Berapa banyak basa nitrogen yang mengkode 56 asam amino. Apa kode genetiknya: informasi umum

Nukleotida DNA dan RNA
  1. Purin: adenin, guanin
  2. Pirimidin: sitosin, timin (urasil)

kodon- triplet nukleotida yang mengkode asam amino tertentu.
tab. 1. Asam amino yang biasa ditemukan dalam protein
Nama Singkatan
1. Alaninala
2. ArgininArg
3. Asparaginasn
4. Asam aspartatasp
5. SisteinCys
6. Asam glutamatlem
7. GlutaminGln
8. Glisingly
9. HistidinMiliknya
10. Isoleusinile
11. LeusinLeu
12. LisinLys
13. Metioninbertemu
14. FenilalaninPhe
15. ProlinPro
16. Seriser
17. Treoninamelalui
18. Triptofantrp
19. TirosinTiru
20. ValinVal

Kode genetik, yang juga disebut kode asam amino, adalah sistem untuk merekam informasi tentang urutan asam amino dalam protein menggunakan urutan residu nukleotida dalam DNA yang mengandung salah satu dari 4 basa nitrogen: adenin (A), guanin (G), sitosin (C), dan timin (T). Namun, karena heliks DNA untai ganda tidak secara langsung terlibat dalam sintesis protein yang dikodekan oleh salah satu untai ini (yaitu RNA), kode tersebut ditulis dalam bahasa RNA, di mana urasil (U) disertakan sebagai pengganti timin. Untuk alasan yang sama, biasanya dikatakan bahwa kode adalah urutan nukleotida, bukan pasangan basa.

Kode genetik diwakili oleh kata kode tertentu - kodon.

Kata kode pertama diuraikan oleh Nirenberg dan Mattei pada tahun 1961. Mereka memperoleh ekstrak dari E. coli yang mengandung ribosom dan faktor lain yang diperlukan untuk sintesis protein. Hasilnya adalah sistem bebas sel untuk sintesis protein, yang dapat merakit protein dari asam amino jika mRNA yang diperlukan ditambahkan ke media. Dengan menambahkan RNA sintetik, yang hanya terdiri dari urasil, ke dalam medium, mereka menemukan bahwa protein yang terbentuk hanya terdiri dari fenilalanin (polifenilalanin). Jadi ditemukan bahwa triplet nukleotida UUU (kodon) sesuai dengan fenilalanin. Selama 5-6 tahun berikutnya, semua kodon kode genetik ditentukan.

Kode genetik adalah sejenis kamus yang menerjemahkan teks yang ditulis dengan empat nukleotida menjadi teks protein yang ditulis dengan 20 asam amino. Sisa asam amino yang ditemukan dalam protein adalah modifikasi dari salah satu dari 20 asam amino.

Sifat-sifat kode genetik

Kode genetik memiliki sifat-sifat berikut.

  1. Tripletitas Setiap asam amino sesuai dengan rangkap tiga nukleotida. Sangat mudah untuk menghitung bahwa ada 4 3 = 64 kodon. Dari jumlah tersebut, 61 adalah semantik dan 3 tidak berarti (terminating, stop kodon).
  2. Kontinuitas(tidak ada karakter pemisah antara nukleotida) - tidak adanya tanda baca intragenik;

    Dalam gen, setiap nukleotida adalah bagian dari kodon yang signifikan. Pada tahun 1961 Seymour Benzer dan Francis Crick secara eksperimental membuktikan kode triplet dan kontinuitasnya (kekompakan) [menunjukkan]

    Inti dari percobaan: mutasi "+" - penyisipan satu nukleotida. Mutasi "-" - hilangnya satu nukleotida.

    Mutasi tunggal ("+" atau "-") pada awal gen atau mutasi ganda ("+" atau "-") merusak seluruh gen.

    Mutasi rangkap tiga ("+" atau "-") pada awal gen hanya merusak sebagian gen.

    Mutasi empat kali lipat "+" atau "-" kembali merusak seluruh gen.

    Percobaan dilakukan pada dua gen fag yang berdekatan dan menunjukkan bahwa

    1. kodenya triplet dan tidak ada tanda baca di dalam gen
    2. ada tanda baca di antara gen
  3. Adanya tanda baca intergenik- kehadiran di antara kembar tiga kodon awal (mereka memulai biosintesis protein), kodon - terminator (menunjukkan akhir biosintesis protein);

    Secara konvensional, kodon AUG juga termasuk tanda baca - yang pertama setelah urutan pemimpin. Ini melakukan fungsi huruf kapital. Dalam posisi ini, ia mengkode formilmetionin (pada prokariota).

    Pada akhir setiap gen yang mengkode polipeptida, setidaknya ada satu dari 3 kodon terminasi, atau sinyal berhenti: UAA, UAG, UGA. Mereka menghentikan siaran.

  4. kolinearitas- korespondensi urutan linier kodon mRNA dan asam amino dalam protein.
  5. Kekhususan- setiap asam amino hanya sesuai dengan kodon tertentu yang tidak dapat digunakan untuk asam amino lain.
  6. searah- kodon dibaca dalam satu arah - dari nukleotida pertama ke nukleotida berikutnya
  7. Degenerasi, atau redundansi, - satu asam amino dapat dikodekan oleh beberapa kembar tiga (asam amino - 20, kemungkinan kembar tiga - 64, 61 di antaranya semantik, yaitu, rata-rata, setiap asam amino sesuai dengan sekitar 3 kodon); pengecualian adalah metionin (Met) dan triptofan (Trp).

    Alasan degenerasi kode adalah bahwa beban semantik utama dibawa oleh dua nukleotida pertama dalam triplet, dan yang ketiga tidak begitu penting. Dari sini aturan degenerasi kode : jika dua kodon memiliki dua nukleotida pertama yang identik, dan nukleotida ketiganya termasuk dalam kelas yang sama (purin atau pirimidin), maka mereka mengkode asam amino yang sama.

    Namun, ada dua pengecualian untuk aturan ideal ini. Ini adalah kodon AUA, yang seharusnya tidak sesuai dengan isoleusin, tetapi dengan metionin, dan kodon UGA, yang merupakan terminator, sementara itu harus sesuai dengan triptofan. Degenerasi kode jelas memiliki nilai adaptif.

