1. Jelaskan urutan transmisi informasi genetik: gen - protein - sifat.

2. Ingat struktur protein mana yang menentukan struktur dan sifat-sifatnya. Bagaimana struktur ini dikodekan dalam molekul DNA?

3. Apa kode genetiknya?

4. Mendeskripsikan sifat-sifat kode genetik.

7. Reaksi sintesis matriks. Transkripsi

Informasi tentang protein dicatat sebagai urutan nukleotida dalam DNA dan terletak di dalam nukleus. Sebenarnya sintesis protein terjadi di sitoplasma pada ribosom. Oleh karena itu, sintesis protein memerlukan struktur yang akan membawa informasi dari DNA ke tempat sintesis protein. Perantara tersebut adalah informasi, atau matriks, RNA, yang mentransmisikan informasi dari gen spesifik molekul DNA ke tempat sintesis protein pada ribosom.

Selain pembawa informasi, diperlukan zat yang akan memastikan pengiriman asam amino ke tempat sintesis dan penentuan tempatnya dalam rantai polipeptida. Zat tersebut adalah RNA transfer, yang menyediakan pengkodean dan pengiriman asam amino ke tempat sintesis. Sintesis protein berlangsung di ribosom, yang tubuhnya dibangun dari RNA ribosom. Ini berarti bahwa jenis RNA lain diperlukan - ribosom.

Informasi genetik diwujudkan dalam tiga jenis reaksi: sintesis RNA, sintesis protein, replikasi DNA. Di masing-masing dari mereka, informasi yang terkandung dalam urutan linier nukleotida digunakan untuk membuat urutan linier lain: baik nukleotida (dalam molekul RNA atau DNA) atau asam amino (dalam molekul protein). Telah dibuktikan secara eksperimental bahwa DNA-lah yang berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis semua asam nukleat. Reaksi biosintesis ini disebut sintesis matriks. Kesederhanaan yang cukup dari reaksi matriks dan satu dimensinya memungkinkan untuk mempelajari dan memahami mekanismenya secara rinci, berbeda dengan proses lain yang terjadi di dalam sel.

Transkripsi

Proses biosintesis RNA dari DNA disebut transkripsi. Proses ini terjadi di dalam nukleus. Pada matriks DNA, semua jenis RNA disintesis - informasional, transportasi dan ribosom, yang kemudian berpartisipasi dalam sintesis protein. Kode genetik pada DNA ditranskripsi menjadi RNA messenger selama transkripsi. Reaksi didasarkan pada prinsip saling melengkapi.

Sintesis RNA memiliki sejumlah fitur. Molekul RNA jauh lebih pendek dan merupakan salinan hanya sebagian kecil dari DNA. Oleh karena itu, hanya bagian tertentu dari DNA, di mana informasi tentang asam nukleat tertentu berada, berfungsi sebagai matriks. RNA yang baru disintesis tidak pernah tetap terikat pada cetakan DNA asli, tetapi dilepaskan setelah akhir reaksi. Proses transkripsi berlangsung dalam tiga tahap.

Tahap pertama - inisiasi- awal proses. Sintesis salinan RNA dimulai dengan area spesifik pada DNA, yang disebut promotor. Zona ini berisi satu set nukleotida spesifik yang mulai sinyal. Prosesnya dikatalisis oleh enzim RNA polimerase. Enzim RNA polimerase mengikat promotor, melepaskan heliks ganda, dan memutus ikatan hidrogen antara dua untai DNA. Tetapi hanya satu dari mereka yang berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis RNA.

Fase kedua - pemanjangan. Pada tahap ini terjadi proses utama. Pada satu untai DNA, seperti pada matriks, nukleotida berbaris menurut prinsip saling melengkapi (Gbr. 19). Enzim RNA polimerase, bergerak selangkah demi selangkah di sepanjang rantai DNA, menghubungkan nukleotida satu sama lain, sambil terus-menerus melepaskan heliks ganda DNA lebih jauh. Sebagai hasil dari gerakan ini, salinan RNA disintesis.

Tahap ketiga - penghentian. Ini adalah tahap terakhir. Sintesis RNA berlanjut sampai sinyal berhenti- urutan nukleotida tertentu yang menghentikan pergerakan enzim dan sintesis RNA. Polimerase dipisahkan dari DNA dan salinan RNA yang disintesis. Secara bersamaan, molekul RNA juga dikeluarkan dari matriks. DNA membangun kembali heliks ganda. Sintesis selesai. Tergantung pada daerah DNA, RNA ribosom, transport, dan messenger disintesis dengan cara ini.

Template untuk transkripsi molekul RNA hanya salah satu dari untai DNA. Namun, untaian DNA yang berbeda dapat berfungsi sebagai cetakan untuk dua gen tetangga. Manakah dari dua untai yang akan digunakan untuk sintesis ditentukan oleh promotor, yang mengarahkan enzim RNA polimerase ke satu arah atau lainnya.

Setelah transkripsi, molekul messenger RNA sel eukariotik mengalami penataan ulang. Urutan nukleotida yang tidak membawa informasi tentang protein ini dipotong di dalamnya. Proses ini disebut penyambungan. Tergantung pada jenis sel dan tahap perkembangannya, bagian yang berbeda dari molekul RNA dapat dihilangkan. Akibatnya, RNA yang berbeda disintesis dalam satu bagian DNA, yang membawa informasi tentang protein yang berbeda. Ini memastikan transfer informasi genetik yang signifikan dari satu gen, dan juga memfasilitasi rekombinasi genetik.

