Apa yang dimaksud dengan kode genetik dan apa saja sifat-sifatnya. Apa itu kode genetik: informasi umum Apa yang dimaksud dengan kode genetik

Semua ciri morfologi, anatomi, dan fungsional sel hidup dan organisme secara keseluruhan ditentukan oleh struktur protein spesifik yang menyusun sel. Kemampuan untuk mensintesis hanya protein yang ditentukan secara ketat adalah sifat turun-temurun dari organisme. Urutan asam amino dalam rantai polipeptida - struktur utama protein, yang menjadi sandaran sifat biologisnya - ditentukan oleh urutan nukleotida dalam molekul DNA. Yang terakhir adalah penjaga informasi herediter dalam sel.

Urutan nukleotida dalam rantai polinukleotida DNA sangat spesifik untuk setiap sel dan mewakili kode genetik, yang melaluinya informasi tentang sintesis protein tertentu dicatat. Artinya dalam DNA, setiap pesan dikodekan dengan urutan empat karakter tertentu - A, G, T, C, seperti halnya pesan tertulis dikodekan dengan karakter (huruf) alfabet atau kode Morse. Kode genetiknya adalah tiga serangkai, yaitu, setiap asam amino dikodekan oleh kombinasi yang diketahui dari tiga nukleotida berdekatan, yang disebut kodon. Mudah untuk menghitung bahwa jumlah kemungkinan kombinasi empat nukleotida menjadi tiga adalah 64.

Ternyata itu kodenya banyak atau “degenerasi”, yaitu asam amino yang sama dapat dikodekan oleh beberapa kodon triplet (dari 2 ke b), sedangkan setiap triplet hanya mengkodekan satu asam amino, misalnya, dalam bahasa messenger RNA:

• fenilalanin - UUU, UUC;
• isoleusin - AUC, AUC, AUA;
• prolin - CCU, CCC, CCA, CCG;
• serin - UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC.

Selain itu, kodenya adalah tidak tumpang tindih, t.s. nukleotida yang sama tidak dapat menjadi bagian dari dua kembar tiga yang bertetangga secara bersamaan. Dan terakhir, kode ini tidak memiliki koma, artinya jika salah satu nukleotida hilang, maka ketika dibaca, nukleotida terdekat dari kodon tetangga akan menggantikannya, yang akan mengubah seluruh urutan pembacaan. Oleh karena itu, pembacaan kode yang benar dari messenger RNA dipastikan oleh perusahaan telekomunikasi jika dibaca dari titik yang ditentukan secara ketat. Kodon awal dalam molekul dan RNA adalah kembar tiga AUG dan GU G.

Kode nukleotida bersifat universal untuk semua organisme hidup dan virus: kode kembar tiga yang identik untuk asam amino yang identik. Penemuan ini merupakan langkah serius menuju pemahaman yang lebih mendalam tentang hakikat makhluk hidup, karena universalitas kode genetik menunjukkan kesatuan asal usul semua organisme hidup. Sampai saat ini, kembar tiga telah diuraikan untuk 20 asam amino yang membentuk protein alami. Oleh karena itu, dengan mengetahui urutan kembar tiga dalam suatu molekul DNA (kode genetik), kita dapat menentukan urutan asam amino dalam suatu protein.

Sebuah molekul DNA tunggal dapat mengkodekan urutan asam amino untuk banyak protein. Segmen fungsional molekul DNA yang membawa informasi tentang struktur satu molekul polipeptida atau RNA disebut genom. Ada gen struktural yang mengkodekan informasi untuk sintesis protein struktural dan enzimatik, dan gen dengan informasi untuk sintesis tRNA, rRNA, dll.

KODE GENETIK, suatu metode pencatatan informasi keturunan dalam molekul asam nukleat berupa rangkaian nukleotida pembentuk asam tersebut. Urutan nukleotida tertentu dalam DNA dan RNA berhubungan dengan urutan asam amino tertentu dalam rantai polipeptida protein. Merupakan kebiasaan untuk menulis kode menggunakan huruf kapital alfabet Rusia atau Latin. Setiap nukleotida ditandai dengan huruf yang mengawali nama basa nitrogen yang termasuk dalam molekulnya: A (A) - adenin, G (G) - guanin, C (C) - sitosin, T (T) - timin; dalam RNA, bukan timin, urasil adalah U (U). Masing-masing dikodekan oleh kombinasi tiga nukleotida – triplet, atau kodon. Secara singkat, jalur transfer informasi genetik dirangkum dalam apa yang disebut. Dogma sentral biologi molekuler: DNA `RNA f protein.

