4.2.1. Struktur primer asam nukleat ditelepon urutan mononukleotida dalam rantai DNA atau RNA . Struktur utama asam nukleat distabilkan oleh ikatan 3",5"-fosfodiester. Ikatan ini dibentuk oleh interaksi gugus hidroksil pada posisi 3" residu pentosa setiap nukleotida dengan gugus fosfat dari nukleotida yang berdekatan (Gambar 3.2),

Jadi, pada salah satu ujung rantai polinukleotida terdapat gugus 5'-fosfat bebas (5'-end), dan pada ujung lainnya terdapat gugus hidroksil bebas pada posisi 3' (3'-end). Urutan nukleotida biasanya ditulis dalam arah dari ujung 5" ke ujung 3".

Gambar 4.2. Struktur dinukleotida, yang meliputi adenosin-5"-monofosfat dan sitidin-5"-monofosfat.

4.2.2. DNA (asam deoksiribonukleat) terkandung dalam inti sel dan memiliki berat molekul sekitar 1011 Da. Nukleotidanya mengandung basa nitrogen. adenin, guanin, sitosin, timin , karbohidrat deoksiribosa dan residu asam fosfat. Kandungan basa nitrogen dalam molekul DNA ditentukan oleh aturan Chargaff:

1) jumlah basa purin sama dengan jumlah basa pirimidin (A + G = C + T);

2) jumlah adenin dan sitosin masing-masing sama dengan jumlah timin dan guanin (A = T; C = G);

3) DNA yang diisolasi dari sel-sel spesies biologis yang berbeda berbeda satu sama lain dalam nilai koefisien spesifisitas:

(G + C) / (A + T)

Pola-pola dalam struktur DNA ini dijelaskan oleh fitur-fitur berikut dari struktur sekundernya:

1) molekul DNA dibangun dari dua rantai polinukleotida yang saling berhubungan oleh ikatan hidrogen dan berorientasi antiparalel (yaitu, ujung 3 "dari satu rantai terletak di seberang ujung 5" dari rantai lainnya dan sebaliknya);

2) ikatan hidrogen terbentuk antara pasangan basa nitrogen yang saling melengkapi. Adenin melengkapi timin; pasangan ini distabilkan oleh dua ikatan hidrogen. Guanin melengkapi sitosin; pasangan ini distabilkan oleh tiga ikatan hidrogen (lihat gambar b). Semakin banyak pasangan G-C dalam molekul DNA, semakin besar ketahanannya terhadap suhu tinggi dan radiasi pengion;

Gambar 3.3. Ikatan hidrogen antara basa nitrogen komplementer.

3) kedua untai DNA dipelintir menjadi heliks yang memiliki sumbu yang sama. Basa nitrogen menghadap bagian dalam heliks; selain interaksi hidrogen, interaksi hidrofobik juga muncul di antara mereka. Bagian ribosa fosfat terletak di sepanjang pinggiran, membentuk tulang punggung heliks (lihat Gambar 3.4).

Gambar 3.4. Diagram struktur DNA.

4.2.3. RNA (asam ribonukleat) terkandung terutama dalam sitoplasma sel dan memiliki berat molekul dalam kisaran 104 - 106 Da. Nukleotidanya mengandung basa nitrogen. adenin, guanin, sitosin, urasil , karbohidrat ribosa dan residu asam fosfat. Tidak seperti DNA, molekul RNA dibangun dari rantai polinukleotida tunggal, di mana mungkin ada bagian yang saling melengkapi (Gambar 3.5). Bagian ini dapat berinteraksi satu sama lain, membentuk heliks ganda, bergantian dengan bagian non-spiral.

Gambar 3.5. Skema struktur RNA transfer.

Menurut fitur struktur dan fungsinya, tiga jenis utama RNA dibedakan:

1) pembawa pesan (messenger) RNA (mRNA) mengirimkan informasi tentang struktur protein dari inti sel ke ribosom;

2) transfer RNA (tRNA) melakukan pengangkutan asam amino ke tempat sintesis protein;

3) RNA ribosom (rRNA) adalah bagian dari ribosom, berpartisipasi dalam sintesis protein.

Asam deoksiribonukleat (DNA) adalah polideoksiribonukleotida linier (atau siklik), tidak bercabang. Unit struktural DNA adalah deoxyribonucleotides, yaitu deoxyribonucleoside monophosphates (DNMP).

DNMF adalah senyawa yang terdiri dari basa nitrogen purin atau pirimidin, deoksiribosa, dan satu residu asam fosfat.

Sebagai basa purin, DNMF mencakup adenin dan guanin, basa pirimidin diwakili oleh timin dan sitosin. Fitur penting dari turunan hidroksi purin dan pirimidin adalah kemungkinan transformasi tautomer (laktim-laktam) mereka. Dalam komposisi DNA, semua turunan hidroksi dari basa nitrogen hadir dalam bentuk laktam (bentuk keto).

Desokribonukleosida monofosfat.