  8. keserbagunaan- semua sifat kode genetik yang tercantum di atas adalah karakteristik semua organisme hidup.
    kodon Kode universal Kode mitokondria
    Vertebrata Invertebrata Ragi Tanaman
    UGABERHENTItrptrptrpBERHENTI
    AUilebertemubertemubertemuile
    CULeuLeuLeumelaluiLeu
    AGAArgBERHENTIserArgArg
    AGGArgBERHENTIserArgArg

    Baru-baru ini, prinsip universalitas kode telah terguncang sehubungan dengan penemuan Berell pada tahun 1979 tentang kode ideal mitokondria manusia, di mana aturan degenerasi kode terpenuhi. Dalam kode mitokondria, kodon UGA sesuai dengan triptofan dan AUA dengan metionin, seperti yang dipersyaratkan oleh aturan degenerasi kode.

    Mungkin, pada awal evolusi, semua organisme paling sederhana memiliki kode yang sama dengan mitokondria, dan kemudian mengalami sedikit penyimpangan.

  9. tidak tumpang tindih- masing-masing triplet dari teks genetik tidak tergantung satu sama lain, satu nukleotida hanya merupakan bagian dari satu triplet; pada gambar. menunjukkan perbedaan antara kode yang tumpang tindih dan tidak tumpang tindih.

    Pada tahun 1976 X174 DNA fag diurutkan. Ini memiliki DNA melingkar beruntai tunggal dari 5375 nukleotida. Fag diketahui mengkodekan 9 protein. Untuk 6 dari mereka, gen yang terletak satu demi satu diidentifikasi.

    Ternyata ada tumpang tindih. Gen E sepenuhnya berada di dalam gen D. Kodon awalnya muncul sebagai akibat dari pergeseran satu nukleotida dalam pembacaan. Gen J dimulai di mana gen D berakhir. Kodon awal gen J tumpang tindih dengan kodon stop gen D dengan pergeseran dua nukleotida. Desainnya disebut "pergeseran kerangka pembacaan" oleh sejumlah nukleotida yang bukan kelipatan tiga. Sampai saat ini, tumpang tindih hanya ditunjukkan untuk beberapa fag.

  10. Kekebalan kebisingan- rasio jumlah substitusi konservatif dengan jumlah substitusi radikal.

    Mutasi substitusi nukleotida yang tidak menyebabkan perubahan kelas asam amino yang disandikan disebut konservatif. Mutasi substitusi nukleotida yang menyebabkan perubahan kelas asam amino yang disandikan disebut radikal.

    Karena asam amino yang sama dapat dikodekan oleh triplet yang berbeda, beberapa substitusi dalam triplet tidak menyebabkan perubahan pada asam amino yang dikodekan (misalnya, UUU -> UUC meninggalkan fenilalanin). Beberapa substitusi mengubah asam amino ke yang lain dari kelas yang sama (non-polar, polar, basa, asam), substitusi lain juga mengubah kelas asam amino.

    Dalam setiap triplet, 9 substitusi tunggal dapat dilakukan, yaitu. Anda dapat memilih posisi mana yang akan diubah - dalam tiga cara (ke-1 atau ke-2 atau ke-3), dan huruf yang dipilih (nukleotida) dapat diubah menjadi 4-1 = 3 huruf lainnya (nukleotida). Jumlah total kemungkinan substitusi nukleotida adalah 61 kali 9 = 549.

    Dengan menghitung langsung pada tabel kode genetik, seseorang dapat memverifikasi bahwa: 23 substitusi nukleotida menyebabkan munculnya kodon - terminator translasi. 134 substitusi tidak mengubah asam amino yang dikodekan. 230 substitusi tidak mengubah kelas asam amino yang dikodekan. 162 substitusi menyebabkan perubahan kelas asam amino, yaitu radikal. Dari 183 substitusi nukleotida ke-3, 7 menyebabkan munculnya terminator translasi, dan 176 bersifat konservatif. Dari 183 substitusi nukleotida pertama, 9 mengarah pada munculnya terminator, 114 bersifat konservatif dan 60 bersifat radikal. Dari 183 substitusi nukleotida ke-2, 7 menyebabkan munculnya terminator, 74 bersifat konservatif, dan 102 bersifat radikal.


Dalam sel dan organisme apa pun, semua fitur dari sifat anatomis, morfologis, dan fungsional ditentukan oleh struktur protein yang termasuk di dalamnya. Sifat turun-temurun dari suatu organisme adalah kemampuan untuk mensintesis protein tertentu. Asam amino terletak dalam rantai polipeptida, di mana karakteristik biologis bergantung.
Setiap sel memiliki urutan nukleotida sendiri dalam rantai polinukleotida DNA. Ini adalah kode genetik DNA. Melalui itu, informasi tentang sintesis protein tertentu dicatat. Tentang apa itu kode genetik, tentang sifat-sifatnya, dan informasi genetik dijelaskan dalam artikel ini.

Sedikit sejarah

Gagasan bahwa mungkin ada kode genetik dirumuskan oleh J. Gamow dan A. Down pada pertengahan abad kedua puluh. Mereka menggambarkan bahwa urutan nukleotida yang bertanggung jawab untuk sintesis asam amino tertentu mengandung setidaknya tiga tautan. Kemudian mereka membuktikan jumlah pasti dari tiga nukleotida (ini adalah unit kode genetik), yang disebut triplet atau kodon. Ada enam puluh empat nukleotida total, karena molekul asam, di mana atau RNA terjadi, terdiri dari residu dari empat nukleotida yang berbeda.

Apa kode genetiknya?

Metode pengkodean urutan protein asam amino karena urutan nukleotida adalah karakteristik dari semua sel dan organisme hidup. Begitulah kode genetiknya.
Ada empat nukleotida dalam DNA:

  • adenin - A;
  • guanin - G;
  • sitosin - C;
  • timin - T

Mereka ditunjukkan dengan huruf kapital dalam bahasa Latin atau (dalam literatur berbahasa Rusia) Rusia.
RNA juga memiliki empat nukleotida, tetapi salah satunya berbeda dari DNA:

  • adenin - A;
  • guanin - G;
  • sitosin - C;
  • urasil - U.