Dalam kasus khusus, informasi dapat ditransfer dari RNA ke DNA, namun tidak pernah dari protein ke gen.

Implementasi informasi genetik dilakukan dalam dua tahap. Dalam inti sel, informasi, atau matriks, RNA (transkripsi) disintesis pada DNA. Dalam hal ini, urutan nukleotida DNA “ditulis ulang” (dikodekan ulang) menjadi urutan nukleotida mRNA. Kemudian mRNA masuk ke sitoplasma, menempel pada ribosom, dan di atasnya, seperti pada matriks, rantai polipeptida protein disintesis (terjemahan). Asam amino melekat pada rantai yang sedang dibangun menggunakan transfer RNA dalam urutan yang ditentukan oleh urutan nukleotida dalam mRNA.

Dari empat “huruf” Anda dapat membuat 64 “kata” tiga huruf (kodon) yang berbeda. Dari 64 kodon, 61 mengkode asam amino tertentu, dan tiga bertanggung jawab untuk menyelesaikan sintesis rantai polipeptida. Karena terdapat 61 kodon untuk setiap 20 asam amino penyusun protein, beberapa asam amino dikodekan oleh lebih dari satu kodon (disebut degenerasi kode). Redundansi ini meningkatkan keandalan kode dan seluruh mekanisme biosintesis protein. Sifat lain dari kode ini adalah kekhususannya (ketidakjelasan): satu kodon hanya mengkodekan satu asam amino.

Selain itu, kodenya tidak tumpang tindih - informasi dibaca dalam satu arah secara berurutan, triplet demi triplet. Sifat kode yang paling menakjubkan adalah universalitasnya: kode ini sama pada semua makhluk hidup - dari bakteri hingga manusia (dengan pengecualian kode genetik mitokondria). Para ilmuwan melihat ini sebagai konfirmasi atas konsep bahwa semua organisme berasal dari satu nenek moyang yang sama.

Penguraian kode genetik, yaitu menentukan “makna” setiap kodon dan aturan pembacaan informasi, dilakukan pada tahun 1961–1965. dan dianggap sebagai salah satu pencapaian paling menonjol dalam biologi molekuler.

Dalam sel dan organisme mana pun, semua ciri anatomi, morfologi, dan fungsional ditentukan oleh struktur protein penyusunnya. Sifat turun temurun dari tubuh adalah kemampuan untuk mensintesis protein tertentu. Asam amino terletak dalam rantai polipeptida, yang menjadi dasar karakteristik biologisnya.
Setiap sel memiliki urutan nukleotidanya sendiri dalam rantai polinukleotida DNA. Ini adalah kode genetik DNA. Melalui itu, informasi tentang sintesis protein tertentu dicatat. Artikel ini menjelaskan apa itu kode genetik, sifat-sifatnya, dan informasi genetik.

Sedikit sejarah

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

Apa itu kode genetik

Cara pengkodean urutan protein asam amino melalui urutan nukleotida merupakan ciri khas semua sel dan organisme hidup. Inilah yang dimaksud dengan kode genetik.
Ada empat nukleotida dalam DNA:

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

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

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

Semua nukleotida tersusun dalam rantai, dengan DNA memiliki heliks ganda dan RNA memiliki heliks tunggal.
Protein dibangun di mana mereka, dalam urutan tertentu, menentukan sifat biologisnya.

Sifat-sifat kode genetik

Tripletitas. Satuan kode genetik terdiri dari tiga huruf, yaitu rangkap tiga. Artinya dua puluh asam amino yang ada dikodekan oleh tiga nukleotida spesifik yang disebut kodon atau tripel. 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 penyakit sel sabit, satu nukleotida diubah.
Kolinearitas. Urutan asam amino selalu sesuai dengan urutan nukleotida yang dikandung gen tersebut.
Kode genetik bersifat kontinu dan kompak, artinya tidak memiliki tanda baca. Artinya, mulai dari kodon tertentu, terjadi pembacaan terus menerus. Misalnya AUGGGUGTSUUAAUGUG akan dibaca sebagai: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG. Tapi bukan AUG, UGG dan sebagainya atau yang lainnya.
Keserbagunaan. Hal yang sama berlaku untuk semua organisme darat, mulai dari manusia hingga ikan, jamur, dan bakteri.