Deoxyadenosine monophosphate Deoxyguanosine monophosphate

dAMP dGMP

Deoxycytidine Monophosphate Deoxythymidine Monophosphate

dCMP dTMP

Dalam komposisi DNA, bersama dengan DNMP yang ditunjukkan, DNMP dengan basa minor (eksotis) ditemukan dalam jumlah kecil. Basa nitrogen minor adalah basa termetilasi, hidroksimetilasi atau glukosilasi yang dihasilkan dari modifikasi basa utama dalam polideoksiribonukleotida selama pemrosesan DNA (pematangan). Contoh basa nitrogen minor adalah:

Basa purin Basa pirimidin

N 6 -methyladenine 5-methylcytosine

1(atau 3, atau 7)-metilguanin 5-hidroksimetilsitosin uranil

N 2 -metil (atau dimetil) -guanin hidroksimetilurasil

Untuk mempelajari komposisi nukleotida DNA, digunakan hidrolisis DNA, diikuti dengan kromatografi dan penentuan kualitatif dan kuantitatif basa nitrogen. Seiring dengan metode analisis klasik, komposisi nukleotida DNA juga dapat ditentukan dari suhu leleh DNA (kandungan pasangan GC berbanding lurus dengan suhu leleh) dan dari kepadatan apung DNA selama ultrasentrifugasi dalam sesium. gradien kerapatan klorida (isi pasangan GC berbanding lurus dengan kerapatan apung).

Ketika menganalisis komposisi nukleotida DNA dari berbagai jenis organisme, sejumlah pola ditetapkan yang mencirikan rasio kuantitatif basa nitrogen (aturan Chargaff).

1. Kandungan molar adenin sama dengan kandungan molar timin, dan kandungan molar guanin sama dengan kandungan molar sitosin.

A = T, atau A: T = 1.

G \u003d C, atau G: C \u003d 1.

2. Jumlah basa purin sama dengan jumlah basa pirimidin.

A + G \u003d T + C, atau (A + G) : (T + C) \u003d 1.

purin = pirimidin.

3. Komposisi nukleotida DNA dari sel-sel yang berbeda dari organisme multiseluler adalah sama.

4. Setiap spesies biologis dicirikan oleh komposisi nukleotida spesifik DNA yang konstan, yang tercermin dalam koefisien spesifisitas.

K = -----------;

Tergantung pada dominasi AT atau GC, tipe DNA AT dan GC dibedakan, masing-masing. Tipe AT khas, khususnya, untuk chordata dan invertebrata, tumbuhan tingkat tinggi, dan ragi. Pada spesies bakteri yang berbeda, ada hamburan dalam komposisi nukleotida dari tipe GC yang sangat jelas ke tipe AT. Berdasarkan koefisien spesifisitas, prinsip-prinsip sistematika gen objek flora dan fauna telah dikembangkan.

3.3 STRUKTUR UTAMA DNA.

Asam deoksiribonukleat (DNA) bersifat linier

(atau siklik) polideoksiribonukleotida.

Struktur utama DNA adalah urutan bolak-balik residu deoksiribonukleosida monofosfat (DNMP) dalam rantai polideoksiribonukleotida.

Struktur utama DNA adalah struktur kovalen, karena residu DNMP dalam rantai polideoksiribonukleotida dihubungkan satu sama lain melalui ikatan fosfodiester 3", 5".

Kerangka (tulang punggung, tulang punggung) dari polideoksiribonukleotida terdiri dari gugus deoksiribosa dan fosfat yang bergantian secara monoton yang melekat pada tulang punggung pada jarak yang sama satu sama lain. Tulang punggung gula-fosfat DNA, memiliki muatan negatif yang besar, adalah bagian yang sangat polar dari molekul, sedangkan basa nitrogen non-polar, komponen hidrofobik.

Rantai polideoksiribonukleotida memiliki vektoritas, memiliki arah dari ujung 5' (awal rantai) ke ujung 3' (ujung rantai), yaitu. 5"---->3". Ujung 5' (ujung fosfat) dan ujung 3' (ujung hidroksil) adalah ujung di mana masing-masing atom deoksiribosa 5' dan 3' bebas dari ikatan internukleotida. Vektoritas ditentukan oleh arah perakitan rantai polideoksiribonukleotida.

Koefisien polikondensasi DNA bervariasi dari 0,5. 10 4 untuk virus sampai 108 untuk DNA inti eukariota yang lebih tinggi. Sesuai dengan ini, berat molekul DNA juga bervariasi dalam rentang yang luas, mencapai beberapa puluh miliar dalton pada eukariota yang lebih tinggi. Pada saat yang sama, jumlah protein yang dikodekan dalam prokariota dan eukariota berbeda tidak lebih dari urutan besarnya. Ini disebabkan oleh organisasi gen yang kompleks dan adanya DNA berulang pada eukariota.

Pada prokariota, DNA diwakili oleh satu molekul. Ketika spesies menjadi lebih kompleks, ukuran dan jumlah DNA yang berbeda meningkat. Pada eukariota, jumlah DNA sama dengan jumlah kromosom. Jadi, ada 46 DNA berbeda dalam sel manusia.

Setiap DNA memiliki struktur primer yang unik, dan struktur primernya di semua sel organisme multiseluler tampaknya persis sama.

Urutan nukleotida DNA ditunjuk mulai dari ujung 5" menggunakan simbol huruf tunggal A, G, C, dan T untuk nukleosida

(nukleotida) dan f - untuk gugus fosfat, misalnya: fAphTfGfGfC atau fATHGC.

Kompleksitas mempelajari struktur primer DNA disebabkan oleh panjang rantai polideoksiribonukleotida yang sangat panjang dan hanya ada empat jenis nukleotida. Untuk menguraikan struktur utama DNA, metode tidak langsung sebelumnya digunakan:

dengan kohesi unit nukleotida purin dan pirimidin, penjelasan jumlah dan struktur fraksi individu nukleotida (yang disebut isoplate);

pada kinetika reasosiasi DNA (adanya urutan berulang);

dengan distribusi basis kecil;

untuk deteksi dalam DNA dan penentuan urutan palindrom.