Beras. 19. Sintesis RNA pembawa pesan. 1 - rantai DNA; 2 - RNA yang disintesis

Pertanyaan dan tugas untuk pengendalian diri

1. Reaksi apa yang berhubungan dengan reaksi sintesis matriks?

2. Apa matriks awal untuk semua reaksi sintesis matriks?

3. Apa nama proses biosintesis mRNA?

4. Jenis RNA apa yang disintesis pada DNA?

5. Atur urutan fragmen mRNA jika fragmen DNA yang sesuai memiliki urutan: AAGCTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Biosintesis protein

Protein merupakan komponen esensial dari semua sel, sehingga proses terpenting dari metabolisme plastis adalah biosintesis protein. Itu terjadi di semua sel organisme. Ini adalah satu-satunya komponen sel (selain asam nukleat), yang sintesisnya dilakukan di bawah kendali langsung bahan genetik sel. Seluruh peralatan genetik sel - DNA dan berbagai jenis RNA - disetel untuk sintesis protein.

gen- Ini adalah bagian dari molekul DNA yang bertanggung jawab untuk sintesis satu molekul protein. Untuk sintesis protein, gen tertentu dengan DNA perlu disalin dalam bentuk molekul RNA pembawa pesan. Proses ini telah dibahas sebelumnya. Sintesis protein adalah proses multi-tahap yang kompleks dan tergantung pada aktivitas berbagai jenis RNA. Komponen berikut diperlukan untuk biosintesis protein langsung:

1. Messenger RNA - pembawa informasi dari DNA ke tempat sintesis. Molekul mRNA disintesis selama transkripsi.

2. Ribosom - organel tempat terjadinya sintesis protein.

3. Satu set asam amino esensial dalam sitoplasma.

4. Mentransfer RNA yang mengkode asam amino dan membawanya ke tempat sintesis di ribosom.

5. ATP - zat yang menyediakan energi untuk proses pengkodean asam amino dan sintesis rantai polipeptida.

Transfer struktur RNA dan pengkodean asam amino

Transfer RNA (tRNA) adalah molekul kecil dengan 70 hingga 90 nukleotida.tRNA menyumbang sekitar 15% dari semua RNA sel. Fungsi tRNA tergantung pada strukturnya. Studi tentang struktur molekul tRNA menunjukkan bahwa mereka terlipat dengan cara tertentu dan terlihat seperti daun semanggi(Gbr. 20). Loop dan bagian ganda dibedakan dalam molekul, terhubung karena interaksi basa komplementer. Yang paling penting adalah loop pusat, yang berisi antikodon - triplet nukleotida yang sesuai dengan kode asam amino tertentu. Dengan antikodonnya, tRNA dapat bergabung dengan kodon yang sesuai pada mRNA sesuai dengan prinsip saling melengkapi.

Beras. 20. Struktur molekul tRNA: 1 - antikodon; 2 - tempat perlekatan asam amino

Setiap tRNA hanya dapat membawa satu dari 20 asam amino. Ini berarti bahwa setidaknya ada satu tRNA untuk setiap asam amino. Karena asam amino dapat memiliki beberapa triplet, jumlah spesies tRNA sama dengan jumlah triplet asam amino. Jadi, jumlah total spesies tRNA sesuai dengan jumlah kodon dan sama dengan 61. Tidak ada tRNA yang sesuai dengan tiga kode stop.

Di salah satu ujung molekul tRNA selalu ada nukleotida guanin (5'-end), dan di ujung lainnya (3'-end) selalu ada tiga nukleotida CCA. Untuk tujuan inilah asam amino dilampirkan (Gbr. 21). Setiap asam amino menempel pada tRNA spesifiknya dengan antikodon yang sesuai. Mekanisme perlekatan ini dikaitkan dengan kerja enzim spesifik - sintetase aminoasil-tRNA, yang menempelkan setiap asam amino ke tRNA yang sesuai. Setiap asam amino memiliki sintetase sendiri. Koneksi asam amino dengan tRNA dilakukan karena energi ATP, sedangkan ikatan makroergik menjadi ikatan antara tRNA dan asam amino. Ini adalah bagaimana asam amino diaktifkan dan dikodekan.

Tahapan biosintesis protein. Proses sintesis rantai polipeptida yang dilakukan pada ribosom disebut siaran. Messenger RNA (mRNA) adalah perantara dalam transfer informasi tentang struktur utama protein, tRNA mentransfer asam amino yang dikodekan ke tempat sintesis dan memastikan urutan senyawanya. Ribosom merakit rantai polipeptida.

Transmisi dan implementasi informasi herediter didasarkan pada reaksi sintesis matriks. Hanya ada tiga di antaranya: replikasi DNA, transkripsi dan translasi. Semua reaksi ini terkait dengan reaksi pertukaran plastik dan membutuhkan pengeluaran energi dan partisipasi enzim.

Replikasi.

replikasi- penggandaan diri molekul DNA - mendasari transmisi informasi turun-temurun dari generasi ke generasi. Sebagai hasil dari replikasi satu molekul DNA induk, dua anak perempuan terbentuk, yang masing-masing merupakan heliks ganda, di mana satu untai DNA adalah induknya, dan yang lainnya baru disintesis. Replikasi membutuhkan berbagai enzim, nukleotida, dan energi.

Dengan bantuan enzim khusus, ikatan hidrogen yang menghubungkan basa komplementer dari dua untai DNA ibu terputus. Untaian DNA menyimpang. Molekul enzim DNA polimerase bergerak sepanjang untai DNA induk dan secara berurutan menghubungkan nukleotida untuk membentuk untai DNA anak. Proses penambahan nukleotida mengikuti prinsip saling melengkapi. Akibatnya, dua molekul DNA terbentuk identik dengan induknya dan satu sama lain.

biosintesis protein.

Biosintesis protein, mis. Proses realisasi informasi turun-temurun berlangsung dalam dua tahap. Pada tahap pertama, informasi tentang struktur primer protein disalin dari DNA ke mRNA. Proses ini disebut transkripsi. Tahap kedua - terjemahan - terjadi pada ribosom. Selama translasi, protein disintesis dari asam amino sesuai dengan urutan yang tercatat dalam mRNA, yaitu. urutan nukleotida diterjemahkan ke dalam urutan asam amino. Dengan demikian, proses realisasi informasi turun-temurun dapat dinyatakan dengan skema:

DNA → mRNA → protein → properti, sifat

Transkripsi– Sintesis RNA pembawa pesan pada cetakan DNA. Proses ini terjadi di mana ada DNA. Pada eukariota, transkripsi terjadi di nukleus, mitokondria, dan kloroplas (pada tumbuhan), sedangkan pada prokariota, langsung di sitoplasma. Selama transkripsi, molekul DNA adalah cetakan, dan mRNA adalah produk dari reaksi.

