Apa kode genetiknya: informasi umum. Apa yang dimaksud dengan kode genetik dan apa saja sifat-sifatnya Kode genetik menentukan prinsip pencatatan informasi

Klasifikasi gen

1) Berdasarkan sifat interaksi pada pasangan alel:

Dominan (gen yang mampu menekan manifestasi gen resesif yang bersifat alelik); - resesif (gen yang ekspresinya ditekan oleh gen dominan aleliknya).

2) Klasifikasi fungsional:

2) Kode genetik- ini adalah kombinasi nukleotida tertentu dan urutan lokasinya dalam molekul DNA. Ini adalah karakteristik metode semua organisme hidup dalam mengkode urutan asam amino protein menggunakan urutan nukleotida.

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

Kode genetik

Untuk membangun protein di alam, 20 asam amino berbeda digunakan. Setiap protein adalah suatu rantai atau beberapa rantai asam amino dalam urutan yang ditentukan secara ketat. Urutan ini menentukan struktur protein, dan juga semua sifat biologisnya. Himpunan asam amino juga bersifat universal untuk hampir semua organisme hidup.

Implementasi informasi genetik dalam sel hidup (yaitu sintesis protein yang dikodekan oleh gen) dilakukan dengan menggunakan dua proses matriks: transkripsi (yaitu sintesis mRNA pada matriks DNA) dan translasi kode genetik. menjadi urutan asam amino (sintesis rantai polipeptida pada matriks mRNA). Tiga nukleotida berturut-turut cukup untuk mengkodekan 20 asam amino, serta sinyal berhenti yang menunjukkan akhir rangkaian protein. Himpunan tiga nukleotida disebut triplet. Singkatan yang diterima terkait dengan asam amino dan kodon ditunjukkan pada gambar.

Sifat-sifat kode genetik

1. Tiga puluh- satuan kode yang bermakna adalah kombinasi tiga nukleotida (triplet, atau kodon).

2. Kontinuitas- tidak ada tanda baca di antara kembar tiga, sehingga informasi dibaca terus menerus.

3. Kebijaksanaan- nukleotida yang sama tidak dapat menjadi bagian dari dua atau lebih kembar tiga secara bersamaan.

4. Kekhususan- kodon spesifik hanya berhubungan dengan satu asam amino.

5. Degenerasi (redundansi)- beberapa kodon dapat berhubungan dengan asam amino yang sama.

6. Keserbagunaan - kode genetik bekerja dengan cara yang sama pada organisme dengan tingkat kompleksitas yang berbeda - dari virus hingga manusia. (metode rekayasa genetika didasarkan pada ini)

3) transkripsi - proses sintesis RNA menggunakan DNA sebagai cetakan yang terjadi pada 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. Proses sintesis RNA berlangsung dari arah ujung 5" ke ujung 3", yaitu sepanjang untai cetakan DNA, RNA polimerase bergerak ke arah 3"->5"

Transkripsi terdiri dari tahapan inisiasi, elongasi dan terminasi.

Inisiasi transkripsi- proses kompleks yang bergantung pada urutan DNA di dekat urutan yang ditranskripsi (dan pada eukariota juga pada bagian genom yang lebih jauh - peningkat dan peredam suara) dan pada ada tidaknya berbagai faktor protein.

Pemanjangan- pelepasan DNA lebih lanjut dan sintesis RNA di sepanjang rantai pengkodean terus berlanjut. itu, seperti sintesis DNA, terjadi pada arah 5-3

Penghentian- segera setelah polimerase mencapai terminator, ia segera berpisah dari DNA, hibrid DNA-RNA lokal dihancurkan dan RNA yang baru disintesis diangkut dari nukleus ke sitoplasma, dan transkripsi selesai.

Pengolahan- serangkaian reaksi yang mengarah pada konversi produk utama transkripsi dan translasi menjadi molekul yang berfungsi. Molekul prekursor yang tidak aktif secara fungsional terkena P. asam ribonukleat (tRNA, rRNA, mRNA) dan banyak lainnya. protein.

