Har Gobind Khorana Nukleinsäuresynthese und Pionier der synthetischen Gene

Har Gobind Khorana (9. Januar 1922 - 9. November 2011) demonstrierte die Rolle von Nukleotiden bei der Synthese von Proteinen. Er teilte sich 1968 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin mit Marshall Nirenberg und Robert Holley. Ihm wird auch zugeschrieben, der erste Forscher zu sein, der das erste vollständige synthetische Gen produziert.

Schnelle Fakten: Har Gobind Khorana

• Vollständiger Name: Har Gobind Khorana
• Bekannt für: Untersuchungen zur Rolle von Nukleotiden bei der Synthese von Proteinen und der ersten künstlichen Synthese eines vollständigen Gens.
• Geboren: 9. Januar 1922 in Raipur, Punjab, Britisch-Indien (jetzt Pakistan) 
• Eltern: Krishna Devi und Ganpat Rai Khorana
• Ist gestorben: 9. November 2011 in Concord, Massachusetts, USA 
• Bildung: Ph.D., Universität Liverpool
• Schlüsselleistungen: Nobelpreis für Physiologie oder Medizin im Jahr 1968 
• Ehepartner: Esther Elizabeth Sibler
• Kinder: Julia Elizabeth, Emily Anne und Dave Roy

Frühe Jahre

Har Gobind Khorana wurde wahrscheinlich am 9. Januar 1922 als Sohn von Krishna Devi und Ganpat Rai Khorana geboren. Obwohl dies sein offizielles Geburtsdatum ist, besteht eine gewisse Unsicherheit darüber, ob dies sein genaues Geburtsdatum war oder nicht. Er hatte vier Geschwister und war das jüngste der fünf Kinder.

Sein Vater war Steuerfachangestellter. Während die Familie arm war, erkannten seine Eltern den Wert des Bildungsniveaus und Ganpat Rai Khorana sorgte dafür, dass seine Familie lesen und schreiben konnte. Nach einigen Berichten waren sie die einzige gebildete Familie in der Region. Khorana besuchte den D.A.V. Abitur und Immatrikulation an der Punjab University, wo er sowohl einen Bachelor-Abschluss (1943) als auch einen Master-Abschluss (1945) machte. Er zeichnete sich in beiden Fällen aus und schloss jeden Abschluss mit Auszeichnung ab.

Anschließend erhielt er ein Stipendium der indischen Regierung. Er nutzte das Stipendium, um seinen Doktortitel zu verdienen. im Jahr 1948 von der Universität von Liverpool in England. Nach seinem Abschluss arbeitete er als Postdoktorand in der Schweiz unter der Leitung von Vladimir Prelog. Prelog würde Khorana stark beeinflussen. Er absolvierte auch zusätzliche Post-Doktorarbeiten an der Universität Cambridge in England. Während seines Studiums in Cambridge studierte er sowohl Nukleinsäuren als auch Proteine.

Während seiner Zeit in der Schweiz lernte er Esther Elizabeth Sibler 1952 kennen und heiratete sie. Ihre Vereinigung brachte drei Kinder hervor, Julia Elizabeth, Emily Anne und Dave Roy.

Karriere und Forschung

1952 zog Khorana nach Vancouver, Kanada, wo er eine Stelle beim British Columbia Research Council annahm. Die Einrichtungen waren nicht expansiv, aber die Forscher hatten die Freiheit, ihre Interessen zu verfolgen. Während dieser Zeit arbeitete er an Forschungen, die sowohl Nukleinsäuren als auch Phosphatester betrafen.

1960 übernahm Khorana eine Stelle am Institut für Enzymforschung der University of Wisconsin, wo er Co-Direktor war. 1964 wurde er Conrad A. Elvehjem Professor für Biowissenschaften an der University of Wisconsin.

Khorana wurde 1966 amerikanischer Staatsbürger. 1970 wurde er Alfred P. Sloan-Professor für Biologie und Chemie am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, Massachusetts. 1974 wurde er Andrew D. White Professor an der Cornell University in Ithaca, New York.