Transkripsi dimulai dengan pemisahan untai DNA, yang terjadi dengan cara yang sama seperti selama replikasi (ikatan hidrogen terputus dengan bantuan enzim). Kemudian enzim RNA polimerase secara berurutan menggabungkan nukleotida menjadi rantai sesuai dengan prinsip saling melengkapi, mensintesis molekul mRNA. Molekul mRNA yang dihasilkan dipisahkan dan dikirim ke sitoplasma "untuk mencari" ribosom.

Sintesis protein pada ribosom disebut siaran. Translasi pada eukariota terjadi pada ribosom yang terletak di sitoplasma, pada permukaan EPS, di mitokondria dan di kloroplas (pada tumbuhan), dan pada prokariota pada ribosom di sitoplasma. Translasi melibatkan mRNA, tRNA, ribosom, asam amino, molekul ATP, dan enzim.

· Asam amino berfungsi sebagai bahan untuk sintesis molekul protein.

· ATP merupakan sumber energi untuk menghubungkan asam amino satu sama lain.

· Enzim berpartisipasi dalam perlekatan asam amino ke tRNA dan dalam hubungan asam amino satu sama lain.

· Ribosom Mereka terdiri dari rRNA dan molekul protein yang membentuk pusat aktif di mana peristiwa utama translasi berlangsung.

· Messenger RNA dalam hal ini, itu adalah template untuk sintesis molekul protein. triplet mRNA, yang masing-masing mengkode asam amino, disebut kodon.

· RNA transfer membawa asam amino ke ribosom dan berpartisipasi dalam translasi urutan nukleotida ke dalam urutan asam amino. RNA transfer, seperti jenis RNA lainnya, disintesis pada cetakan DNA. Mereka terlihat seperti daun semanggi (Gbr. 28.3). Tiga nukleotida yang terletak di bagian atas loop pusat dari bentuk molekul tRNA antikodon.

Kemajuan terjemahan.

Translasi dimulai dengan pengikatan mRNA ke ribosom. Ribosom bergerak di sepanjang mRNA, setiap kali bergerak satu triplet. Dua kembar tiga (kodon) mRNA dapat secara bersamaan berada di pusat aktif ribosom. Masing-masing kodon ini dicocokkan oleh tRNA yang memiliki antikodon komplementer dan membawa asam amino tertentu. Ikatan hidrogen terbentuk antara kodon dan antikodon, menahan tRNA di situs aktif. Pada saat ini, ikatan peptida terbentuk antara asam amino. Rantai polipeptida yang tumbuh "ditangguhkan" pada tRNA, yang memasuki pusat aktif yang terakhir. Ribosom memajukan satu triplet, menghasilkan kodon baru dan tRNA yang sesuai di situs aktif. TRNA yang dilepaskan dipisahkan dari mRNA dan dikirim untuk asam amino baru.

Olimpiade Biologi. panggung sekolah. tahun ajaran 2016-2017.

kelas 10-11

1. Korelasi sel dan jaringan yang salah adalah

A) rambut akar - jaringan yg menutupi

B) sel parenkim polisade - jaringan utama

C) sel yang tertinggal - jaringan yang menutupi

D) sel pendamping - jaringan ekskresi

2. Untuk acara yang akan berlangsung selama tiga hari, diperlukan buah pir yang sudah matang. Namun, buah pir yang dibeli untuk tujuan ini belum matang. Proses pematangan dapat dipercepat dengan meletakkannya

A) di tempat gelap

B) di dalam lemari es

B) di ambang jendela

D) dalam kantong kertas tebal bersama dengan apel matang

3. Lumut berhasil bertahan hidup di darat karena

A) mereka adalah tanaman pertama yang mengembangkan stomata

B) mereka tidak memerlukan lingkungan yang lembab untuk siklus reproduksi

C) mereka tumbuh rendah di atas tanah di daerah yang relatif lembab

D) sporofit menjadi independen dari gametofit

4 Pipi Mamalia Terbentuk Seperti

A) alat untuk mengumpulkan makanan dalam jumlah besar

B) hasil fitur struktural tengkorak, dan khususnya, rahang

B) alat penghisap

D. alat bantu pernapasan

5. Jantung buaya dalam strukturnya

A) tiga kamar dengan septum yang tidak lengkap di ventrikel

B) tiga kamar

B) empat kamar

D) empat kamar dengan lubang di septum antara ventrikel

6. Fibrinogen, yang merupakan protein, terlibat dalam pembekuan darah

A.plasma darah

B. sitoplasma leukosit

B) bagian dari trombosit

D) terbentuk selama penghancuran sel darah merah

7. Faktor abiotik termasuk unit ekologi seperti:

A) biocenosis

B) ekosistem

B) populasi

8. Pembelahan reduksi (meiosis) terjadi selama pembentukan

A.spora bakteri

B) zoospora ulotrix

B) spora marchantia

D. zoospora phytophthora

9. Dari biopolimer yang terdaftar, struktur bercabang memiliki:

D. polisakarida

10. Fenilketonuria adalah penyakit genetik yang disebabkan oleh mutasi resesif. Probabilitas memiliki anak yang sakit, jika kedua orang tua heterozigot untuk sifat ini, adalah

11. Kesamaan struktur organ penglihatan pada cephalopoda dan vertebrata dijelaskan

A. konvergensi

B) paralelisme

B) adaptasi

D) kebetulan

12. Larva ascidian yang berenang bebas memiliki tali dan tabung saraf. Pada ascidia dewasa yang menjalani gaya hidup tidak aktif, mereka menghilang. Ini contohnya

A) adaptasi

B) degenerasi

B) cenogenesis

13. Elemen pembawa air dari pinus adalah

A) pembuluh melingkar dan spiral

B) hanya pembuluh melingkar

B) trakeid

D) pembuluh spiral dan berpori

14. Kesuburan khas untuk

B) nanas

B) pisang

15. Dalam kloroplas sel tumbuhan, kompleks pemanen cahaya berada

A) pada membran luar

B) pada membran dalam

B) pada membran tilakoid

D) di stroma

Bagian 2.