Dalam proses sintesis enzim katabolik (penguraian substrat), sintesis enzim yang diinduksi terjadi pada prokariota. Hal ini memberikan sel kesempatan untuk beradaptasi dengan kondisi lingkungan dan menghemat energi dengan menghentikan sintesis enzim yang sesuai jika kebutuhan akan enzim tersebut hilang.
Untuk menginduksi sintesis enzim katabolik, diperlukan kondisi berikut:

1. Enzim disintesis hanya ketika pemecahan substrat yang sesuai diperlukan untuk sel.
2. Konsentrasi substrat dalam medium harus melebihi tingkat tertentu sebelum enzim yang sesuai dapat terbentuk.
Mekanisme regulasi ekspresi gen pada Escherichia coli paling baik dipelajari dengan menggunakan contoh lac operon, yang mengontrol sintesis tiga enzim katabolik yang memecah laktosa. Jika terdapat banyak glukosa dan sedikit laktosa di dalam sel, promotor tetap tidak aktif, dan protein represor terletak pada operator - transkripsi lac operon diblokir. Ketika jumlah glukosa di lingkungan, dan karenanya di dalam sel, berkurang, dan laktosa meningkat, peristiwa berikut terjadi: jumlah siklik adenosin monofosfat meningkat, ia berikatan dengan protein CAP - kompleks ini mengaktifkan promotor yang mana RNA polimerase mengikat; pada saat yang sama, kelebihan laktosa berikatan dengan protein penekan dan melepaskan operator darinya - jalur terbuka untuk RNA polimerase, transkripsi gen struktural lac operon dimulai. Laktosa bertindak sebagai penginduksi sintesis enzim yang memecahnya.

5) Regulasi ekspresi gen pada eukariota jauh lebih rumit. Berbagai jenis sel dari organisme eukariotik multiseluler mensintesis sejumlah protein identik dan pada saat yang sama mereka berbeda satu sama lain dalam satu set protein khusus untuk sel jenis tertentu. Tingkat produksinya bergantung pada jenis sel, serta tahap perkembangan organisme. Regulasi ekspresi gen dilakukan pada tingkat sel dan organisme. Gen sel eukariotik dibagi menjadi dua tipe utama: yang pertama menentukan universalitas fungsi seluler, yang kedua menentukan (menentukan) fungsi seluler khusus. Fungsi gen kelompok pertama muncul di semua sel. Untuk menjalankan fungsi yang terdiferensiasi, sel-sel khusus harus mengekspresikan sekumpulan gen tertentu.
Kromosom, gen, dan operon sel eukariotik memiliki sejumlah ciri struktural dan fungsional, yang menjelaskan kompleksitas ekspresi gen.
1. Operon sel eukariotik memiliki beberapa gen – pengatur, yang dapat terletak pada kromosom yang berbeda.
2. Gen struktural yang mengontrol sintesis enzim dari satu proses biokimia dapat terkonsentrasi di beberapa operon, terletak tidak hanya di satu molekul DNA, tetapi juga di beberapa molekul.
3. Urutan kompleks suatu molekul DNA. Ada bagian informatif dan non-informatif, urutan nukleotida informatif yang unik dan berulang berulang kali.
4. Gen eukariotik terdiri dari ekson dan intron, dan pematangan mRNA disertai dengan eksisi intron dari transkrip RNA primer yang sesuai (pro-RNA), yaitu. penyambungan.
5. Proses transkripsi gen bergantung pada keadaan kromatin. Pemadatan DNA lokal sepenuhnya menghambat sintesis RNA.
6. Transkripsi pada sel eukariotik tidak selalu dikaitkan dengan translasi. MRNA yang disintesis dapat disimpan dalam waktu lama dalam bentuk informasiosom. Transkripsi dan terjemahan terjadi di kompartemen yang berbeda.
7. Beberapa gen eukariotik memiliki lokalisasi yang tidak konsisten (gen labil atau transposon).
8. Metode biologi molekuler telah mengungkapkan efek penghambatan protein histon pada sintesis mRNA.
9. Selama perkembangan dan diferensiasi organ, aktivitas gen bergantung pada hormon yang beredar dalam tubuh dan menimbulkan reaksi spesifik pada sel tertentu. Pada mamalia, kerja hormon seks sangatlah penting.
10. Pada eukariota, pada setiap tahap entogenesis, 5-10% gen diekspresikan, sisanya harus diblokir.