Saat ini, metode langsung banyak digunakan, yang digunakan dalam urutan berikut:

pembelahan dengan berbagai enzim restriksi dengan pembentukan urutan yang tumpang tindih;

pemisahan elektroforesis fragmen DNA dalam gel poliakrilamida sesuai dengan jumlah nukleotida yang dikandungnya;

menguraikan urutan nukleotida dalam fragmen;

menetapkan urutan susunan fragmen nukleotida di daerah yang tumpang tindih.

PEMBENTUKAN POLIDEOKSIRIBONUKLEOTIDA.

Beras. Fragmen rantai polideoksiribonukleoid

Asam nukleat adalah heteropolimer tak beraturan yang mengandung fosfor. Dibuka pada tahun 1868 oleh G.F. Misher.

Asam nukleat ditemukan dalam sel semua organisme hidup. Selain itu, setiap jenis organisme mengandung rangkaian asam nukleatnya sendiri, yang hanya khas untuknya. Di alam, ada lebih dari 1.200.000 spesies organisme hidup - dari bakteri dan manusia. Ini berarti bahwa ada sekitar 10 10 asam nukleat berbeda yang dibangun hanya dari empat basa nitrogen. Bagaimana empat basa nitrogen dapat mengkodekan 10 10 asam nukleat? Kurang lebih sama seperti kita mengkodekan pikiran kita di atas kertas. Kami membuat urutan huruf alfabet, mengelompokkannya menjadi kata-kata, dan alam mengkodekan informasi keturunan, membangun urutan banyak nukleotida.

Nukleotida - monomer yang relatif sederhana, dari molekul yang asam nukleatnya dibangun. Setiap nukleotida terdiri dari: basa nitrogen, gula lima karbon (ribosa atau deoksiribosa) dan residu asam fosfat. Bagian utama dari nukleotida adalah basa nitrogen.

Basa nitrogen memiliki struktur siklik, yang, bersama dengan atom lain (C, O, H), termasuk atom nitrogen. Karena itu, senyawa ini disebut bernitrogen. Sifat paling penting dari basa nitrogen juga terkait dengan atom nitrogen, misalnya, sifat basa lemahnya (basa). Oleh karena itu, senyawa ini disebut "basa".

Di alam, asam nukleat hanya mengandung lima basa nitrogen yang diketahui. Mereka ditemukan di semua jenis sel, dari mikoplasma hingga sel manusia.

Ini purin basa nitrogen Adenin (A) dan Guanin (G) dan pirimidin Urasil (U), Timin (T) dan Sitosin (C) Basa purin adalah turunan dari heterosiklik purin, dan basa pirimidin adalah turunan dari pirimidin. Urasil hanya ditemukan dalam RNA, sedangkan timin ditemukan dalam DNA. A, G, dan C ditemukan dalam DNA dan DNA.

Ada dua jenis nukleotida dalam asam nukleat: deoksiribonukleotida - dalam DNA, ribonukleotida - dalam RNA. Struktur deoksiribosa berbeda dari ribosa karena tidak ada gugus hidroksil pada atom karbon kedua deoksiribosa.

Sebagai hasil dari kombinasi basa nitrogen dan pentosa, nukleosida. Nukleosida terkait dengan residu asam fosfat nukleotida:

basa nitrogen + pentosa = nukleosida + residu asam fosfat = nukleotida

Rasio basa nitrogen dalam molekul DNA dijelaskan Aturan Chargaff:

1. Jumlah adenin sama dengan jumlah timin (A = T).

2. Jumlah guanin sama dengan jumlah sitosin (G = C).

3. Jumlah purin sama dengan jumlah pirimidin (A + G = T + C), mis. A + G / T + C \u003d 1.

4. Jumlah basa dengan enam gugus amino sama dengan jumlah basa dengan enam gugus keto (A + C = G + T).

5. Rasio basa A + C / G + T adalah nilai konstan, sangat spesifik spesies: manusia - 0,66; gurita - 0,54; tikus - 0,81; gandum - 0,94; ganggang - 0,64-1,76; bakteri - 0,45-2,57.

Berdasarkan data E. Chargaff tentang perbandingan basa purin dan pirimidin serta hasil analisis difraksi sinar-X yang diperoleh M. Wilkins dan R. Franklin pada tahun 1953, J. Watson dan F. Crick mengajukan model molekul DNA. Untuk pengembangan molekul DNA untai ganda, Watson, Crick dan Wilkins pada tahun 1962 dianugerahi Hadiah Nobel.

Molekul DNA memiliki dua untai sejajar satu sama lain tetapi dalam urutan terbalik. Monomer DNA adalah deoksiribonukleotida: adenil (A), timidil (T), guanil (G), dan sitosil (C). Rantai disatukan oleh ikatan hidrogen: antara A dan T dua, antara G dan C tiga ikatan hidrogen. Heliks ganda dari molekul DNA dipelintir dalam bentuk spiral, dan satu putaran mencakup 10 pasang nukleotida. Kumparan heliks disatukan oleh ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik. Pada molekul deoksiribosa, gugus hidroksil bebas berada pada posisi 3' dan 5'. Pada posisi ini, ikatan diester dapat terbentuk antara deoksiribosa dan asam fosfat, yang menghubungkan nukleotida satu sama lain. Dalam hal ini, salah satu ujung DNA membawa gugus 5'-OH, dan ujung lainnya membawa gugus 3'-OH. DNA adalah molekul organik terbesar. Panjangnya berkisar dari 0,25 nm hingga 40 mm pada manusia pada bakteri (panjang molekul protein terbesar tidak lebih dari 200 nm). Massa molekul DNA adalah 6 x 10 -12 g.

postulat DNA

1. Setiap molekul DNA terdiri dari dua rantai polinukleotida antiparalel yang membentuk heliks ganda terpuntir (ke kanan atau kiri) di sekitar sumbu pusat. Antiparalelisme disediakan dengan menghubungkan ujung 5' dari satu untai ke ujung 3' dari untai lainnya dan sebaliknya.