Semua nukleotida berbaris dalam rantai, dan dalam DNA diperoleh heliks ganda, dan dalam RNA itu tunggal.
Protein dibangun di mana mereka, terletak dalam urutan tertentu, menentukan sifat biologisnya.

Sifat-sifat kode genetik

Tripletitas. Satuan kode genetik terdiri dari tiga huruf yaitu triplet. Ini berarti bahwa dua puluh asam amino yang ada dikodekan oleh tiga nukleotida spesifik yang disebut kodon atau trilpet. Ada enam puluh empat kombinasi yang dapat dibuat dari empat nukleotida. Jumlah ini lebih dari cukup untuk mengkodekan dua puluh asam amino.
Degenerasi. Setiap asam amino berhubungan dengan lebih dari satu kodon, kecuali metionin dan triptofan.
Ketidakjelasan. Satu kodon mengkode satu asam amino. Misalnya, pada gen orang sehat dengan informasi tentang target beta hemoglobin, triplet GAG dan GAA mengkode A pada setiap orang yang menderita anemia sel sabit, satu nukleotida berubah.
kolinearitas. Urutan asam amino selalu sesuai dengan urutan nukleotida yang dikandung gen.
Kode genetiknya kontinu dan kompak, yang berarti tidak memiliki "tanda baca". Artinya, mulai dari kodon tertentu, ada pembacaan terus menerus. Misalnya, AUGGUGTSUUAAAUGUG akan dibaca sebagai: AUG, GUG, CUU, AAU, GUG. Tapi tidak AUG, UGG, dan sebagainya, atau dengan cara lain.
Keserbagunaan. Ini sama untuk semua organisme darat, dari manusia hingga ikan, jamur, dan bakteri.

Meja

Tidak semua asam amino yang tersedia ada dalam tabel yang disajikan. Hidroksiprolin, hidroksilisin, fosfoserin, turunan iodo dari tirosin, sistin dan beberapa lainnya tidak ada, karena mereka adalah turunan dari asam amino lain yang dikodekan oleh mRNA dan dibentuk setelah modifikasi protein sebagai hasil translasi.
Dari sifat-sifat kode genetik diketahui bahwa satu kodon mampu mengkode satu asam amino. Pengecualian adalah kode genetik yang melakukan fungsi dan kode tambahan untuk valin dan metionin. RNA, pada awalnya dengan kodon, menempelkan t-RNA yang membawa formil metion. Setelah menyelesaikan sintesis, ia membelah dirinya sendiri dan membawa residu formil bersamanya, berubah menjadi residu metionin. Dengan demikian, kodon di atas adalah inisiator sintesis rantai polipeptida. Jika mereka tidak di awal, maka mereka tidak berbeda dari yang lain.

informasi genetik

Konsep ini berarti program sifat yang diturunkan dari nenek moyang. Itu tertanam dalam keturunan sebagai kode genetik.
Diimplementasikan selama sintesis protein kode genetik:

  • informasi dan RNA;
  • rRNA ribosom.

Informasi ditransmisikan melalui komunikasi langsung (DNA-RNA-protein) dan sebaliknya (environment-protein-DNA).
Organisme dapat menerima, menyimpan, mentransfer, dan menggunakannya dengan paling efektif.
Diwarisi, informasi menentukan perkembangan suatu organisme. Tetapi karena interaksi dengan lingkungan, reaksi yang terakhir terdistorsi, yang menyebabkan evolusi dan perkembangan terjadi. Dengan demikian, informasi baru diletakkan di dalam tubuh.


Perhitungan hukum biologi molekuler dan penemuan kode genetik menggambarkan perlunya menggabungkan genetika dengan teori Darwin, yang menjadi dasar munculnya teori evolusi sintetik - biologi non-klasik.
Keturunan, variabilitas dan seleksi alam Darwin dilengkapi dengan seleksi yang ditentukan secara genetik. Evolusi diwujudkan pada tingkat genetik melalui mutasi acak dan pewarisan sifat-sifat paling berharga yang paling disesuaikan dengan lingkungan.

Menguraikan kode manusia

Pada tahun sembilan puluhan, Proyek Genom Manusia diluncurkan, sebagai akibatnya, pada tahun 2000-an, fragmen genom yang mengandung 99,99% gen manusia ditemukan. Fragmen yang tidak terlibat dalam sintesis protein dan tidak dikodekan tetap tidak diketahui. Peran mereka masih belum diketahui.

Kromosom 1, terakhir ditemukan pada tahun 2006, adalah yang terpanjang dalam genom. Lebih dari tiga ratus lima puluh penyakit, termasuk kanker, muncul sebagai akibat dari kelainan dan mutasi di dalamnya.

Peran penelitian semacam itu hampir tidak dapat ditaksir terlalu tinggi. Ketika mereka menemukan apa itu kode genetik, itu menjadi diketahui sesuai dengan perkembangan pola apa yang terjadi, bagaimana struktur morfologis, jiwa, kecenderungan terhadap penyakit tertentu, metabolisme, dan sifat buruk individu terbentuk.

Dalam metabolisme tubuh peran utama termasuk protein dan asam nukleat.
Zat protein membentuk dasar dari semua struktur sel vital, memiliki reaktivitas yang sangat tinggi, dan memiliki fungsi katalitik.
Asam nukleat adalah bagian dari organ terpenting sel - nukleus, serta sitoplasma, ribosom, mitokondria, dll. Asam nukleat memainkan peran utama yang penting dalam hereditas, variabilitas tubuh, dan sintesis protein.

Rencana perpaduan protein disimpan dalam inti sel, dan sintesis langsung terjadi di luar nukleus, sehingga perlu jasa pengiriman dikodekan rencana dari nukleus ke tempat sintesis. Layanan pengiriman ini dilakukan oleh molekul RNA.