6) perbaikan materi genetik

Perbaikan genetik- proses menghilangkan kerusakan genetik dan memulihkan alat keturunan, yang terjadi dalam sel organisme hidup di bawah pengaruh enzim khusus. Kemampuan sel untuk memperbaiki kerusakan genetik pertama kali ditemukan pada tahun 1949 oleh ahli genetika Amerika A. Kellner. Memperbaiki- fungsi khusus sel, yang terdiri dari kemampuan untuk memperbaiki kerusakan kimia dan kerusakan molekul DNA yang rusak selama biosintesis DNA normal di dalam sel atau akibat paparan agen fisik atau kimia. Hal ini dilakukan oleh sistem enzim khusus sel. Sejumlah penyakit keturunan (misalnya xeroderma pigmentosum) berhubungan dengan gangguan sistem perbaikan.

jenis reparasi:

Perbaikan langsung adalah cara paling sederhana untuk menghilangkan kerusakan pada DNA, yang biasanya melibatkan enzim spesifik yang dapat dengan cepat (biasanya dalam satu tahap) menghilangkan kerusakan terkait, memulihkan struktur asli nukleotida. Hal ini terjadi, misalnya, pada DNA metiltransferase O6-metilguanin, yang menghilangkan gugus metil dari basa nitrogen menjadi salah satu residu sisteinnya sendiri.

Dalam metabolisme tubuh peran utama termasuk dalam 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 penting dan utama dalam faktor keturunan, variabilitas tubuh, dan dalam sintesis protein.

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

Prosesnya dimulai pada inti sel: bagian dari “tangga” DNA terlepas dan terbuka. Berkat ini, huruf RNA membentuk ikatan dengan huruf DNA terbuka dari salah satu untaian DNA. Enzim mentransfer huruf RNA untuk menggabungkannya menjadi sebuah untai. Beginilah cara 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 mensintesisnya menggunakan matriks RNA-nya disebut transkripsi , dan RNA yang disintesis disebut messenger atau mRNA .

Setelah modifikasi lebih lanjut, jenis mRNA yang dikodekan ini siap. mRNA keluar dari nukleus dan pergi ke tempat sintesis protein, tempat huruf-huruf mRNA diuraikan. Setiap rangkaian tiga huruf i-RNA membentuk “huruf” yang mewakili satu asam amino tertentu.

Jenis RNA lain menemukan asam amino ini, menangkapnya dengan bantuan enzim, dan mengirimkannya ke tempat sintesis protein. RNA ini disebut RNA transfer, atau t-RNA. Saat pesan mRNA dibaca dan diterjemahkan, rantai asam amino bertambah. Rantai ini berputar dan terlipat menjadi bentuk yang unik, menghasilkan satu jenis protein. Bahkan proses pelipatan protein pun luar biasa: dibutuhkan komputer untuk menghitung semuanya pilihan melipat protein berukuran rata-rata yang terdiri dari 100 asam amino akan memakan waktu 1027 (!) tahun. Dan dibutuhkan waktu tidak lebih dari satu detik untuk membentuk rantai 20 asam amino di dalam tubuh, dan proses ini terjadi terus menerus di seluruh sel tubuh.

Gen, kode genetik dan sifat-sifatnya.