2. Setiap nukleosida (pentosa + basa) terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap sumbu heliks.

3. Dua rantai heliks disatukan oleh ikatan hidrogen antara basa A–T (dua) dan G–C (tiga).

4. Pasangan basa sangat spesifik dan terjadi menurut prinsip komplementaritas; akibatnya, hanya pasangan A:T, G:C yang mungkin.

5. Urutan basa dalam satu rantai dapat sangat bervariasi, tetapi urutannya dalam rantai lain saling melengkapi.

DNA memiliki sifat unik yaitu replikasi (kemampuan menggandakan diri sendiri) dan repair (kemampuan memperbaiki diri sendiri).

replikasi DNA- reaksi sintesis matriks, proses penggandaan molekul DNA dengan reduplikasi. Pada tahun 1957, M. Delbrück dan G. Stent, berdasarkan hasil eksperimen, mengusulkan tiga model untuk menggandakan molekul DNA:

Ke konservatif: menyediakan untuk pelestarian molekul DNA beruntai ganda asli dan sintesis molekul baru, juga beruntai ganda;

- semi-konservatif: melibatkan pemisahan molekul DNA menjadi rantai tunggal sebagai akibat pemutusan ikatan hidrogen antara basa nitrogen dari dua rantai, setelah itu basa komplementer melekat pada setiap basa yang telah kehilangan pasangannya; molekul anak diperoleh sebagai salinan persis dari molekul induk;

- tersebar: terdiri dari pemecahan molekul asli menjadi fragmen nukleotida yang direplikasi. Setelah replikasi, fragmen baru dan induk dikumpulkan secara acak.

Pada tahun yang sama, 1957, M. Meselson dan F. Stahl secara eksperimental membuktikan keberadaan model semi-konservatif berdasarkan Escherichia coli. Dan 10 tahun kemudian, pada tahun 1967, ahli biokimia Jepang R. Okazaki menguraikan mekanisme replikasi DNA dengan cara semi-konservatif.

Replikasi dilakukan di bawah kendali sejumlah enzim dan berlangsung dalam beberapa tahap. Satuan replikasi adalah replika - bagian DNA yang dalam setiap siklus sel hanya 1 kali masuk ke keadaan aktif. Replika memiliki titik awal dan akhir replikasi. Pada eukariota, banyak replika muncul secara bersamaan di setiap DNA. Asal replikasi bergerak secara berurutan di sepanjang untai DNA dalam arah yang sama atau dalam arah yang berlawanan. Bagian depan replikasi yang bergerak adalah garpu - replika atau garpu replikasi.

Seperti dalam reaksi sintesis matriks, ada tiga tahap dalam replikasi.

Inisiasi: perlekatan enzim helikase (helikase) ke asal replikasi. Helicase membuka bentangan pendek DNA. Setelah itu, protein pengikat DNA (DBP) melekat pada masing-masing rantai yang terpisah, yang mencegah penyatuan kembali rantai. Prokariota memiliki enzim tambahan DNA girase, yang membantu helikase melepas DNA.

Pemanjangan: penambahan nukleotida komplementer berturut-turut, sebagai akibatnya rantai DNA diperpanjang.

Sintesis DNA terjadi segera pada kedua rantainya. Karena enzim DNA polimerase hanya dapat merakit rantai nukleotida dalam arah dari 5' ke 3', salah satu rantai bereplikasi terus menerus (ke arah garpu replikasi), dan yang lainnya bereplikasi terputus-putus (dengan pembentukan fragmen Okazaki ), dalam arah yang berlawanan dengan gerakan garpu replikasi. Rantai pertama disebut terkemuka, dan yang kedua adalah tertinggal. Sintesis DNA dilakukan dengan partisipasi enzim DNA polimerase. Demikian pula, fragmen DNA disintesis pada untai tertinggal, yang kemudian dihubungkan silang oleh enzim - ligase.

Penghentian: penghentian sintesis DNA setelah mencapai panjang molekul yang diinginkan.

perbaikan DNA- kemampuan molekul DNA untuk “memperbaiki” kerusakan yang timbul dalam rantainya. Lebih dari 20 enzim (endonuklease, eksonuklease, enzim restriksi, DNA polimerase, ligase) ambil bagian dalam proses ini. Mereka:

1) temukan area yang diubah;

2) potong dan lepaskan dari rantai;

3) mengembalikan urutan nukleotida yang benar;

4) fragmen DNA yang dipulihkan menyatu dengan daerah tetangga.

DNA melakukan fungsi khusus dalam sel, yang ditentukan oleh komposisi, struktur, dan sifat kimianya: penyimpanan, reproduksi, dan implementasi informasi herediter antara generasi baru sel dan organisme.

RNA umum di semua organisme hidup dan diwakili oleh molekul dengan berbagai ukuran, struktur, dan fungsi. Mereka terdiri dari satu rantai polinukleotida yang dibentuk oleh empat jenis monomer - ribonukleotida: adenil (A), urasil (U), guanil (G) dan sitosil (C). Setiap ribonukleotida terdiri dari basa nitrogen, ribosa, dan residu asam fosfat. Semua molekul RNA adalah salinan persis dari bagian DNA (gen) tertentu.

Struktur RNA ditentukan oleh urutan ribonukleotida:

- utama– urutan ribonukleotida dalam rantai RNA; itu adalah semacam catatan informasi genetik; mendefinisikan struktur sekunder;

-sekunder- seutas RNA dipelintir menjadi spiral;

- tersier– pengaturan spasial seluruh molekul RNA; struktur tersier mencakup struktur sekunder dan fragmen primer, yang menghubungkan satu bagian dari struktur sekunder ke yang lain (transportasi, RNA ribosom).

