Un gen una proteína

Durante los años 1930 a pesar de los grandes avances los genetistas tenían muchas preguntas sin respuestas:

	¿Que eran exactamente los genes?
	¿Como trabajaban?
	¿Que produce un único fenotipo asociado con un alelo específico?

Las respuestas de la física, la química y los estudios de los microorganismos y diversas enfermedades dieron origen a lo que hoy se conoce como Biología Molecular. Las reacciones bioquímicas están controladas por enzimas. Las enzimas, están a menudo involucradas en cadenas de reacciones conocidas como vías . La pérdida de actividad de una enzima puede inactivar todo el ciclo.

Archibald Garrod, en 1902, fue el primero en sugerir, la relación entre enfermedad y metabolismo a través de su estudio de la alcaptonuria, enfermedad en que el individuo elimina por la orina una gran cantidad de ácido homogentísico que le da un color oscuro característico ("alcapto"). El razonó que en los individuos sanos el ácido homogentísico se debía metabolizar a otros productos, razón por la cual no aparecía en orina. Sospechó la existencia de un bloqueo en la vía metabólica y propuso que esa condición era debido a "un error innato del metabolismo". También descubrió que la alcaptonuria se heredaba como un factor Mendeliano recesivo.

George Beadle y Edward Tatum a los fines de los 30s y comienzos de los 40s encontraron la conexión sospechada por Garrod entre genes y metabolismo. Ellos usaron los rayos X para causar mutaciones en una cepa del hongo Neurospora. Esas mutaciones afectaban a un solo gen y a una sola enzima de vías metabólicas específicas. Beadle y Tatum propusieron la hipótesis "un gen una enzima" por la cual ganaron el premio Nobel en 1958.

Dado que las reacciones químicas que ocurren en el cuerpo están mediadas por enzimas, y dado que las enzimas son proteínas, debía existir una relación entre genes y proteínas. George Beadle, en los 40s, propuso que la mutación en el color de los ojos de la mosca de la fruta Drosophila era causada por el cambio de una proteína en una vía biosintética.

En 1941 Beadle y su colaborador Edward L. Tatum decidieron examinar, etapa por etapa, las reacciones químicas en una vía metabólica. Ellos usaron un hongo, la Neurospora crassa, como organismo experimental. Tiene como ventajas un ciclo de vida corto y el hecho de crecer fácilmente en laboratorio. Dado que es haploide en la mayor parte de su ciclo vital, las mutaciones se expresan inmediatamente. Los mapeos previos realizados a los cromosomas del organismo facilitaron su trabajo. La Neurospora puede desarrollarse en un medio mínimo, y su nutrición puede ser estudiada por su capacidad para metabolizar azúcares u otros productos, que los científicos pueden agregar o sacar de la mezcla utilizada para su crecimiento. También es capaz de sintetizar todos los aminoácidos que necesita para su crecimiento, por lo tanto las mutaciones en una vía biosintética pueden demostrase fácilmente.

La mutaciones en Neurospora son inducidas por rayos-X y luego, las esporas mutadas se colocan en un medio enriquecido con todos los aminoácidos . Estos cultivo se los compara con medio en el que existe solo uno de los 20 aminoácidos. Si una espora no puede sintetizar un aminoácido, por ejemplo  prolina (Pro) solo crecerá en el medio al cual se le haya agregado prolina.

La biosíntesis de aminoácidos (los ladrillos que forman las proteínas) es un complejo proceso con muchas reacciones químicas mediadas por enzimas que si mutan, tornándose inactivas, detendrán la vía biosintética y por lo tanto el crecimiento.

Beadle y Tatum propusieron la hipótesis "un gen una enzima" y, dado que un gen codifica para la producción de una proteína. "Un gen una enzima" ha sido modificado a "un gen un polipéptido" dado que muchas proteínas (como la hemoglobina) están formadas por mas de un polipéptido.