Sekitar 7 miliar orang hidup di Bumi. Terlepas dari 25-30 juta pasangan kembar identik, secara genetik semua orang berbeda : setiap orang itu unik, mempunyai ciri-ciri turun-temurun, watak, kemampuan, dan temperamen yang unik.

Perbedaan-perbedaan ini dijelaskan perbedaan genotipe- kumpulan gen suatu organisme; Masing-masing unik. Karakteristik genetik suatu organisme tertentu diwujudkan dalam protein - oleh karena itu, struktur protein seseorang berbeda, meskipun sangat sedikit, dengan protein orang lain.

Itu tidak berarti bahwa tidak ada dua orang yang memiliki protein yang persis sama. Protein yang menjalankan fungsi yang sama mungkin sama atau hanya berbeda sedikit dalam satu atau dua asam amino satu sama lain. Tetapi tidak ada manusia di Bumi (kecuali kembar identik) yang memiliki semua proteinnya adalah sama .

Informasi Struktur Primer Protein dikodekan sebagai urutan nukleotida di bagian molekul DNA, gen – unit informasi herediter suatu organisme. Setiap molekul DNA mengandung banyak gen. Keseluruhan gen suatu organisme membentuknya genotip . Dengan demikian,

Gen adalah unit informasi keturunan suatu organisme, yang berhubungan dengan bagian DNA yang terpisah

Pengkodean informasi turun-temurun terjadi dengan menggunakan kode genetik , yang bersifat universal untuk semua organisme dan hanya berbeda pada pergantian nukleotida yang membentuk gen dan mengkode protein organisme tertentu.

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

Sebenarnya kode penting urutan nukleotida dalam molekul mRNA , Karena itu menghilangkan informasi dari DNA (proses transkripsi ) dan menerjemahkannya menjadi rangkaian asam amino dalam molekul protein yang disintesis (proses siaran ).
Komposisi mRNA mencakup nukleotida A-C-G-U, yang disebut kembar tiga kodon : triplet pada DNA CGT pada i-RNA akan menjadi triplet GCA, dan triplet DNA AAG akan menjadi triplet UUC. Tepat kodon mRNA kode genetik tercermin dalam catatan.

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

Sifat dasar kode genetik:

1. Kode genetik tiga serangkai. Triplet (kodon) adalah rangkaian tiga nukleotida yang mengkode satu asam amino. Karena protein mengandung 20 asam amino, jelas bahwa masing-masing asam amino tidak dapat dikodekan oleh satu nukleotida ( Karena hanya ada empat jenis nukleotida dalam DNA, dalam hal ini 16 asam amino masih belum terkode). Dua nukleotida juga tidak cukup untuk mengkodekan asam amino, karena dalam hal ini hanya 16 asam amino yang dapat dikodekan. Artinya jumlah nukleotida terkecil yang mengkode satu asam amino harus paling sedikit tiga. Dalam hal ini, banyaknya kemungkinan kembar tiga 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 terdapat 20 asam amino dan 64 triplet), kecuali metionin dan triptofan, yang hanya dikodekan oleh satu triplet. Selain itu, beberapa kembar tiga melakukan fungsi tertentu: dalam molekul mRNA, kembar tiga UAA, UAG, UGA adalah kodon stop, yaitu. berhenti-sinyal yang menghentikan sintesis rantai polipeptida. Triplet yang berhubungan dengan metionin (AUG), yang terletak di awal rantai DNA, tidak mengkode asam amino, tetapi melakukan fungsi pembacaan awal (menarik).

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

4. Kolinearitas kode, yaitu urutan nukleotida dalam suatu 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 dimulai pada kodon tertentu, pembacaan berlangsung terus menerus, triplet demi triplet, hingga berhenti-sinyal ( menghentikan kodon).

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

Ada tabel kode genetik untuk dekripsi kodon mRNA dan konstruksi rantai molekul protein.

Reaksi sintesis matriks.

Reaksi yang tidak diketahui di alam mati terjadi dalam sistem kehidupan - reaksi sintesis matriks.