Struktur sekunder dan tersier dibentuk oleh ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik antara basa nitrogen.

Messenger RNA (i-RNA)- memprogram sintesis protein sel, karena setiap protein dikodekan oleh mRNA yang sesuai (i-RNA berisi informasi tentang urutan asam amino dalam protein yang akan disintesis); berat 10 4 -2x10 6; molekul berumur pendek.

RNA transfer (t-RNA)- 70-90 ribonukleotida, berat 23.000-30.000; ketika menerapkan informasi genetik, ia mengirimkan asam amino yang diaktifkan ke situs sintesis polipeptida, "mengenali" bagian yang sesuai dari i-RNA; dalam sitoplasma diwakili oleh dua bentuk: t-RNA dalam bentuk bebas dan t-RNA yang terkait dengan asam amino; lebih dari 40 spesies; sepuluh%.

Tubuh manusia mengandung sejumlah besar senyawa organik, yang tanpanya tidak mungkin membayangkan proses metabolisme yang stabil yang mendukung aktivitas vital semua orang. Salah satu zat ini adalah nukleotida - ini adalah ester fosfat nukleosida, yang memainkan peran penting dalam transmisi data informasi, serta reaksi kimia dengan pelepasan energi intraseluler.

Sebagai unit organik independen membentuk komposisi pengisian semua asam nukleat dan sebagian besar koenzim. Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci apa itu nukleosida fosfat dan apa perannya dalam tubuh manusia.

Nukleotida terbuat dari apa. Ini dianggap sebagai ester yang sangat kompleks yang termasuk dalam kelompok asam fosfor dan nukleosida, yang, menurut sifat biokimianya, termasuk di antara N-glikosida dan mengandung fragmen heterosiklik yang terkait dengan molekul glukosa dan atom nitrogen.

Di alam, nukleotida DNA adalah yang paling umum.

Selain itu, zat organik dengan karakteristik struktural yang serupa juga dibedakan: ribonukleotida, serta deoksiribonukleotida. Semuanya, tanpa kecuali, adalah molekul monomer yang termasuk dalam zat biologis kompleks dari jenis polimer.

Mereka membentuk RNA dan DNA semua makhluk hidup, dari mikroorganisme paling sederhana dan infeksi virus hingga tubuh manusia.

Sisa struktur molekul fosfor di antara nukleosida fosfat membentuk ikatan eter dengan dua, tiga, dan dalam beberapa kasus segera dengan lima gugus hidroksil. Hampir tanpa kecuali, nukleotida adalah salah satu zat penting yang terbentuk dari residu asam fosfat, sehingga ikatannya stabil dan tidak rusak di bawah pengaruh faktor lingkungan internal dan eksternal yang merugikan.

Catatan! Struktur nukleotida selalu kompleks dan didasarkan pada monoester. Urutan nukleotida dapat berubah di bawah pengaruh faktor stres.

Peran biologis

Pengaruh nukleotida pada jalannya semua proses dalam tubuh makhluk hidup dipelajari oleh para ilmuwan yang mempelajari struktur molekul ruang intraseluler.

Berdasarkan temuan laboratorium yang diperoleh sebagai hasil kerja bertahun-tahun oleh para ilmuwan dari seluruh dunia, peran nukleosida fosfat berikut dibedakan:

• sumber energi vital universal, yang dengannya sel-sel dipelihara dan, karenanya, fungsi normal jaringan yang membentuk organ internal, cairan biologis, penutup epitel, dan sistem vaskular dipertahankan;
• adalah pengangkut monomer glukosa dalam sel jenis apa pun (ini adalah salah satu bentuk metabolisme karbohidrat, ketika gula yang dikonsumsi diubah menjadi glukosa di bawah pengaruh enzim pencernaan, yang dibawa ke setiap sudut tubuh bersama dengan nukleosida fosfat);
• melakukan fungsi koenzim (senyawa vitamin dan mineral yang membantu menyediakan nutrisi bagi sel);
• mononukleotida kompleks dan siklik adalah konduktor biologis hormon yang menyebar bersama dengan aliran darah, dan juga meningkatkan efek impuls saraf;
• secara alosterik mengatur aktivitas enzim pencernaan yang dihasilkan oleh jaringan pankreas.

Nukleotida adalah bagian dari asam nukleat. Mereka dihubungkan oleh tiga dan lima ikatan dari jenis fosfodiester. Ahli genetika dan ilmuwan yang telah mengabdikan hidup mereka untuk biologi molekuler melanjutkan penelitian laboratorium tentang fosfat nukleosida, sehingga setiap tahun dunia mempelajari hal-hal yang lebih menarik tentang sifat-sifat nukleotida.

Urutan nukleotida adalah semacam keseimbangan genetik dan keseimbangan susunan asam amino dalam struktur DNA, urutan penempatan residu ester yang khas dalam komposisi asam nukleat.

Itu ditentukan dengan menggunakan metode tradisional sekuensing bahan biologis yang dipilih untuk analisis.

T, timin;

A - adenin;

G, guanin;

C, sitosin;

R – GA adenin dalam kompleks dengan basa guanin dan purin;

Y, senyawa pirimidin TC;

K, nukleotida GT yang mengandung gugus keto;

M - AC termasuk dalam kelompok amino;

S - GC kuat, ditandai dengan tiga senyawa hidrogen;

W - AT tidak stabil, yang hanya membentuk dua ikatan hidrogen.