Meja

Tidak semua asam amino yang tersedia dimasukkan dalam tabel yang disajikan. Hidroksiprolin, hidroksilisin, fosfoserin, turunan yodium dari tirosin, sistin dan beberapa lainnya tidak ada, karena merupakan turunan dari asam amino lain yang dikodekan oleh m-RNA dan terbentuk setelah modifikasi protein sebagai hasil translasi.
Dari sifat-sifat kode genetik diketahui bahwa satu kodon mampu mengkode satu asam amino. Pengecualiannya adalah kode genetik yang menjalankan fungsi tambahan dan mengkode valin dan metionin. MRNA, yang berada di awal kodon, menempelkan t-RNA, yang membawa formilmetiona. Setelah sintesis selesai, ia dibelah dan membawa residu formil, berubah menjadi residu metionin. Jadi, kodon di atas merupakan penggagas sintesis rantai polipeptida. Jika mereka tidak berada di awal, maka mereka tidak ada bedanya dengan yang lain.

Informasi genetik

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

• RNA pembawa pesan;
• rRNA ribosom.

Informasi ditransmisikan melalui komunikasi langsung (DNA-RNA-protein) dan komunikasi terbalik (medium-protein-DNA).
Organisme dapat menerima, menyimpan, mengirimkan dan menggunakannya dengan paling efektif.
Diwariskan, informasi menentukan perkembangan organisme tertentu. Tetapi karena interaksi dengan lingkungan, reaksi lingkungan terdistorsi, yang menyebabkan terjadinya evolusi dan perkembangan. Dengan cara ini, informasi baru dimasukkan ke 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, variasi, dan seleksi alam Darwin dilengkapi dengan seleksi yang ditentukan secara genetis. Evolusi diwujudkan pada tingkat genetik melalui mutasi acak dan pewarisan sifat-sifat paling berharga yang paling beradaptasi dengan lingkungan.

Menguraikan kode manusia

Pada tahun sembilan puluhan, Proyek Genom Manusia diluncurkan, yang menghasilkan fragmen genom yang mengandung 99,99% gen manusia ditemukan pada tahun dua per seribu. Fragmen yang tidak terlibat dalam sintesis protein dan tidak dikodekan masih belum diketahui. Peran mereka masih belum diketahui sampai saat ini.

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

Peran studi semacam ini tidak bisa diremehkan. Ketika mereka menemukan apa itu kode genetik, maka diketahui pola perkembangan apa yang terjadi, bagaimana struktur morfologi, jiwa, kecenderungan terhadap penyakit tertentu, metabolisme dan cacat individu terbentuk.

KODE GENETIK, suatu sistem pencatatan informasi keturunan berupa rangkaian basa nukleotida dalam molekul DNA (pada beberapa virus - RNA), yang menentukan struktur primer (lokasi residu asam amino) dalam molekul protein (polipeptida). Masalah kode genetik dirumuskan setelah membuktikan peran genetik DNA (ahli mikrobiologi Amerika O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944) dan menguraikan strukturnya (J. Watson, F. Crick, 1953), setelah menetapkan bahwa gen menentukan struktur dan fungsi enzim (prinsip “satu gen - satu enzim” oleh J. Beadle dan E. Tatem, 1941) dan adanya ketergantungan struktur spasial dan aktivitas protein pada struktur utamanya. (F.Sanger, 1955). Pertanyaan tentang bagaimana kombinasi 4 basa asam nukleat menentukan pergantian 20 residu asam amino umum dalam polipeptida pertama kali diajukan oleh G. Gamow pada tahun 1954.