Pertandingan (6 poin).

2.1. Tetapkan korespondensi antara tanda tikus abu-abu dan kriteria spesies yang menjadi ciri khasnya.

2.2. Menetapkan kesesuaian antara karakteristik pengaturan fungsi dan metodenya.

Atur urutan yang benar (6 poin).

2.3. Tetapkan urutan tahapan spesiasi geografis yang benar.

1) munculnya isolasi teritorial antara populasi spesies yang sama

2) perluasan atau pembagian kisaran spesies

3) munculnya mutasi pada populasi yang terisolasi

4) pelestarian melalui seleksi alam individu dengan sifat-sifat yang berguna dalam kondisi lingkungan tertentu

5) hilangnya kemampuan individu dari populasi yang berbeda untuk kawin silang

2.4. Tetapkan urutan di mana proses ini terjadi selama pembelahan sel mitosis.

1) kromosom terletak di sepanjang ekuator sel

2) kromatid menyimpang ke arah kutub sel

3) dua sel anak terbentuk

4) kromosom berbentuk spiral, masing-masing terdiri dari dua kromatid

5) kromosom didespiralisasi

2.5. Anda ditawari tugas tes dalam bentuk penilaian, yang masing-masing harus Anda setujui atau tolak. Dalam matriks jawaban, tunjukkan pilihan jawaban “ya” atau “tidak”: (10 poin).

1. Bunga nightshade dikumpulkan dalam perbungaan payung.

2. Cacing silia tidak memiliki anus.

3. Peroksisom adalah organel wajib sel eukariotik.

4. Ikatan peptida tidak bersifat makroergik.

5. Pada sel hati, penambahan glukagon menyebabkan pemecahan glikogen.

6. Faktor abiotik tidak mempengaruhi hubungan kompetitif dua spesies terkait.

7. Fungsi pertukaran gas pada daun dimungkinkan karena lentisel dan hidatoda.

8. Bagian perut ruminansia, yang sesuai dengan perut mamalia satu bilik, adalah bekas luka.

9. Panjang rantai makanan dibatasi oleh hilangnya energi.

10. Semakin kecil diameter pembuluh darah dalam tubuh, semakin besar kecepatan linier aliran darah di dalamnya.

Bagian 3

3.1. Temukan tiga kesalahan dalam teks yang diberikan. Tunjukkan jumlah proposal di mana mereka dibuat, perbaiki (6 poin).

1. Reaksi sintesis matriks meliputi pembentukan pati, sintesis mRNA, perakitan protein di ribosom. 2. Sintesis matriks menyerupai pengecoran koin pada matriks: molekul baru disintesis sesuai dengan "rencana" yang ditetapkan dalam struktur molekul yang ada. 3. Peran matriks dalam sel dimainkan oleh molekul klorofil, asam nukleat (DNA dan RNA). 4. Monomer difiksasi pada matriks, kemudian digabungkan menjadi rantai polimer. 5. Polimer jadi keluar dari matriks. 6. Matriks lama segera dihancurkan, setelah itu yang baru terbentuk.

Seseorang memiliki empat fenotipe menurut golongan darah: I (0), II (A), III (B), IV (AB). Gen yang menentukan golongan darah memiliki tiga alel: IA, IB, i0; selain itu, alel i0 bersifat resesif terhadap alel IA dan IB. Orang tua memiliki golongan darah II (heterozigot) dan III (homozigot). Tentukan genotipe golongan darah orang tua. Tentukan kemungkinan genotipe dan fenotipe (jumlah) dari golongan darah anak-anak. Buatlah skema untuk memecahkan masalah. Tentukan probabilitas pewarisan pada anak-anak dari golongan darah II.

Jawaban kelas 10-11

Bagian 1. Pilih satu jawaban yang benar. (15 poin)

2.2. maksimum - 3 poin, satu kesalahan - 2 poin, dua kesalahan - 1b, tiga kesalahan atau lebih - 0 poin

2.4. maksimum - 3 poin, satu kesalahan - 2 poin, dua kesalahan - 1b, tiga kesalahan atau lebih - 0 poin

Bagian 3

3.1. Temukan tiga kesalahan dalam teks yang diberikan. Tunjukkan jumlah kalimat di mana mereka dibuat, perbaiki (3b untuk deteksi yang benar dari kalimat dengan kesalahan dan 3b untuk mengoreksi kesalahan).

1. - reaksi sintesis matriks TIDAK termasuk pembentukan pati, matriks tidak diperlukan untuk itu;

3. - molekul klorofil tidak mampu bertindak sebagai matriks, mereka tidak memiliki sifat saling melengkapi;

6. - matriks digunakan berulang kali.

3.2. Memecahkan masalah (3 poin).

Skema untuk memecahkan masalah meliputi:

1) orang tua memiliki golongan darah: kelompok II - IAi0 (gamet IA, i0), kelompok III - IB IB (gamet IB);

2) kemungkinan fenotipe dan genotipe golongan darah anak: golongan IV (IAIB) dan golongan III (IBi0);

3) probabilitas pewarisan golongan darah II adalah 0%.

Formulir jawaban

Panggung sekolah Olimpiade Semua-Rusia dalam Biologi

Kode peserta _____________

Bagian 1. Pilih satu jawaban yang benar. (15 poin)

Bagian 2.

Bagian 3

3.1._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.2. Solusi dari masalah

Pada tahun 1869, ahli biokimia Swiss Johann Friedrich Miescher pertama kali menemukan, diisolasi dari inti sel dan mendeskripsikan DNA. Tetapi hanya pada tahun 1944 O. Avery, S. McLeod dan M. McCarthy membuktikan peran genetik DNA, yaitu, dengan andal ditetapkan bahwa transmisi informasi herediter dikaitkan dengan asam deoksiribonukleat. Penemuan ini merupakan faktor kuat yang merangsang studi hereditas pada tingkat molekuler. Sejak itu, perkembangan pesat biologi molekuler dan genetika telah dimulai.