Urutan nukleotida dapat berubah, dan penunjukan dalam huruf Latin diperlukan dalam kasus di mana urutan senyawa eter tidak diketahui, tidak signifikan, atau hasil studi primer sudah tersedia.

Jumlah terbesar varian dan kombinasi nukleosida fosfat adalah karakteristik DNA. Simbol A, C, G, U sudah cukup untuk menuliskan senyawa esensial RNA. Huruf terakhir adalah zat uridine, yang hanya terdapat pada RNA. Urutan simbolik selalu ditulis tanpa spasi.

Video yang berguna: asam nukleat (DNA dan RNA)

Berapa banyak nukleotida dalam DNA?

Untuk memahami sedetail mungkin apa yang dipertaruhkan, seseorang harus memiliki pemahaman yang jelas tentang DNA itu sendiri. Ini adalah jenis molekul terpisah yang memiliki bentuk memanjang dan terdiri dari elemen struktural, yaitu nukleosida fosfat. Berapa jumlah nukleotida dalam DNA? Ada 4 jenis senyawa esensial dari jenis ini yang merupakan bagian dari DNA. Ini adalah adenin, timin, sitosin dan guanin. Semuanya membentuk rantai tunggal, dari mana struktur molekul DNA terbentuk.

Struktur DNA pertama kali diuraikan kembali pada tahun 1953 oleh ilmuwan Amerika Francis Crick dan James Watson. Satu molekul asam deoksiribonukleat mengandung dua rantai nukleosida fosfat. Mereka ditempatkan sedemikian rupa sehingga terlihat seperti spiral yang berputar di sekitar porosnya.

Catatan! Jumlah nukleotida dalam DNA tidak berubah dan terbatas hanya pada empat spesies - penemuan ini membawa umat manusia lebih dekat untuk menguraikan kode genetik manusia yang lengkap.

Dalam hal ini, struktur molekul memiliki satu fitur penting. Semua rantai nukleotida memiliki sifat saling melengkapi. Ini berarti bahwa hanya senyawa esensial dari jenis tertentu yang ditempatkan saling berhadapan. Diketahui bahwa adenin selalu terletak berlawanan dengan timin. Tidak ada zat lain selain guanin yang dapat ditemukan berlawanan dengan sitosin. Pasangan nukleotida tersebut membentuk prinsip saling melengkapi dan tidak dapat dipisahkan.

Berat dan panjang

Dengan bantuan perhitungan matematis yang kompleks dan studi laboratorium, para ilmuwan dapat menetapkan sifat fisik dan biologis yang tepat dari senyawa esensial yang membentuk struktur molekul asam deoksiribonukleat.

Diketahui bahwa panjang satu residu intraseluler, yang terdiri dari asam amino dalam rantai polipeptida tunggal, adalah 3,5 angstrom. Massa rata-rata dari satu residu molekul adalah 110 sma.

Selain itu, monomer tipe nukleotida juga diisolasi, yang terbentuk tidak hanya dari asam amino, tetapi juga memiliki komponen eter. Ini adalah monomer DNA dan RNA. Panjang liniernya diukur langsung di dalam asam nukleat dan setidaknya 3,4 angstrom. Berat molekul satu nukleosida fosfat berada dalam kisaran 345 sma. Ini adalah data awal yang digunakan dalam pekerjaan laboratorium praktis yang ditujukan untuk eksperimen, studi genetik, dan kegiatan ilmiah lainnya.

Sebutan medis

Genetika, sebagai ilmu, berkembang kembali pada periode ketika tidak ada studi tentang struktur DNA manusia dan makhluk hidup lainnya pada tingkat molekuler. Oleh karena itu, pada periode genetika pramolekul, ikatan nukleotida ditetapkan sebagai elemen terkecil dalam struktur molekul DNA. Baik sebelumnya dan pada saat ini, zat-zat esensial jenis ini tunduk. Itu bisa spontan atau diinduksi, oleh karena itu, istilah "pengintaian" juga digunakan untuk merujuk pada fosfat nukleosida dengan struktur yang rusak.

Untuk mendefinisikan konsep permulaan kemungkinan mutasi pada senyawa nitrogen dari ikatan nukleotida, istilah "muton" digunakan. Sebutan ini lebih diminati dalam pekerjaan laboratorium dengan bahan biologis. Mereka juga digunakan oleh ahli genetika yang mempelajari struktur molekul DNA, cara informasi herediter ditransmisikan, bagaimana itu dienkripsi, dan kemungkinan kombinasi gen yang dihasilkan dari perpaduan potensi genetik dari dua pasangan seksual.

dalam kontak dengan

Asam nukleat adalah senyawa organik molekul tinggi alami, polinukleotida yang menyediakan penyimpanan dan transmisi informasi herediter (genetik) dalam organisme hidup.

Senyawa organik ini ditemukan pada tahun 1869 oleh seorang dokter Swiss dalam sel yang kaya bahan nuklir (leukosit, spermatozoa salmon). Asam nukleat adalah bagian integral dari inti sel, itulah sebabnya mereka mendapatkan namanya (dari lat. inti- inti). Selain di nukleus, asam nukleat juga terdapat di sitoplasma, sentriol, mitokondria, dan kloroplas.

Ada dua jenis asam nukleat di alam: deoksiribonukleat (DNA) dan ribonukleat (RNA). Mereka berbeda dalam komposisi, struktur dan fungsi. DNA beruntai ganda dan RNA beruntai tunggal.