Berdasarkan percobaan di mana mereka mempelajari interaksi penyisipan dan penghapusan sepasang nukleotida pada salah satu gen bakteriofag T4, F. Crick dan ilmuwan lain pada tahun 1961 menentukan sifat umum kode genetik: tripletitas, yaitu, setiap residu asam amino dalam rantai polipeptida berhubungan dengan sekumpulan tiga basa (triplet, atau kodon) dalam DNA suatu gen; kodon-kodon dalam suatu gen dibaca dari suatu titik tetap, dalam satu arah dan “tanpa koma”, yaitu kodon-kodon tersebut tidak dipisahkan satu sama lain dengan tanda apa pun; degenerasi, atau redundansi - residu asam amino yang sama dapat dikodekan oleh beberapa kodon (kodon sinonim). Penulis berasumsi bahwa kodon tidak tumpang tindih (setiap basa hanya dimiliki oleh satu kodon). Studi langsung tentang kapasitas pengkodean kembar tiga dilanjutkan dengan menggunakan sistem sintesis protein bebas sel di bawah kendali RNA pembawa pesan sintetik (mRNA). Pada tahun 1965, kode genetik telah diuraikan sepenuhnya dalam karya S. Ochoa, M. Nirenberg dan H. G. Korana. Mengungkap rahasia kode genetik merupakan salah satu pencapaian luar biasa biologi di abad ke-20.

Implementasi kode genetik dalam sel terjadi selama dua proses matriks - transkripsi dan translasi. Mediator antara gen dan protein adalah mRNA, yang terbentuk selama transkripsi pada salah satu untai DNA. Dalam hal ini, rangkaian basa DNA yang membawa informasi tentang struktur primer protein “ditulis ulang” dalam bentuk rangkaian basa mRNA. Kemudian, selama translasi pada ribosom, urutan nukleotida mRNA dibaca oleh transfer RNA (tRNA). Yang terakhir memiliki ujung akseptor, tempat residu asam amino melekat, dan ujung adaptor, atau triplet antikodon, yang mengenali kodon mRNA yang sesuai. Interaksi kodon dan anti-kodon terjadi berdasarkan pasangan basa komplementer: Adenin (A) - Urasil (U), Guanin (G) - Sitosin (C); dalam hal ini, urutan basa mRNA diterjemahkan ke dalam urutan asam amino dari protein yang disintesis. Organisme yang berbeda menggunakan kodon sinonim yang berbeda dengan frekuensi berbeda untuk asam amino yang sama. Pembacaan mRNA yang mengkode rantai polipeptida dimulai (diinisiasi) dengan kodon AUG yang sesuai dengan asam amino metionin. Lebih jarang, pada prokariota, kodon inisiasi adalah GUG (valin), UUG (leusin), AUU (isoleusin), dan pada eukariota - UUG (leusin), AUA (isoleusin), ACG (treonin), CUG (leusin). Hal ini menetapkan apa yang disebut kerangka, atau fase, pembacaan selama translasi, yaitu, kemudian seluruh urutan nukleotida mRNA dibaca triplet demi triplet tRNA hingga salah satu dari tiga kodon terminator, yang sering disebut kodon stop, ditemui pada mRNA: UAA, UAG, UGA (tabel). Pembacaan kembar tiga ini mengarah pada selesainya sintesis rantai polipeptida.

Kodon AUG dan kodon stop masing-masing muncul di awal dan akhir daerah pengkodean polipeptida mRNA.

Kode genetik bersifat kuasi-universal. Artinya terdapat sedikit variasi dalam arti beberapa kodon antar objek, dan ini terutama berlaku pada kodon terminator, yang mungkin signifikan; misalnya, dalam mitokondria beberapa eukariota dan mikoplasma, UGA mengkodekan triptofan. Selain itu, pada beberapa mRNA bakteri dan eukariota, UGA mengkodekan asam amino yang tidak biasa - selenocysteine, dan UAG di salah satu archaebacteria - pyrrolysine.

Ada sudut pandang yang menyatakan bahwa kode genetik muncul secara kebetulan (“hipotesis “kebetulan beku”). Kemungkinan besar hal itu berevolusi. Asumsi ini didukung oleh adanya versi kode yang lebih sederhana dan tampaknya lebih kuno, yang dibaca di mitokondria menurut aturan “dua dari tiga”, ketika asam amino ditentukan hanya oleh dua dari tiga basa. dalam kembar tiga.

Lit.: Crick F.N.a. HAI. Sifat umum kode genetik protein // Alam. 1961. Jil. 192; Kode genetik. NY, 1966; Ichas M. Kode biologis. M., 1971; Inge-Vechtomov S.G. Bagaimana kode genetik dibaca: aturan dan pengecualian // Ilmu pengetahuan alam modern. M., 2000.Vol.8; Ratner V. A. Kode genetik sebagai suatu sistem // Jurnal pendidikan Soros. 2000.Vol.6.No.3.

S.G.Inge-Vechtomov.