Prosesnya dimulai pada inti sel: bagian dari "tangga" DNA terbuka dan terbuka. Karena ini, huruf RNA membentuk ikatan dengan huruf DNA terbuka dari salah satu untai DNA. Enzim mentransfer huruf-huruf RNA untuk menghubungkannya menjadi utas. Jadi huruf-huruf DNA "ditulis ulang" menjadi huruf-huruf RNA. Rantai RNA yang baru terbentuk dipisahkan, dan "tangga" DNA berputar lagi. Proses membaca informasi dari DNA dan mensintesis template RNA-nya disebut transkripsi , dan RNA yang disintesis disebut informasional atau i-RNA .

Setelah modifikasi lebih lanjut, mRNA yang disandikan semacam ini sudah siap. i-RNA keluar dari nukleus dan pergi ke situs sintesis protein, di mana huruf i-RNA diuraikan. Setiap set tiga huruf i-RNA membentuk "huruf" yang mewakili satu asam amino tertentu.

Jenis RNA lain mencari asam amino ini, menangkapnya dengan bantuan enzim, dan mengirimkannya ke tempat sintesis protein. RNA ini disebut RNA transfer, atau tRNA. Saat pesan mRNA dibaca dan diterjemahkan, rantai asam amino tumbuh. Rantai ini berkelok-kelok dan terlipat menjadi bentuk yang unik, menciptakan satu jenis protein. Bahkan proses pelipatan protein luar biasa: menggunakan komputer untuk menghitung semuanya pilihan dibutuhkan 1027 (!) tahun untuk melipat protein berukuran sedang yang terdiri dari 100 asam amino. Dan untuk pembentukan rantai 20 asam amino dalam tubuh, dibutuhkan tidak lebih dari satu detik, dan proses ini terjadi terus menerus di seluruh sel tubuh.

Gen, kode genetik dan sifat-sifatnya.

Sekitar 7 miliar orang hidup di Bumi. Kecuali 25-30 juta pasang kembar identik, maka secara genetik semua orang berbeda : masing-masing unik, memiliki karakteristik turun-temurun yang unik, sifat-sifat karakter, kemampuan, temperamen.

Perbedaan seperti itu dijelaskan perbedaan genotipe- set gen suatu organisme; masing-masing unik. Ciri-ciri genetik organisme tertentu diwujudkan dalam protein - akibatnya, struktur protein satu orang berbeda, meskipun sedikit, dari protein orang lain.

Itu tidak berarti bahwa manusia tidak memiliki protein yang persis sama. Protein yang melakukan fungsi yang sama mungkin sama atau sangat sedikit berbeda satu atau dua asam amino satu sama lain. Tetapi tidak ada di Bumi manusia (dengan pengecualian kembar identik), di mana semua protein akan menjadi adalah sama .

Informasi tentang struktur utama protein dikodekan sebagai urutan nukleotida di bagian molekul DNA, gen - unit informasi turun-temurun dari suatu organisme. Setiap molekul DNA mengandung banyak gen. Totalitas semua gen suatu organisme membentuk genotip . Dengan demikian,

Gen adalah unit informasi herediter suatu organisme, yang sesuai dengan bagian DNA yang terpisah

Informasi herediter dikodekan menggunakan kode genetik , yang universal untuk semua organisme dan hanya berbeda dalam pergantian nukleotida yang membentuk gen dan kode untuk protein organisme tertentu.

Kode genetik terdiri dari triplet (kembar tiga) nukleotida DNA, digabungkan dalam urutan yang berbeda (AAT, HCA, ACG, THC, dll.), yang masing-masing mengkodekan asam amino tertentu (yang akan dibangun ke dalam rantai polipeptida).

Sebenarnya kode menghitung urutan nukleotida dalam molekul i-RNA , karena menghilangkan informasi dari DNA (proses transkripsi ) dan menerjemahkannya ke dalam urutan asam amino dalam molekul protein yang disintesis (proses siaran ).
Komposisi mRNA termasuk nukleotida A-C-G-U, yang kembar tiganya disebut kodon : triplet DNA CHT pada mRNA akan menjadi triplet HCA, dan triplet DNA AAG akan menjadi triplet UUC. Tepat kodon i-RNA mencerminkan kode genetik dalam catatan.

Dengan demikian, kode genetik - sistem terpadu untuk merekam informasi herediter dalam molekul asam nukleat dalam bentuk urutan nukleotida . Kode genetik didasarkan pada penggunaan alfabet yang hanya terdiri dari empat huruf nukleotida yang berbeda dalam basa nitrogen: A, T, G, C.

Sifat utama dari kode genetik:

1. Kode genetik tiga serangkai. Triplet (kodon) adalah urutan tiga nukleotida yang mengkode satu asam amino. Karena protein mengandung 20 asam amino, jelas bahwa masing-masing tidak dapat dikodekan oleh satu nukleotida ( karena hanya ada empat jenis nukleotida dalam DNA, dalam hal ini 16 asam amino tetap tidak terkode). Dua nukleotida untuk mengkode asam amino juga tidak cukup, karena dalam hal ini hanya 16 asam amino yang dapat dikodekan. Ini berarti bahwa jumlah nukleotida terkecil yang mengkode satu asam amino harus setidaknya tiga. Dalam hal ini, jumlah kemungkinan triplet nukleotida adalah 43 = 64.

2. Redundansi (degenerasi) Kode tersebut merupakan konsekuensi dari sifat tripletnya dan berarti bahwa satu asam amino dapat dikodekan oleh beberapa triplet (karena ada 20 asam amino, dan ada 64 triplet), dengan pengecualian metionin dan triptofan, yang dikodekan hanya oleh satu tiga serangkai. Selain itu, beberapa triplet melakukan fungsi spesifik: dalam molekul mRNA, triplet UAA, UAG, UGA adalah kodon terminasi, mis. berhenti-sinyal yang menghentikan sintesis rantai polipeptida. Triplet yang sesuai dengan metionin (AUG), berdiri di awal rantai DNA, tidak mengkodekan asam amino, tetapi melakukan fungsi membaca (menggairahkan).

3. Ketidakjelasan kode - bersama dengan redundansi, kode memiliki properti keunikan : setiap kodon hanya cocok satu asam amino tertentu.