Asam nukleat adalah biopolimer yang mencapai ukuran sangat besar. Panjang molekulnya adalah ratusan ribu nanometer (1 nm = 10–9 m), yang ribuan kali lebih panjang dari panjang molekul protein. Molekul DNA sangat besar. Berat molekul asam nukleat mencapai puluhan juta dan miliaran (105-109). Misalnya, massa DNA E. coli adalah 2,5x109, dan dalam inti sel benih manusia (kumpulan kromosom haploid), panjang molekul DNA adalah 102 cm.

2. NC - polimer non-periodik. Jenis nukleotida dan strukturnya

Asam nukleat adalah biopolimer non-periodik yang rantai polimernya dibentuk oleh monomer yang disebut nukleotida. Molekul DNA dan RNA mengandung empat jenis nukleotida.

Komposisi nukleotida DNA dan RNA

Perhatikan struktur nukleotida. Nukleotida adalah senyawa organik kompleks yang mencakup tiga komponen:.

Deoksiribonukleotida mengandung basa pirimidin timin dan sitosin , dan dalam komposisi ribonukleotida - sitosin dan urasil . adenin dan guanin merupakan bagian dari nukleotida DNA dan RNA.

Tugas. Molekul DNA terdiri dari dua rantai - rantai utama, tempat mRNA disintesis, dan rantai pelengkap. Tuliskan urutan nukleotida pada mRNA yang disintesis, jika urutan nukleotida pada untai DNA utama (bekerja) adalah sebagai berikut: C-G-C-T-G-A-T-A-G.

Keputusan

Menggunakan prinsip saling melengkapi, kami menentukan urutan nukleotida dalam mRNA yang disintesis di sepanjang rantai DNA yang berfungsi: G-C-G-A-C-U-A-U-C.

Menjawab: G-Ts-G-A-Ts-U-A-U-Ts

Tugas. Analisis kimia menunjukkan bahwa 28% dari total jumlah nukleotida mRNA ini adalah adenin, 6% adalah guanin, dan 40% adalah urasil. Apa yang seharusnya menjadi komposisi nukleotida dari bagian DNA untai ganda yang sesuai, informasi dari mana "ditulis ulang" oleh mRNA ini?

Keputusan

1. Mengetahui bahwa rantai molekul RNA dan rantai kerja molekul DNA saling melengkapi, kami menentukan kandungan nukleotida (dalam%) dalam rantai kerja DNA:

· pada rantai mRNA G = 6%, artinya pada rantai kerja DNA C = 6%;

Pada rantai mRNA A = 28%, maka pada rantai DNA kerja T = 28%;

Pada mRNA rantai Y = 40% yang artinya pada rantai kerja DNA A = 40%;

2. Tentukan kandungan rantai mRNA (dalam%) sitosin.

Mari kita rangkum kandungan tiga jenis nukleotida lain dalam rantai mRNA: 6% + 28% + +40% = 74% (G+A+U);

Tentukan proporsi sitosin dalam rantai mRNA: 100% - 74% = 26% (C);

Jika pada rantai mRNA C=26%, maka pada rantai DNA kerja G=26%.

Menjawab: C=6%; T=28%; J=40%; G=26%

Tugas . Pada fragmen satu rantai DNA, nukleotida disusun dalam urutan: A-A-G-T-C-T-A-A-C-G-T-A-T. Gambarlah diagram struktur molekul DNA untai ganda. Berapa panjang fragmen DNA ini? Berapa banyak (dalam%) nukleotida dalam untai DNA ini?

Keputusan

1. Dengan prinsip saling melengkapi, ia membangun untai kedua dari molekul DNA yang diberikan: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A.

2. Mengetahui panjang satu nukleotida (0,34 nm), kami menentukan panjang fragmen DNA ini (dalam DNA, panjang satu rantai sama dengan panjang seluruh molekul): 13x0,34 = 4,42 nm.

3. Hitung persentase nukleotida dalam rantai DNA ini:

13 nukleotida - 100%
5 A - x%, x \u003d 38% (A).
2 G - x%, x \u003d 15,5% (G).
4 T – x%, x=31% (T).
2 C - x%, x \u003d 15,5% (C).

Menjawab: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A; 4,42nm; J=38; T=31%; G=15,5%; C=15,5%.

Tugas. Bagian dari salah satu rantai molekul DNA diperiksa di laboratorium. Ternyata terdiri dari 20 monomer, yang disusun dalam urutan berikut: G-T-G-T-A-A-C-G-A-C-C-G-A-T-A-C-T-G -T-A.
Apa yang dapat dikatakan tentang struktur bagian yang sesuai dari untai kedua dari molekul DNA yang sama?

Keputusan

Mengetahui bahwa rantai molekul DNA saling melengkapi, kami menentukan urutan nukleotida rantai kedua dari molekul DNA yang sama: C-A-C-A-T-T-G-C-T-G-G-C-T-A-T- G-A-C-A-T.

Tugas. Pada fragmen satu rantai DNA, nukleotida disusun dalam urutan: A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T ...

1. Gambarlah diagram struktur untai kedua dari molekul DNA ini.
2. Berapa panjang fragmen DNA ini dalam nm jika satu nukleotida sekitar 0,34 nm?
3. Berapa banyak (dalam%) nukleotida yang terkandung dalam fragmen molekul DNA ini?

Keputusan

1. Kami melengkapi untai kedua dari fragmen molekul DNA ini, menggunakan aturan komplementaritas: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A.
2. Tentukan panjang fragmen DNA ini: 12x0.34=4.08 nm.
3. Hitung persentase nukleotida dalam fragmen DNA ini.

24 nukleotida - 100%
8A - x%, maka x = 33,3% (A);
karena menurut aturan Chargaff A=T, maka kandungan T=33,3%;
24 nukleotida - 100%
4D - x%, maka x \u003d 16,7% (G);
karena menurut aturan Chargaff G=C berarti kandungan C=16.6%.