Kode genetik biasanya dipahami sebagai suatu sistem tanda yang menunjukkan susunan berurutan senyawa nukleotida dalam DNA dan RNA, yang berhubungan dengan sistem tanda lain yang menampilkan urutan senyawa asam amino dalam suatu molekul protein.

Itu penting!

Ketika para ilmuwan berhasil mempelajari sifat-sifat kode genetik, universalitas diakui sebagai salah satu yang utama. Ya, aneh kedengarannya, semuanya disatukan oleh satu kode genetik yang universal dan umum. Ia terbentuk dalam jangka waktu yang lama, dan prosesnya berakhir sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu. Oleh karena itu, jejak evolusinya dapat ditelusuri dalam struktur kode, dari awal mula hingga saat ini.

Ketika kita berbicara tentang urutan susunan unsur-unsur dalam kode genetik, yang kita maksudkan adalah bahwa itu jauh dari semrawut, tetapi memiliki urutan yang jelas. Dan ini juga sangat menentukan sifat-sifat kode genetik. Hal ini setara dengan susunan huruf dan suku kata dalam kata. Begitu kita melanggar tatanan yang biasa, sebagian besar dari apa yang kita baca di halaman buku atau surat kabar akan berubah menjadi omong kosong yang menggelikan.

Sifat dasar kode genetik

Biasanya kode tersebut berisi beberapa informasi yang dienkripsi dengan cara khusus. Untuk menguraikan kode, Anda perlu mengetahui ciri-ciri khasnya.

Jadi, sifat utama dari kode genetik adalah:

• rangkap tiga;
• degenerasi atau redundansi;
• ketidakjelasan;
• kontinuitas;
• fleksibilitas yang telah disebutkan di atas.

Mari kita lihat lebih dekat setiap properti.

1. Tiga puluh

Ini terjadi ketika tiga senyawa nukleotida membentuk rantai berurutan dalam suatu molekul (yaitu DNA atau RNA). Akibatnya, senyawa triplet dibuat atau dikodekan salah satu asam amino, lokasinya dalam rantai peptida.

Kodon (juga merupakan kata sandi!) dibedakan berdasarkan urutan ikatannya dan berdasarkan jenis senyawa nitrogen (nukleotida) yang menyusunnya.

Dalam genetika, merupakan kebiasaan untuk membedakan 64 jenis kodon. Mereka dapat membentuk kombinasi empat jenis nukleotida, masing-masing 3 jenis. Ini setara dengan menaikkan angka 4 ke pangkat tiga. Dengan demikian, pembentukan 64 kombinasi nukleotida dimungkinkan.

2. Redundansi kode genetik

Properti ini diamati ketika beberapa kodon diperlukan untuk mengenkripsi satu asam amino, biasanya dalam kisaran 2-6. Dan hanya triptofan yang dapat dikodekan menggunakan satu triplet.

3. Ketidakjelasan

Hal ini termasuk dalam sifat kode genetik sebagai indikator pewarisan genetik yang sehat. Misalnya, triplet GAA, yang berada di urutan keenam dalam rantai tersebut, dapat memberi tahu dokter tentang kondisi darah yang baik, tentang hemoglobin normal. Dialah yang membawa informasi tentang hemoglobin, dan juga dikodekan olehnya.Dan jika seseorang menderita anemia, salah satu nukleotidanya diganti dengan huruf lain dari kode - U, yang merupakan sinyal penyakit.

4. Kontinuitas

Saat mencatat sifat kode genetik ini, harus diingat bahwa kodon, seperti mata rantai dalam rantai, terletak tidak pada jarak, tetapi berdekatan, satu demi satu dalam rantai asam nukleat, dan rantai ini tidak terputus - tidak ada awal atau akhir.

5. Keserbagunaan

Kita tidak boleh lupa bahwa segala sesuatu di Bumi disatukan oleh kode genetik yang sama. Oleh karena itu, pada primata dan manusia, pada serangga dan burung, pada pohon baobab berumur seratus tahun dan sehelai rumput yang baru saja muncul dari tanah, kembar tiga serupa dikodekan oleh asam amino yang serupa.

Di dalam gen terkandung informasi dasar tentang sifat-sifat suatu organisme tertentu, semacam program yang diwarisi organisme tersebut dari mereka yang hidup sebelumnya dan yang ada sebagai kode genetik.