Asam nukleat (dari lat. inti - inti) adalah senyawa organik molekul tinggi alami yang menyediakan penyimpanan dan transmisi informasi herediter (genetik) dalam organisme hidup. Mereka termasuk: karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), fosfor (P). Asam nukleat adalah biopolimer tidak beraturan yang terdiri dari monomer - nukleotida. Setiap nukleotida mengandung:

· basa nitrogen,

· karbon sederhana - pentosa gula 5-karbon (ribosa atau deoksiribosa),

· residu asam fosfat.

Ada dua jenis asam nukleat: asam deoksiribonukleat - DNA yang mengandung deoksiribosa, dan asam ribonukleat - RNA yang mengandung ribosa.

Pertimbangkan setiap jenis asam nukleat.

DNA ditemukan hampir secara eksklusif di inti sel, kadang-kadang di organel: mitokondria, plastida. DNA merupakan senyawa polimer dengan kandungan konstan (stabil) di dalam sel.

Struktur DNA.Dalam strukturnya, molekul DNA terdiri dari dua rantai polimer yang saling berhubungan dan dipilin dalam bentuk heliks ganda (Gbr. 1).

Sebuah model struktur DNA diciptakan pada tahun 1953 oleh D. Watson dan F. Crick, yang keduanya dianugerahi Hadiah Nobel. Lebar heliks ganda hanya sekitar 0,002 mikron (20 angstrom), tetapi panjangnya sangat besar - hingga beberapa puluh dan bahkan ratusan mikrometer (sebagai perbandingan: panjang molekul protein terbesar dalam bentuknya yang tidak dilipat tidak tidak melebihi 0,1 mikron).

Nukleotida terletak pada jarak satu sama lain - 0,34 nm, dan ada 10 nukleotida per putaran heliks. Berat molekul DNA besar: puluhan, dan bahkan ratusan juta. Misalnya, berat molekul (M r) kromosom terbesar Drosophila adalah 7,9 10 10 .

Unit struktural dasar dari satu rantai adalah nukleotida yang terdiri dari basa nitrogen, deoksiribosa, dan gugus fosfat. DNA mengandung 4 jenis basa nitrogen:

· purin - adenin (A) dan guanin (G),

· pirimidin - sitosin (C) dan timin (T).

Jumlah basa purin sama dengan jumlah basa pirimidin.

Nukleotida DNA juga akan terdiri dari 4 jenis, masing-masing: adenil (A), guanil (G), sitidil (C) dan timidil (T). Semua nukleotida DNA terhubung menjadi rantai polinukleotida karena residu asam fosfat yang terletak di antara deoksiribosa. Mungkin ada hingga 300.000 atau lebih nukleotida dalam rantai polinukleotida.

Dengan demikian, setiap untai DNA adalah polinukleotida di mana nukleotida diatur dalam urutan yang ditentukan secara ketat. Basa nitrogen mendekati satu sama lain begitu dekat sehingga ikatan hidrogen terbentuk di antara mereka. Pola penting dimanifestasikan dengan jelas dalam susunannya: adenin (A) dari satu rantai dihubungkan ke timin (T) dari rantai lainnya oleh dua ikatan hidrogen, dan guanin (G) dari satu rantai dihubungkan oleh tiga ikatan hidrogen ke sitosin (C) rantai lain, menghasilkan pembentukan pasangan A-T dan G-C. Kemampuan untuk menghubungkan nukleotida secara selektif ini disebut komplementaritas, yaitu korespondensi spasial dan kimia antara pasangan nukleotida (lihat Gambar 2).

Urutan menghubungkan nukleotida dari satu rantai berlawanan (komplementer) dengan yang lain, yaitu, rantai yang membentuk satu molekul DNA multi arah, atau antiparalel. Rantai berputar satu sama lain dan membentuk heliks ganda. Sejumlah besar ikatan hidrogen menyediakan koneksi yang kuat dari untaian DNA dan memberikan stabilitas molekul, sambil mempertahankan mobilitasnya - di bawah pengaruh enzim, ia dengan mudah terlepas (despiralisasi).

Replikasi DNA (reduplikasi DNA) - proses reproduksi diri (penggandaan diri) makromolekul asam nukleat, yang memastikan penyalinan informasi genetik yang tepat dan transmisinya dari generasi ke generasi.

Replikasi DNA terjadi selama interfase sebelum pembelahan sel. Molekul DNA induk (jumlah rantai DNA dalam sel adalah 2n) terlepas dari satu ujung di bawah aksi enzim, dan kemudian rantai polinukleotida anak diselesaikan dari nukleotida bebas sesuai dengan prinsip saling melengkapi pada kedua rantai. Sebagai hasil dari reaksi matriks, dua molekul DNA anak dari komposisi nukleotida yang sama muncul, di mana salah satu rantai adalah induk lama, dan yang lainnya adalah rantai baru yang baru disintesis (jumlah DNA dalam sel menjadi 4n). = 2X2n).

Fungsi DNA.

1. Penyimpanan informasi herediter tentang struktur protein atau organel individunya. Unit informasi genetik terkecil setelah nukleotida adalah tiga nukleotida berurutan - triplet. Urutan kembar tiga dalam rantai polinukleotida menentukan urutan asam amino dari satu molekul protein (struktur utama protein) dan mewakili gen. Bersama dengan protein, DNA adalah bagian dari kromatin, zat yang membentuk kromosom inti sel.

2. Transfer informasi herediter sebagai hasil replikasi selama pembelahan sel dari sel induk ke anak perempuan.

3. Implementasi informasi herediter (disimpan dalam bentuk gen) sebagai hasil reaksi matriks biosintesis melalui produksi protein khusus untuk sel dan organisme. Pada saat yang sama, molekul RNA pembawa pesan disintesis pada salah satu rantainya sesuai dengan prinsip saling melengkapi dari nukleotida lingkungan sekitar molekul.