Reihenfolge der Entdeckung von Nukleotiden

Die Freiheit, die in Kanada am British Columbia Research Council in den 1950er Jahren begann, war maßgeblich für Khoranas spätere Entdeckungen im Zusammenhang mit Nukleinsäuren. Zusammen mit anderen half er, die Rolle von Nukleotiden bei der Konstruktion von Proteinen zu erklären.

Der Grundbaustein der DNA ist das Nukleotid. Die Nukleotide in der DNA enthalten vier verschiedene stickstoffhaltige Basen: Thymin, Cytosin, Adenin und Guanin. Cytosin und Thymin sind Pyrimidine, während Adenin und Guanin Purine sind. RNA ist ähnlich, aber Uracil wird anstelle von Thymin verwendet. Die Wissenschaftler erkannten, dass DNA und RNA am Aufbau von Aminosäuren zu Proteinen beteiligt waren, aber die genauen Prozesse, nach denen dies alles funktionierte, waren noch nicht bekannt.

Nirenberg und Matthaei hatten eine synthetische RNA geschaffen, die immer die Aminosäure Phenylalanin zu einem verknüpften Aminosäurestrang hinzufügte. Wenn sie RNA mit drei Uracilen zusammen synthetisierten, waren die produzierten Aminosäuren immer nur Phenylalanin. Sie hatten das erste Triplett-Codon entdeckt.

Zu diesem Zeitpunkt war Khorana Experte für die Polynukleotidsynthese. Seine Arbeitsgruppe nutzte sein Fachwissen, um zu zeigen, welche Nukleotidkombinationen welche Aminosäuren bilden. Sie haben bewiesen, dass der genetische Code immer in einem Satz von drei Codons übertragen wird. Sie stellten auch fest, dass einige Codons der Zelle befehlen, ein Protein zu produzieren, während andere der Zelle befehlen, die Produktion eines Proteins zu stoppen.

Ihre Arbeit erklärte eine Reihe von Facetten der Funktionsweise des genetischen Codes. Zusätzlich zu dem Nachweis, dass drei Nukleotide eine Aminosäure spezifizierten, zeigten ihre Arbeiten, in welche Richtung mRNA gelesen wurde, dass sich die spezifischen Codons nicht überlappen und dass RNA der "Vermittler" zwischen der genetischen Information in der DNA und der Aminosäuresequenz in der spezifischen Sequenz war Proteine.

Auf dieser Grundlage erhielt Khorana zusammen mit Marshall Nirenberg und Robert Holley 1968 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

Entdeckung synthetischer Gene

In den 1970er Jahren beendete Khoranas Labor die künstliche Synthese eines Hefegens. Es war die erste künstliche Synthese eines vollständigen Gens. Viele begrüßten diese Synthese als ein wichtiges Kennzeichen auf dem Gebiet der Molekularbiologie. Diese künstliche Synthese ebnete den Weg für fortgeschrittenere Methoden, die folgen würden.

Tod und Vermächtnis

Khorana erhielt zu seinen Lebzeiten zahlreiche Auszeichnungen. Vorrangig war der bereits erwähnte Nobelpreis für Physiologie oder Medizin im Jahr 1968. Er erhielt außerdem die National Medal of Science, die Ellis Island Medal of Honor und den Preis der Lasker Foundation für medizinische Grundlagenforschung. Er wurde mit dem Merck Award und dem American Chemical Society Award für Arbeiten in der organischen Chemie ausgezeichnet.

Er erwarb eine Reihe von Ehrentiteln an Universitäten in Indien, England, Kanada sowie in den Vereinigten Staaten. Im Laufe seiner Karriere verfasste er über 500 Publikationen / Artikel in verschiedenen wissenschaftlichen Fachzeitschriften.

Har Gobind Khorana starb am 9. November 2011 in Concord, Massachusetts, an natürlichen Ursachen. Er war 89 Jahre alt. Seine Frau Esther und eine seiner Töchter, Emily Anne, gingen ihm im Tod voraus.

Quellen

• "Der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 1968." NobelPrize.org, www.nobelprize.org/prizes/medicine/1968/khorana/biographical/.
• Britannica, The Editors of Encyclopaedia. "Har Gobind Khorana". Encyclopaedia Britannica, Encyclopaedia Britannica, Inc., 12. Dezember 2017, www.britannica.com/biography/Har-Gobind-Khorana.