4. kolinearitas kode, yaitu urutan nukleotida dalam gen tepat sesuai dengan urutan asam amino dalam protein.

5. Kode genetik tidak tumpang tindih dan kompak , yaitu tidak mengandung "tanda baca". Artinya, proses pembacaan tidak memungkinkan adanya kemungkinan tumpang tindih kolom (triplet), dan mulai dari kodon tertentu pembacaan berlangsung terus menerus tiga demi tiga sampai berhenti-sinyal ( kodon terminasi).

6. Kode genetik universal , yaitu, gen nuklir dari semua organisme mengkodekan informasi tentang protein dengan cara yang sama, terlepas dari tingkat organisasi dan posisi sistematis organisme ini.

Ada tabel kode genetik untuk dekripsi kodon i-RNA dan membangun rantai molekul protein.

Reaksi sintesis matriks

Dalam sistem kehidupan, ada reaksi yang tidak diketahui di alam mati - reaksi sintesis matriks.

Istilah "matriks" dalam teknologi mereka menunjukkan bentuk yang digunakan untuk melemparkan koin, medali, jenis tipografi: logam yang dikeraskan secara tepat mereproduksi semua detail bentuk yang digunakan untuk pengecoran. Sintesis matriks menyerupai pengecoran pada matriks: molekul baru disintesis sesuai dengan rencana yang ditetapkan dalam struktur molekul yang sudah ada.

Prinsip matriks terletak pada intinya reaksi sintetik sel yang paling penting, seperti sintesis asam nukleat dan protein. Dalam reaksi ini, urutan unit monomer yang tepat dan sangat spesifik dalam polimer yang disintesis disediakan.

Di sinilah arah menarik monomer ke lokasi tertentu sel - menjadi molekul yang berfungsi sebagai matriks tempat reaksi berlangsung. Jika reaksi seperti itu terjadi sebagai akibat dari tumbukan acak molekul, mereka akan berlangsung sangat lambat. Sintesis molekul kompleks berdasarkan prinsip matriks dilakukan dengan cepat dan akurat. Peran matriks makromolekul asam nukleat berperan dalam reaksi matriks DNA atau RNA .

molekul monomer, dari mana polimer disintesis - nukleotida atau asam amino - sesuai dengan prinsip saling melengkapi diatur dan diperbaiki pada matriks dalam urutan yang ditentukan sebelumnya secara ketat.

Kemudian datang "ikatan silang" unit monomer menjadi rantai polimer, dan polimer jadi dijatuhkan dari matriks.

Setelah itu matriks siap untuk perakitan molekul polimer baru. Jelas bahwa hanya satu koin, satu huruf dapat dicetak pada cetakan tertentu, sehingga hanya satu polimer yang dapat "dirakit" pada molekul matriks tertentu.

Jenis reaksi matriks- ciri khusus kimia sistem kehidupan. Mereka adalah dasar dari sifat dasar semua makhluk hidup - kemampuannya untuk mereproduksi jenisnya sendiri.

Reaksi sintesis matriks

1. replikasi DNA - replikasi (dari lat. replicatio - pembaruan) - proses sintesis molekul anak dari asam deoksiribonukleat pada matriks molekul DNA induk. Selama pembelahan sel induk berikutnya, setiap sel anak menerima satu salinan molekul DNA yang identik dengan DNA sel induk asli. Proses ini memastikan transmisi informasi genetik yang akurat dari generasi ke generasi. Replikasi DNA dilakukan oleh kompleks enzim kompleks, yang terdiri dari 15-20 protein berbeda, yang disebut balasan . Bahan untuk sintesis adalah nukleotida bebas yang ada di sitoplasma sel. Arti biologis dari replikasi terletak pada transfer yang tepat dari informasi herediter dari molekul induk ke molekul anak, yang biasanya terjadi selama pembelahan sel somatik.

Molekul DNA terdiri dari dua untai komplementer. Rantai ini disatukan oleh ikatan hidrogen lemah yang dapat diputus oleh enzim. Molekul DNA mampu menggandakan diri (replikasi), dan separuh baru disintesis pada setiap separuh molekul lama.
Selain itu, molekul mRNA dapat disintesis pada molekul DNA, yang kemudian mentransfer informasi yang diterima dari DNA ke tempat sintesis protein.

Transfer informasi dan sintesis protein mengikuti prinsip matriks, sebanding dengan pekerjaan mesin cetak di percetakan. Informasi dari DNA disalin berulang-ulang. Jika terjadi kesalahan selama penyalinan, kesalahan tersebut akan diulangi di semua salinan berikutnya.

Benar, beberapa kesalahan dalam menyalin informasi oleh molekul DNA dapat diperbaiki - proses menghilangkan kesalahan disebut ganti rugi. Reaksi pertama dalam proses transfer informasi adalah replikasi molekul DNA dan sintesis untai DNA baru.

2. Transkripsi (dari bahasa Latin transcriptio - penulisan ulang) - proses sintesis RNA menggunakan DNA sebagai cetakan, terjadi di semua sel hidup. Dengan kata lain, ini adalah transfer informasi genetik dari DNA ke RNA.

Transkripsi dikatalisis oleh enzim RNA polimerase yang bergantung pada DNA. RNA polimerase bergerak sepanjang molekul DNA ke arah 3" → 5". Transkripsi terdiri dari langkah-langkah inisiasi, elongasi dan terminasi . Unit transkripsi adalah operon, fragmen molekul DNA yang terdiri dari promotor, bagian yang ditranskripsi, dan terminator . i-RNA terdiri dari satu untai dan disintesis pada DNA sesuai dengan aturan komplementaritas dengan partisipasi enzim yang mengaktifkan awal dan akhir sintesis molekul i-RNA.

Molekul mRNA yang sudah jadi memasuki sitoplasma pada ribosom, di mana sintesis rantai polipeptida berlangsung.

3. Siaran (dari lat. terjemahan- transfer, pergerakan) - proses sintesis protein dari asam amino pada matriks informasional (matriks) RNA (mRNA, mRNA) yang dilakukan oleh ribosom. Dengan kata lain, ini adalah proses menerjemahkan informasi yang terkandung dalam urutan nukleotida i-RNA menjadi urutan asam amino dalam polipeptida.