RNA adalah senyawa dengan kandungan fluktuatif (labil) di dalam sel.

Struktur RNA.Dari segi strukturnya, molekul RNA lebih kecil dari molekul DNA dengan berat molekul 20-30 ribu (tRNA) hingga 1 juta (rRNA), RNA adalah molekul beruntai tunggal yang dibangun dengan cara yang sama seperti salah satu rantai DNA . Monomer RNA - nukleotida terdiri dari basa nitrogen, ribosa (pentosa) dan gugus fosfat. RNA mengandung 4 basa nitrogen:

· purin - adenin (A);

· pirimidin - guanin (G), sitosin (C), urasil (U).

Dalam RNA, timin digantikan oleh urasil, yang strukturnya dekat dengannya (nukleotida - uridil. Nukleotida terhubung dalam rantai polinukleotida dengan cara yang sama seperti pada DNA, karena residu asam fosfat yang terletak di antara ribosa.

Lokasi di sel Di antara RNA, ada: nuklir, sitoplasma, mitokondria, plastid.

Menurut fungsi Di antara RNA, ada: transportasi, informasi dan ribosom.

Transfer RNA (tRNA) - untai tunggal, tetapi memiliki struktur "daun semanggi" tiga dimensi yang dibuat oleh ikatan hidrogen intramolekul (Gbr. 3). molekul tRNA adalah yang terpendek. Terdiri dari 80-100 nukleotida. Mereka menyumbang sekitar 10% dari total konten RNA dalam sel. Mereka mentransfer asam amino yang diaktifkan (setiap tRNA memiliki asam amino sendiri, 61 tRNA diketahui secara total) ke ribosom selama biosintesis protein di dalam sel.

RNA informasi (matriks) (mRNA, mRNA) - molekul beruntai tunggal yang terbentuk sebagai hasil transkripsi pada molekul DNA (salinan gen) dalam nukleus dan membawa informasi tentang struktur utama satu molekul protein ke tempat sintesis protein di ribosom. Sebuah molekul mRNA dapat terdiri dari 300-3000 nukleotida. Bagian mRNA menyumbang 0,5-1% dari total konten RNA dalam sel.

RNA ribosom (rRNA) - molekul untai tunggal terbesar yang membentuk kompleks kompleks dengan protein yang mendukung struktur ribosom tempat berlangsungnya sintesis protein.

rRNA menyumbang sekitar 90% dari total konten RNA dalam sel.

Semua informasi genetik suatu organisme (struktur proteinnya) terkandung dalam DNA-nya, yang terdiri dari nukleotida yang digabungkan menjadi gen. Ingatlah bahwa gen adalah unit informasi herediter (bagian dari molekul DNA) yang berisi informasi tentang struktur satu protein - enzim. Gen yang menentukan sifat organisme disebut struktural. Dan gen yang mengatur ekspresi gen struktural disebut peraturan. Manifestasi (ekspresi) gen (realisasi informasi herediter) terjadi sebagai berikut:

Untuk implementasi ekspresi gen, ada kode genetik - hubungan yang diatur secara ketat antara basa nukleotida dan asam amino (Tabel 12).

Tabel 12 Kode genetik

Sifat dasar kode genetik.

Tripletitas- pengkodean asam amino dilakukan oleh triplet (kembar tiga) basa nukleotida. Jumlah triplet pengkode adalah 64 (4 jenis nukleotida: A, T, C, G, 4 3 = 64).

KetidakjelasanSetiap triplet hanya mengkodekan satu asam amino.

kemerosotan- jumlah triplet pengkode melebihi jumlah asam amino (64 > 20). Ada asam amino yang dikodekan oleh lebih dari satu triplet (asam amino seperti itu lebih umum dalam protein). Ada tiga kembar tiga yang tidak mengkode asam amino apa pun (UAA, UAG, UGA). Mereka disebut "kodon omong kosong" dan memainkan peran "sinyal berhenti", yang berarti akhir dari perekaman gen (jumlah total kodon pengkodean adalah 61).

Tidak tumpang tindih (kontinuitas) - Membaca triplet dari DNA selama sintesis mRNA berlangsung ketat sepanjang tiga nukleotida berurutan, tanpa tumpang tindih kodon tetangga. Tidak ada "tanda baca" di dalam gen.

keserbagunaan - kode kembar tiga yang sama untuk asam amino yang sama di semua organisme yang hidup di Bumi.

Singkatan umum untuk nama asam amino:

FEN - fenilalanin; GIS - histidin;

LEI - leusin; GLN - glutamin;

ILE - isoleusin; GLU - asam glutamat;

MET - metionin; LYS - lisin;

VAL - valin; ASN - asparagin;

SER - seri; ASP - asam aspartat;

PRO - prolin; CIS - sistein;

TPE - treonin; TIGA - triptofan;

ALA - alanin; ARG - arginin;

TIR - tirosin; GLI - glisin.

Dengan demikian, pembawa DNA dari semua informasi genetik dalam sel tidak secara langsung berpartisipasi dalam sintesis protein (yaitu, implementasi informasi herediter ini). Pada sel hewan dan tumbuhan, molekul DNA dipisahkan oleh membran inti dari sitoplasma.plasma, tempat berlangsungnya sintesis protein. Perantara dikirim dari nukleus ke ribosom - tempat perakitan protein - yang membawa informasi yang disalin dan mampu melewati pori-pori membran nuklir. Messenger RNA, yang terlibat dalam reaksi matriks, adalah perantara seperti itu.

Reaksi matriks - ini adalah reaksi untuk sintesis senyawa baru berdasarkan makromolekul "lama" yang bertindak sebagai matriks, yaitu bentuk, model untuk menyalin molekul baru. Reaksi matriks untuk realisasi informasi herediter, di mana DNA dan RNA mengambil bagian, adalah:

1. replikasi DNA- penggandaan molekul DNA, yang dengannya transfer informasi genetik dilakukan dari generasi ke generasi. Matriksnya adalah DNA ibu, dan yang baru terbentuk menurut matriks ini adalah anak perempuan, 2 molekul DNA yang baru disintesis (Gbr. 4).

