksposur. Setiap mutan hanya bisa tumbuh pada medium minimal suplemen dengan gizi tertentu yang dibutuhkan. Sugesti bahwa setiap mutan tidak dapat mensintesis suplemen gizi karena reaksi biokimia terkunci. Proses ini terkunci dari reaksi biokimia dikarenakan lack dari enzim tertentu mengalami kekurangan efek dari mutasi gen yang mengendalikan sintesis enzim. Bisa dilihat melalui gambar berikut.

Didasarkan dari hasil penetilian, Beadle dan Tatum mendeklarasikan hipotesis hubungan antara sebuah gen dengan sebuah enzim (One gene one enzyme hypothesis)

Gen A

Gen B

Gen C

 

Substrat           Produk A                           Produk B                          Produk C

Contoh lain dari reaksi biokimia adalah reaksi biokimia yang mengatur sintesis arginine pada N. crassa yang dimulai dari N-acetylornithine

Arg A

Arg B

Arg C

Arg D

 

N-acetylornithine            Ornithine            Citruline               Arginino              Arginine...

                                                                                                succinate

G. W. Beadle dan Boris Ephrussi juga melalukan penelitian eksperimen pada Drosophila dan beberapa Diptera lainnya yang menghasilkan kesimpulan yang sama dengan penelitian eksperimen N. crassa sebelumnya.

Diagram penelitian eksperimen dari Beadle dan Ephrussi

Implant dari larva vermilion (v) yang ditransplantasikan ke larva wild type (+) akan berkembang menjadi mata wild type karena difusi substansi dari jaringan disekitar yang mendukung pigmen  wild type. Selanjutnya, implant dari larva vermilion (v) ditransplantasikan ke larva cinnabar (cn) akan berkembang menjadi mata wild type. Hal ini mengesankan bahwa substansi tertentu yang diperlukan jaringan cinnabar masuk ke implant vermilion menghasilkan mata wild type. Di sisi lain, implant dari cinnabar (cn) yang ditransplantasikan ke larva vermilion (v) akan berkembang menghasilkan mata cinnabar karena tidak ada substansi tertentu yang dibutuhkan dari jaringan vermilion saat masuk ke dalam impant cinnabar menghasilkan mata wild type.

            Eksperimen transplantasi tersebut mengindikasikan bahwa pada sintesis pigmen mata, bloking pada salah satu tahap biokimia menghasilkan pigmen mata vermilion lebih banyak daripada pigmen mata cinnabar.

 

Tryptophan                          Kynurenine                           3-Hydroxykynurerine         Ommochrome

Vermilion eyes                              Cinnabar eyes                                                                                                                                                                      Wild type eyes

PERTANYAAN

1.      Jelaskan asal mula atau dasar yang digunakan A.E Garrod dalam publikasinya mengenai hubungan antara gen dan enzim!

2.      Mengapa pada setiap mutan tidak dapat mensintesis suplemen gizi?

3.      Mengapa Implant dari cinnabar (cn) yang ditransplantasikan ke larva vermilion (v) akan berkembang menghasilkan mata cinnabar?

JAWABAN

1.      Satu dari beberapa kelainan pada manusia dilaporkan oleh A.E Garrod yang secara bersamaan mengindikasikan hubungan antara gen dan enzim yang disebut alkaptonuria. Alkaptonurics menderita arthritis dan menghasilkan urin yang berubah hitam pada paparan udara. Alkaptonurics mengekskresikan urin dengan asam homogentisat dalam jumlah besar setiap hari. Garrod mengusulkan bahwa alkaptonuria terjadi karena blok biokimia dalam proses metabolisme. Individu normal dapat memetabolisme asam homogentisat untuk produk pecahan, tetapi alkaptonurics tidak bisa memetabolisme asam homogentisat. Oleh karena itu Garrod menyarankan bahwa alkaptonurics harus mengurangi enzim yang memetabolisme asam homogentisat.

2.      Karena reaksi biokimia pada saat mensisntesis suplemen gizi terkunci. Terkuncinya reaksi ini dikarenakan kurangnya enzim tertentu yang diperlukan untuk mensintesis. Hal ini diakibatkan efek mutasi gen yang mengendalikan sintesis enzim.

3.      Implant dari cinnabar (cn) yang ditransplantasikan ke larva vermilion (v) akan berkembang menghasilkan mata cinnabar karena tidak ada substansi tertentu yang dibutuhkan dari jaringan vermilion saat masuk ke dalam implant cinnabar menghasilkan mata wild type.

DAFTAR PUSTAKA

Duran, Corebima. 2009. One Gene One Polypeptide Hypothesis. Malang: Universitas Negeri Malang

Mishra, C. M. 2010. Introduction to Proteomics: Principles and Application. John Wiley and Sons, Inc.