4. transkripsi terbalik adalah proses pembentukan DNA untai ganda berdasarkan informasi dari RNA untai tunggal. Proses ini disebut transkripsi terbalik, karena transfer informasi genetik terjadi dalam arah "terbalik" relatif terhadap transkripsi. Gagasan transkripsi terbalik pada awalnya sangat tidak populer, karena bertentangan dengan dogma sentral biologi molekuler, yang mengasumsikan bahwa DNA ditranskripsi menjadi RNA dan kemudian diterjemahkan menjadi protein.

Namun, pada tahun 1970, Temin dan Baltimore secara independen menemukan enzim yang disebut transkriptase balik (revertase) , dan kemungkinan transkripsi terbalik akhirnya dikonfirmasi. Pada tahun 1975, Temin dan Baltimore dianugerahi Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran. Beberapa virus (seperti human immunodeficiency virus yang menyebabkan infeksi HIV) memiliki kemampuan untuk mentranskripsi RNA menjadi DNA. HIV memiliki genom RNA yang terintegrasi ke dalam DNA. Akibatnya, DNA virus dapat digabungkan dengan genom sel inang. Enzim utama yang bertanggung jawab untuk sintesis DNA dari RNA disebut membalikkan. Salah satu fungsi reversease adalah untuk membuat DNA komplementer (cDNA) dari genom virus. Enzim terkait ribonuklease memotong RNA, dan reversetase mensintesis cDNA dari heliks ganda DNA. cDNA diintegrasikan ke dalam genom sel inang oleh integrase. Hasilnya adalah Sintesis protein virus oleh sel inang yang membentuk virus baru. Dalam kasus HIV, apoptosis (kematian sel) limfosit T juga diprogram. Dalam kasus lain, sel dapat tetap menjadi distributor virus.

Urutan reaksi matriks dalam biosintesis protein dapat direpresentasikan sebagai diagram.

Dengan demikian, biosintesis protein- ini adalah salah satu jenis pertukaran plastik, di mana informasi herediter yang dikodekan dalam gen DNA diwujudkan dalam urutan asam amino tertentu dalam molekul protein.

Molekul protein pada dasarnya rantai polipeptida terdiri dari asam amino individu. Tetapi asam amino tidak cukup aktif untuk terhubung satu sama lain sendiri. Oleh karena itu, sebelum mereka bergabung satu sama lain dan membentuk molekul protein, asam amino harus: mengaktifkan . Aktivasi ini terjadi di bawah aksi enzim khusus.

Sebagai hasil aktivasi, asam amino menjadi lebih labil dan, di bawah aksi enzim yang sama, berikatan dengan t- RNA. Setiap asam amino sesuai dengan t- RNA, yang menemukan asam amino "nya" dan bertahan itu ke dalam ribosom.

Oleh karena itu, ribosom menerima berbagai asam amino teraktivasi terkait dengan t- RNA. Ribosom seperti konveyor untuk merakit rantai protein dari berbagai asam amino yang masuk.

Bersamaan dengan t-RNA, di mana asam aminonya sendiri "duduk", " sinyal» dari DNA yang terkandung dalam nukleus. Sesuai dengan sinyal ini, satu atau lain protein disintesis di ribosom.

Pengaruh mengarahkan DNA pada sintesis protein tidak dilakukan secara langsung, tetapi dengan bantuan perantara khusus - matriks atau RNA pembawa pesan (mRNA atau i-RNA), yang disintesis menjadi nukleus Itu tidak dipengaruhi oleh DNA, sehingga komposisinya mencerminkan komposisi DNA. Molekul RNA, seolah-olah, merupakan cetakan dari bentuk DNA. MRNA yang disintesis memasuki ribosom dan, seolah-olah, mentransfernya ke struktur ini rencana- dalam urutan apa asam amino yang diaktifkan yang memasuki ribosom digabungkan satu sama lain untuk mensintesis protein tertentu. Sebaliknya, informasi genetik yang dikodekan dalam DNA ditransfer ke mRNA dan kemudian ke protein.

Molekul mRNA memasuki ribosom dan berkedip dia. Segmen itu yang saat ini ada di ribosom ditentukan kodon (kembar tiga), berinteraksi dengan cara yang benar-benar spesifik dengan struktur yang cocok untuknya triplet (antikodon) dalam RNA transfer yang membawa asam amino ke dalam ribosom.

Transfer RNA dengan asam aminonya mendekati kodon mRNA tertentu dan menghubungkan dengan dia; ke situs tetangga i-RNA . berikutnya bergabung dengan tRNA lain dengan asam amino yang berbeda dan seterusnya sampai seluruh rantai i-RNA dibaca, sampai semua asam amino dirangkai dalam urutan yang sesuai, membentuk molekul protein. Dan t-RNA, yang mengantarkan asam amino ke situs spesifik dari rantai polipeptida, bebas dari asam aminonya dan keluar dari ribosom.

Kemudian lagi di sitoplasma, asam amino yang diinginkan dapat bergabung, dan akan kembali mentransfernya ke ribosom. Dalam proses sintesis protein, tidak hanya satu, tetapi beberapa ribosom, poliribosom, terlibat secara bersamaan.

Tahapan utama transfer informasi genetik:

1. Sintesis pada DNA seperti pada template mRNA (transkripsi)
2. Sintesis rantai polipeptida pada ribosom sesuai dengan program yang terdapat pada i-RNA (terjemahan) .

Tahapan bersifat universal untuk semua makhluk hidup, tetapi hubungan temporal dan spasial dari proses ini berbeda pada pro dan eukariota.

Pada prokariota transkripsi dan translasi dapat terjadi secara bersamaan karena DNA terletak di dalam sitoplasma. Pada eukariota transkripsi dan translasi dipisahkan secara ketat dalam ruang dan waktu: sintesis berbagai RNA terjadi di nukleus, setelah itu molekul RNA harus meninggalkan nukleus, melewati membran nukleus. RNA kemudian diangkut dalam sitoplasma ke tempat sintesis protein.