2. Transkripsi(lat. transkripsi - penulisan ulang) adalah sintesis molekul RNA sesuai dengan prinsip saling melengkapi pada templat salah satu rantai DNA. Terjadi di nukleus di bawah aksi enzim yang bergantung pada DNA - RNA polimerase. Messenger RNA adalah satumolekul tidak beruntai, dan pengkodean gen berasal dari satu untai molekul DNA beruntai ganda. Jika nukleotida G ada dalam untai DNA yang ditranskripsi, maka DNA polimerase termasuk C dalam mRNA; jika T, maka termasuk A dalam mRNA; jika T, itu termasuk Y (timin T tidak termasuk dalam RNA; Gambar 5). Bahasa triplet DNA diterjemahkan ke dalam bahasa kodon mRNA (kembar tiga dalam mRNA disebut kodon).

Sebagai hasil dari transkripsi gen yang berbeda, semua jenis RNA disintesis. Kemudian, mRNA, tRNA, rRNA melalui pori-pori di selubung inti memasuki sitoplasma sel untuk menjalankan fungsinya.

3. Siaran(lat. translatio - transmisi, terjemahan) adalah sintesis rantai polipeptida protein pada matriks mRNA matang, yang dilakukan oleh ribosom. Ada beberapa tahapan dalam proses ini:

Tahap pertama adalah inisiasi (awal sintesis - rantai). Di sitoplasma, ribosom memasuki salah satu ujung mRNA (tepatnya tempat sintesis molekul dalam nukleus dimulai) dan memulai sintesis polipeptida. Molekul tRNA yang mengangkut asam amino metionin (tRNA meth) terhubung ke ribosom dan menempel pada awal rantai mRNA (selalu dengan kode AUG). Di sebelah tRNA pertama (yang tidak ada hubungannya dengan protein sintesis), tRNA kedua dengan asam amino terpasang. Jika antikodonnya adalah tRNA, maka ikatan peptida muncul antara asam amino, yang dibentuk oleh enzim tertentu. Setelah itu, tRNA meninggalkan ribosom (pergi ke sitoplasma untuk asam amino baru), dan mRNA memindahkan satu kodon.

Tahap kedua adalah elongasi (pemanjangan rantai). Ribosom bergerak di sepanjang molekul mRNA tidak mulus, tapi sebentar-sebentar, triplet demi triplet. TRNA ketiga dengan asam amino berikatan dengan antikodonnya ke kodon mRNA. Ketika komplementaritas ikatan terbentuk, ribosom mengambil langkah satu "kodon", dan enzim spesifik "mengikat silang" asam amino kedua dan ketiga dengan ikatan peptida - rantai peptida terbentuk. Asam amino dalam rantai polipeptida yang sedang tumbuh terhubung dalam urutan di mana kodon mRNA yang mengkodenya berada (Gbr. 6).

Tahap ketiga adalah penghentian (akhir sintesis) dari rantai. Terjadi ketika ribosom menerjemahkan salah satu dari tiga "kodon yang tidak masuk akal" (UAA, UAG, UGA). Ribosom melompat dari mRNA, sintesis protein selesai.

Dengan demikian, mengetahui urutan susunan asam amino dalam molekul protein, dimungkinkan untuk menentukan urutan nukleotida (kembar tiga) dalam rantai mRNA, dan menurut urutan pasangan nukleotida di bagian DNA dan sebaliknya, dengan memperhatikan prinsip komplementaritas nukleotida.

Secara alami, dalam proses reaksi matriks, karena alasan apa pun (alami atau buatan), perubahan dapat terjadi - mutasi. Ini adalah mutasi gen pada tingkat molekuler - hasil dari berbagai kerusakan pada molekul DNA. Mutasi gen yang terjadi pada tingkat molekuler biasanya mempengaruhi satu atau lebih nukleotida. Semua bentuk mutasi gen dapat dibagi menjadi dua kelompok besar.

Grup pertama- pergeseran bingkai - adalah penyisipan atau penghapusan satu atau lebih pasangan nukleotida. Bergantung pada situs pelanggaran, satu atau beberapa kodon berubah. Ini adalah kerusakan gen yang paling parah, karena asam amino yang sama sekali berbeda akan dimasukkan dalam protein.

Penghapusan dan penyisipan semacam itu menyumbang 80% dari semua mutasi gen spontan.

Efek yang paling merusak dimiliki oleh apa yang disebut mutasi nonsense, yang dikaitkan dengan munculnya kodon terminator yang menyebabkan penghentian.sintesis protein ku. Hal ini dapat menyebabkan penghentian prematur sintesis protein, yang dengan cepat terdegradasi. Hasilnya adalah kematian sel atau perubahan sifat perkembangan individu.

Mutasi yang terkait dengan substitusi, penghapusan, atau penyisipan di bagian pengkodean gen secara fenotip bermanifestasi sebagai substitusi asam amino dalam protein. Tergantung pada sifat asam amino dan signifikansi fungsional dari area yang rusak, ada hilangnya sebagian atau seluruh aktivitas fungsional protein. Sebagai aturan, ini dinyatakan dalam penurunan viabilitas, perubahan karakteristik organisme, dll.

Grup keduaadalah mutasi gen dengan penggantian pasangan basa nukleotida. Ada dua jenis substitusi basa:

1. Transisi- penggantian satu purin untuk basa purin (A untuk G atau G untuk A) atau satu pirimidin untuk pirimidin (C untuk T atau T untuk, C).

2. Transversi- penggantian satu basa purin dengan basa pirimidin atau sebaliknya (A untuk C, atau G untuk T, atau A untuk Y).

Contoh mencolok dari transversi adalah anemia sel sabit, yang terjadi karena kelainan herediter dalam struktur hemoglobin. Pada gen mutan yang mengkode salah satu rantai hemoglobin, hanya satu nukleotida yang rusak, dan adenin digantikan oleh urasil (GAA oleh GUA) dalam mRNA.