Menjawab: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A; 4,08nm; A=T=33,3%; G=C=16,7%

Tugas. Apa yang akan menjadi komposisi untai DNA kedua jika yang pertama mengandung 18% guanin, 30% adenin dan 20% timin?

Keputusan

1. Mengetahui bahwa rantai molekul DNA saling melengkapi, kami menentukan kandungan nukleotida (dalam%) dalam rantai kedua:

karena pada rantai pertama G = 18%, maka pada rantai kedua C = 18%;
karena pada rantai pertama A = 30%, maka pada rantai kedua T = 30%;
karena pada rantai pertama T = 20%, maka pada rantai kedua A = 20%;

2. Tentukan kandungan sitosin pada rantai pertama (dalam%).

Mari kita rangkum kandungan tiga jenis nukleotida lain dalam untai DNA pertama: 18% + 30% + 20% = 68% (G+A+T);

Tentukan proporsi sitosin pada untai DNA pertama: 100% - 68% = 32% (C);

Jika pada rantai pertama C=32%, maka pada rantai kedua G=32%.

Menjawab: C=18%; T=30%; J=20%; G=32%

Tugas. Dalam molekul DNA, ada 23% nukleotida adenil dari jumlah total nukleotida. Tentukan jumlah nukleotida timidil dan sitosil.

Keputusan

1. Menurut aturan Chargaff, kami menemukan kandungan nukleotida timidil dalam molekul DNA yang diberikan: A=T=23%.
2. Temukan jumlah (dalam%) kandungan nukleotida adenil dan timidil dalam molekul DNA yang diberikan: 23% + 23% = 46%.
3. Tentukan jumlah (dalam%) kandungan nukleotida guani dan sitosil dalam molekul DNA ini: 100% - 46% = 54%.
4. Menurut aturan Chargaff, dalam molekul DNA G=C, totalnya adalah 54%, dan masing-masing: 54% : 2 = 27%.

Menjawab: T=23%; C=27%

Tugas. Mengingat molekul DNA dengan berat molekul relatif 69 ribu, 8625 di antaranya adalah nukleotida adenil. Berat molekul relatif satu nukleotida rata-rata 345. Berapa banyak nukleotida yang ada secara individual dalam DNA ini? Berapa panjang molekulnya?

Keputusan

1. Tentukan berapa banyak nukleotida adenil dalam molekul DNA yang diberikan: 8625: 345 = 25.
2. Menurut aturan Chargaff, A=G, yaitu, dalam molekul DNA ini A=T=25.
3. Tentukan berapa banyak dari total berat molekul DNA ini adalah bagian dari nukleotida guanil: 69.000 - (8625x2) = 51.750.
4. Tentukan jumlah total nukleotida guanil dan sitosil dalam DNA ini: 51 750:345=150.
5. Tentukan kandungan nukleotida guani dan sitosil secara terpisah: 150:2 = 75;
6. Tentukan panjang molekul DNA ini: (25 + 75) x 0,34 = 34 nm.

Menjawab: A=T=25; G=C=75; 34nm.

Tugas. Menurut beberapa ilmuwan, panjang total semua molekul DNA dalam inti satu sel benih manusia adalah sekitar 102 cm Berapa banyak pasangan basa yang ada dalam DNA satu sel (1 nm = 10–6 mm)?

Keputusan

1. Konversi sentimeter ke milimeter dan nanometer: 102 cm = 1020 mm = 1.020.000.000 nm.
2. Mengetahui panjang satu nukleotida (0,34 nm), kita menentukan jumlah pasangan basa yang terkandung dalam molekul DNA gamet manusia: (102 x 107): 0,34 = 3 x 109 pasang.

Menjawab: 3x109 pasang.

Pekerjaan rumah

1. Belajar abstrak

2. menyelesaikan masalah

Pilihan 1

1. Fragmen dari satu rantai molekul DNA diberikan: C-A-A-A-T-T-G-G-A-C-G-G-G. Tentukan kandungan (dalam%) setiap jenis nukleotida dan panjang fragmen molekul DNA ini.

2. 880 nukleotida guanil ditemukan dalam molekul DNA, yang merupakan 22% dari jumlah total nukleotida DNA ini? Tentukan berapa banyak nukleotida lain yang terkandung (secara individual) dalam molekul DNA ini. Berapa panjang DNA ini?

pilihan 2

1. Fragmen dari satu rantai molekul DNA diberikan: A-G-C-C-G-G-G-A-A-T-T-A. Tentukan kandungan (dalam%) setiap jenis nukleotida dan panjang fragmen molekul DNA ini.

2. Dalam molekul DNA, ditemukan 250 nukleotida timidil, yang merupakan 22,5% dari jumlah total nukleotida DNA ini. Tentukan berapa banyak nukleotida lain yang terkandung (secara individual) dalam molekul DNA ini. Berapa panjang DNA ini?

3. Distribusikan abstrak dengan opsi. Opsi 1 - DNA; opsi 2 - RNA.

1. Molekul untai tunggal.
2. Molekul untai ganda.
3. Mengandung adenin, urasil, guanin, sitosin.
4. Mengandung adenin, timin, guanin, sitosin.
5. Ribosa adalah bagian dari nukleotida.
6. Nukleotida mengandung deoksiribosa.
7. Didalamnya terdapat nukleus, kloroplas, mitokondria, sentriol, ribosom, sitoplasma.
8. Di dalam nukleus, kloroplas, mitokondria.
9. Berpartisipasi dalam penyimpanan, reproduksi dan transmisi informasi turun-temurun.
10. Berpartisipasi dalam transfer informasi turun-temurun.