Mereka berbaris dalam rantai dan, dengan demikian, urutan huruf genetik diperoleh.

Kode genetik

Protein dari hampir semua organisme hidup dibangun hanya dari 20 jenis asam amino. Asam amino ini disebut kanonik. Setiap protein adalah rantai atau beberapa rantai asam amino yang terhubung dalam urutan yang ditentukan secara ketat. Urutan ini menentukan struktur protein, dan karena itu semua sifat biologisnya.

C

CUU (Leu/L) Leusin
CUC (Leu/L) Leusin
CUA (Leu/L) Leusin
CUG (Leu/L) Leusin

Pada beberapa protein, asam amino non-standar seperti selenocysteine ​​​​dan pyrrolysine dimasukkan oleh ribosom pembaca kodon berhenti, yang tergantung pada urutan dalam mRNA. Selenocysteine ​​​​sekarang dianggap sebagai yang ke-21, dan pyrrolysine sebagai asam amino ke-22 yang menyusun protein.

Terlepas dari pengecualian ini, kode genetik semua organisme hidup memiliki fitur umum: kodon terdiri dari tiga nukleotida, di mana dua yang pertama menentukan, kodon diterjemahkan oleh tRNA dan ribosom menjadi urutan asam amino.

Penyimpangan dari kode genetik standar.
Contoh kodon Nilai biasa Bacaan seperti:
Beberapa jenis ragi dari genus Kandidat CUG leusin Tenang
Mitokondria, khususnya Saccharomyces cerevisiae CU(U, C, A, G) leusin Tenang
Mitokondria tumbuhan tingkat tinggi CGG arginin triptofan
Mitokondria (di semua organisme yang dipelajari tanpa kecuali) UGA Berhenti triptofan
Mitokondria mamalia, Drosophila, S.cerevisiae dan banyak yang sederhana AU isoleusin Metionin = Mulai
prokariota GUG Valin Awal
Eukariota (jarang) CUG leusin Awal
Eukariota (jarang) GUG Valin Awal
Prokariota (jarang) UUG leusin Awal
Eukariota (jarang) ACG treonin Awal
Mitokondria mamalia AGC, AGU Tenang Berhenti
Mitokondria Drosophila AGA arginin Berhenti
Mitokondria mamalia AG(A,G) arginin Berhenti

Sejarah gagasan tentang kode genetik

Namun demikian, pada awal 1960-an, data baru mengungkapkan kegagalan hipotesis "kode bebas koma". Kemudian eksperimen menunjukkan bahwa kodon, yang dianggap oleh Crick tidak berarti, dapat memicu sintesis protein dalam tabung reaksi, dan pada tahun 1965 makna dari 64 kembar tiga telah ditetapkan. Ternyata beberapa kodon hanya berlebihan, yaitu, sejumlah asam amino dikodekan oleh dua, empat atau bahkan enam kembar tiga.

Lihat juga

Catatan

  1. Kode genetik mendukung penyisipan dua asam amino yang ditargetkan oleh satu kodon. Turanov AA, Lobanov AV, Fomenko DE, Morrison HG, Sogin ML, Klobutcher LA, Hatfield DL, Gladyshev VN. Sains. 2009 9 Januari;323(5911):259-61.
  2. Kodon AUG mengkode metionin, tetapi juga berfungsi sebagai kodon awal - sebagai aturan, terjemahan dimulai dari kodon AUG pertama mRNA.
  3. NCBI: "Kode Genetik", Disusun oleh Andrzej (Anjay) Elzanowski dan Jim Ostell
  4. Jukes TH, Osawa S, Kode genetik dalam mitokondria dan kloroplas., Pengalaman. 1990 Des 1;46(11-12):1117-26.
  5. Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (Maret 1992). "Bukti terbaru untuk evolusi kode genetik". mikrobiol. Putaran. 56 (1): 229–64. PMID 1579111.
  6. SANGER F. (1952). "Pengaturan asam amino dalam protein.". Adv Protein Kimia. 7 : 1-67. PMID 14933251 .
  7. M. Ichas kode biologis. - Perdamaian, 1971.
  8. WATSON JD, CRICK FH. (April 1953). «Struktur molekul asam nukleat; struktur untuk asam nukleat deoksiribosa.". Alam 171 : 737-738. PMID 13054692 .
  9. WATSON JD, CRICK FH. (Mei 1953). "Implikasi genetik dari struktur asam deoksiribonukleat.". Alam 171 : 964-967. PMID 13063483 .
  10. Crick F.H. (April 1966). "Kode genetik - kemarin, hari ini, dan besok." Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
  11. G.GAMOW (Februari 1954). "Kemungkinan Hubungan antara Asam Deoksiribonukleat dan Struktur Protein.". Alam 173 : 318. DOI: 10.1038/173318a0 . PMID 13882203 .
  12. GAMOW G, KAYA A, YCAS M. (1956). "Masalah transfer informasi dari asam nukleat ke protein.". Adv Biol Med Phys. 4 : 23-68. PMID 13354508 .
  13. Gamow G, Ycas M. (1955). KORELASI STATISTIK KOMPOSISI PROTEIN DAN ASAM RIBONUKLAT. ". Proc Natl Acad Sci U S A. 41 : 1011-1019. PMID 16589789 .
  14. Crick FH, Griffith JS, Orgel LE. (1957). KODE TANPA KOMA. ". Proc Natl Acad Sci U S A. 43 : 416-421. PMID 16590032.
  15. Hayes B. (1998). "Penemuan Kode Genetik." (cetak ulang PDF). ilmuwan Amerika 86 : 8-14.

literatur

  • Azimov A. Kode genetik. Dari teori evolusi hingga penguraian kode DNA. - M.: Tsentrpoligraf, 2006. - 208 s - ISBN 5-9524-2230-6.
  • Ratner V. A. Kode genetik sebagai suatu sistem - Jurnal Pendidikan Soros, 2000, 6, No. 3, hlm. 17-22.
  • Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ. Sifat umum kode genetik untuk protein - Nature, 1961 (192), hlm. 1227-32

Tautan

  • Kode genetik- artikel dari Great Soviet Encyclopedia

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Kode genetik- metode yang melekat pada semua organisme hidup untuk mengkodekan urutan residu asam amino dalam komposisi protein menggunakan urutan nukleotida dalam komposisi asam nukleat.