Akibatnya terjadi perubahan fenotip biokimia, pada rantai hemoglobin, asam glutamat digantikan oleh valin. Penggantian ini mengubah permukaan molekul hemoglobin: alih-alih cakram bikonkaf, sel-sel eritrosit menjadi seperti sabit dan menyumbat pembuluh darah kecil atau dengan cepat dikeluarkan dari sirkulasi, yang dengan cepat menyebabkan anemia.

Jadi, signifikansi mutasi gen bagi kehidupan suatu organisme tidaklah sama:

· beberapa "mutasi diam" tidak mempengaruhi struktur dan fungsi protein (misalnya, substitusi nukleotida yang tidak mengarah pada substitusi asam amino);

· beberapa mutasi menyebabkan hilangnya fungsi protein dan kematian sel (misalnya, mutasi yang tidak masuk akal);

· mutasi lain - dengan perubahan kualitatif pada mRNA dan asam amino, menyebabkan perubahan karakteristik organisme;

· dan, akhirnya, beberapa mutasi yang mengubah sifat molekul protein memiliki efek merusak pada aktivitas vital sel - mutasi semacam itu menyebabkan perjalanan penyakit yang parah (misalnya, transversi).

DNA- polimer linier berbentuk heliks ganda yang dibentuk oleh sepasang rantai komplementer antiparalel. Monomer DNA adalah nukleotida.

Setiap nukleotida DNA terdiri dari basa nitrogen purin (A - adenin atau G - guanin) atau pirimidin (T - timin atau C - sitosin), gula lima karbon - deoksiribosa dan gugus fosfat.

Molekul DNA memiliki parameter berikut: lebar heliks sekitar 2 nm, pitch, atau putaran penuh heliks, adalah 3,4 nm. Satu langkah berisi 10 pasangan basa komplementer.

Nukleotida dalam molekul DNA saling berhadapan dengan basa nitrogen dan digabungkan berpasangan sesuai dengan aturan komplementaritas: timin terletak di seberang adenin, dan sitosin berlawanan dengan guanin. Pasangan A-T dihubungkan oleh dua ikatan hidrogen, dan pasangan G-C dengan tiga ikatan.

Tulang punggung rantai DNA dibentuk oleh residu gula-fosfat.

Replikasi DNA adalah proses penggandaan diri dari molekul DNA, yang dilakukan di bawah kendali enzim.

Pada setiap rantai yang terbentuk setelah pemutusan ikatan hidrogen, dengan partisipasi enzim DNA polimerase, rantai DNA anak disintesis. Bahan untuk sintesis adalah nukleotida bebas yang ada di sitoplasma sel.

Sintesis molekul anak pada rantai tetangga berlangsung pada tingkat yang berbeda. Pada satu rantai, sebuah molekul baru dirakit secara terus menerus, di sisi lain - dengan beberapa penundaan dan terpisah-pisah. Setelah proses selesai, fragmen molekul DNA baru dihubungkan oleh enzim DNA ligase. Jadi, dari satu molekul DNA, dua muncul, yang merupakan salinan persis satu sama lain dan molekul induk. Jenis replikasi ini disebut semi-konservatif.

Arti biologis dari replikasi terletak pada transfer yang tepat dari informasi herediter dari molekul induk ke molekul anak, yang terjadi selama pembelahan sel somatik.

perbaikan DNA- mekanisme yang memberikan kemampuan untuk memperbaiki urutan nuileotida yang terganggu dalam molekul DNA.

Jika selama replikasi DNA urutan nukleotida dalam molekulnya terganggu karena alasan apa pun, maka dalam banyak kasus kerusakan ini diperbaiki oleh sel itu sendiri. Perubahan biasanya terjadi pada salah satu untai DNA. Rantai kedua tetap tidak berubah. Bagian yang rusak dari rantai pertama dapat "dipotong" dengan bantuan enzim - nuklease perbaikan DNA. Enzim lain, DNA polimerase, menyalin informasi dari untai utuh, memasukkan nukleotida yang diperlukan ke dalam untai yang rusak. DNA ligase kemudian "mengikat silang" molekul DNA, dan molekul yang rusak diperbaiki.

RNA - polimer linier, yang biasanya terdiri dari satu rantai nukleotida. Pada RNA, nukleotida timin digantikan oleh nukleotida urasil (U). Setiap nukleotida RNA mengandung gula lima karbon - ribosa, salah satu dari empat basa nitrogen dan residu asam fosfat.

Matriks, atau informasional, RNA disintesis dalam nukleus dengan partisipasi enzim RNA polimerase, yang melengkapi situs DNA di mana sintesis terjadi, dan membentuk 5% dari RNA sel. RNA ribosom disintesis dalam nukleolus dan merupakan bagian dari ribosom, membentuk 85% dari RNA sel. Transfer RNA (lebih dari 40 jenis) membawa asam amino ke tempat sintesis protein, berbentuk daun semanggi dan terdiri dari 70-90 nukleotida.

Reaksi sintesis matriks meliputi replikasi DNA, sintesis RNA pada DNA (transkripsi), sintesis protein pada mRNA (translasi), dan sintesis RNA atau DNA pada RNA virus.

Selama transkripsi, enzim RNA polimerase menempel pada sekelompok nukleotida DNA - promotor. Promotor menentukan situs dari mana sintesis mRNA harus dimulai. Itu dibangun dari nukleotida bebas yang melengkapi molekul DNA. Enzim bekerja sampai menemukan kelompok nukleotida DNA lain - sinyal berhenti yang mengumumkan akhir sintesis mRNA.

Molekul mRNA memasuki sitoplasma pada ribosom, di mana sintesis rantai polipeptida terjadi. Proses menerjemahkan informasi yang terkandung dalam urutan nukleotida mRNA ke dalam urutan asam amino dalam polipeptida disebut translasi.

Asam amino tertentu dikirim ke ribosom oleh jenis tRNA tertentu.