Empat basa nitrogen digunakan dalam DNA - adenin (A), guanin (G), sitosin (C), timin (T), yang dalam literatur Rusia dilambangkan dengan huruf A, G, C dan T. Huruf-huruf ini membentuk alfabet kode genetik. RNA menggunakan nukleotida yang sama, kecuali nukleotida yang mengandung timin, yang digantikan oleh nukleotida serupa yang mengandung urasil, yang dilambangkan dengan huruf U (U dalam literatur berbahasa Rusia). Dalam molekul DNA dan RNA, nukleotida berbaris dalam rantai dan, dengan demikian, urutan huruf genetik diperoleh.

Kode genetik

Protein dari hampir semua organisme hidup dibangun hanya dari 20 jenis asam amino. Asam amino ini disebut kanonik. Setiap protein adalah rantai atau beberapa rantai asam amino yang terhubung dalam urutan yang ditentukan secara ketat. Urutan ini menentukan struktur protein, dan karena itu semua sifat biologisnya.

Implementasi informasi genetik dalam sel hidup (yaitu, sintesis protein yang dikodekan oleh gen) dilakukan dengan menggunakan dua proses matriks: transkripsi (yaitu, sintesis mRNA pada templat DNA) dan translasi kode genetik menjadi urutan asam amino (sintesis rantai polipeptida pada mRNA). Tiga nukleotida berurutan cukup untuk mengkodekan 20 asam amino, serta sinyal berhenti, yang berarti akhir dari urutan protein. Satu set tiga nukleotida disebut triplet. Singkatan yang sesuai dengan asam amino dan kodon ditunjukkan pada gambar. Konsep "kode genetik" tidak ada hubungannya dengan urutan triplet (kodon) dalam asam nukleat, dan, akibatnya, dengan urutan residu asam amino dalam molekul protein. Kode genetik adalah cara merekam, bukan isi rekaman.

Kode genetik umum untuk sebagian besar pro dan eukariota. Tabel mencantumkan semua 64 kodon dan mencantumkan asam amino yang sesuai. Urutan basa adalah dari ujung 5' sampai 3' dari mRNA.

kode genetik standar
1
basis		 pangkalan ke-2 3
basis
kamu C A G
kamu UUU (Phe/F) Fenilalanin UCU (Ser/S) Serin UAU (Tir/Y) Tirosin UGU (Cys/C) Sistein kamu
UUC UCC UAC UGC C
UUA (Leu/L) Leusin UCA UAA Berhenti ( Oker) UGA Berhenti ( Opal) A
UUG UCG UAG Berhenti ( Amber) UGG (Trp/W) Triptofan G
C CUU CCU (Pro/P) Prolin CAU (Hi/H) Histidin CGU (Arg/Kanan) Arginin kamu
CUC CCC CAC CGC C
CU CCA CAA (Gln/Q) Glutamin CGA A
CUG CCG CAG CGG G
A AUU (Ile/I) Isoleusin ACU (Thr/T) Treonina AAU (Asn/N) Asparagin AGU (Ser/S) Serin kamu
AUC ACC AAC AGC C
AU AC AAA (Lys/K) Lisin AGA (Arg/Kanan) Arginin A
Agustus[A] (Bertemu/M) Metionin ACG AAG AGG G
G GUU (Val/V) Valin GCU (Ala/A) Alanine GAU (Asp/D) Asam aspartat GGU (Gly/G) Glisin kamu
GUC GCC GAC GGC C
GUA GCA GAA (Glu/E) Asam glutamat GGA A
GUG GCG MUNTAH GGG G
A Kodon AUG mengkode metionin dan juga merupakan tempat inisiasi translasi: kodon AUG pertama di daerah pengkode mRNA berfungsi sebagai awal sintesis protein. Versi sektor catatan, lingkaran dalam adalah basis pertama kodon (dari ujung 5') Tabel terbalik (kodon untuk setiap asam amino ditunjukkan, serta kodon stop)
Ala/A GCU, GCC, GCA, GCG Leu/L UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG
Arg/R CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG Lys/K AAA, AAG
Asn/N AAU, AAC Bertemu/M Agustus
Asp/D GAU, GAC Phe/F UUU, UUC
Cys/C UGU, UGC Menopang CCU, CCC, CCA, CCG
Gln/Q CAA, CAG Ser/S UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC
Lem GAA, GAG Thr/T ACU, ACC, ACA, ACG
Gly/G GGU, GGC, GGA, GGG Trp/W UGG
Nya/H CAU, CAC Tyr/Y UAU, UAC
Ile/aku AUU, AUC, AUA Val/V GUU, GUC, GUU, GUG
MULAILAH Agustus BERHENTI UAG, UGA, UAA
Penyimpangan dari kode genetik standar
Contoh kodon Nilai biasa Bacaan seperti:
Beberapa jenis ragi dari genus Kandidat CUG leusin Tenang
Mitokondria, khususnya Saccharomyces cerevisiae CU(U, C, A, G) leusin Tenang
Mitokondria tumbuhan tingkat tinggi CGG arginin triptofan
Mitokondria (di semua organisme yang dipelajari tanpa kecuali) UGA Berhenti triptofan
Genom nuklir ciliates euplot UGA Berhenti Sistein atau selenocysteine
Mitokondria mamalia, Drosophila, S.cerevisiae dan banyak yang sederhana AU isoleusin Metionin = Mulai
prokariota GUG Valin Awal
Eukariota (jarang) CUG leusin Awal
Eukariota (jarang) GUG Valin Awal
Prokariota (jarang) UUG leusin Awal
Eukariota (jarang) ACG treonin Awal
Mitokondria mamalia AGC, AGU Tenang Berhenti
Mitokondria Drosophila AGA arginin Berhenti
Mitokondria mamalia AG(A,G) arginin Berhenti

ARTIKEL TERKAIT