Istilah "matriks" dalam teknologi mereka menunjuk pada cetakan yang digunakan untuk mencetak koin, medali, dan font tipografi: logam yang dikeraskan secara persis mereproduksi semua detail cetakan yang digunakan untuk pengecoran. Sintesis matriks menyerupai pengecoran pada matriks: molekul-molekul baru disintesis sesuai dengan rencana yang ditetapkan dalam struktur molekul yang ada.

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

Ada tindakan terarah yang terjadi di sini. menarik monomer ke lokasi tertentu sel - menjadi molekul yang berfungsi sebagai matriks tempat reaksi berlangsung. Jika reaksi seperti itu terjadi akibat tumbukan molekul secara acak, maka reaksi tersebut akan berlangsung sangat lambat. Sintesis molekul kompleks berdasarkan prinsip templat 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, ditempatkan dan dipasang pada matriks dalam urutan tertentu yang ditentukan secara ketat.

Kemudian hal itu terjadi "ikatan silang" unit monomer menjadi rantai polimer, dan polimer jadi dikeluarkan dari matriks.

Setelah itu matriks sudah siap untuk perakitan molekul polimer baru. Jelas bahwa seperti pada cetakan tertentu hanya satu koin atau satu huruf yang dapat dicetak, demikian pula pada molekul matriks tertentu hanya satu polimer yang dapat “dirakit”.

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

Reaksi sintesis templat

1. Replikasi DNA - replikasi (dari bahasa Latin replicatio - pembaruan) - proses sintesis molekul anak 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 bahwa informasi genetik diwariskan secara akurat dari generasi ke generasi. Replikasi DNA dilakukan oleh kompleks enzim kompleks yang terdiri dari 15-20 protein berbeda yang disebut menjijikkan . Bahan sintesisnya adalah nukleotida bebas yang terdapat dalam sitoplasma sel. Arti biologis dari replikasi terletak pada transfer akurat informasi herediter dari molekul induk ke molekul anak, yang biasanya terjadi selama pembelahan sel somatik.

Molekul DNA terdiri dari dua untai yang saling melengkapi. Rantai-rantai ini disatukan oleh ikatan hidrogen lemah yang dapat diputus oleh enzim. Molekul DNA mampu menggandakan diri (replikasi), dan pada setiap separuh molekul lama, separuh baru disintesis.
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 berlangsung berdasarkan prinsip matriks, sebanding dengan pengoperasian mesin cetak di percetakan. Informasi dari DNA disalin berkali-kali. Jika terjadi kesalahan selama penyalinan, kesalahan tersebut akan terulang pada semua salinan berikutnya.

Benar, beberapa kesalahan saat menyalin informasi dari molekul DNA dapat diperbaiki - ini disebut proses menghilangkan kesalahan perbaikan. Reaksi pertama dalam proses transfer informasi adalah replikasi molekul DNA dan sintesis rantai DNA baru.

2. Transkripsi (dari bahasa Latin Transcriptio - penulisan ulang) - proses sintesis RNA menggunakan DNA sebagai templat, 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 tahapan inisiasi, elongasi, dan terminasi . Unit transkripsi adalah operon, sebuah fragmen molekul DNA yang terdiri dari promotor, bagian transkripsi dan terminator . mRNA terdiri dari rantai tunggal dan disintesis pada DNA sesuai dengan aturan saling melengkapi dengan partisipasi enzim yang mengaktifkan awal dan akhir sintesis molekul mRNA.

Molekul mRNA yang telah selesai memasuki sitoplasma ke ribosom, tempat terjadi sintesis rantai polipeptida.

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

4. Membalikkan transkripsi 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” dibandingkan transkripsi. Ide transkripsi terbalik pada awalnya sangat tidak populer karena bertentangan dengan dogma sentral biologi molekuler, yang berasumsi 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 menyalin RNA menjadi DNA. HIV memiliki genom RNA yang terintegrasi ke dalam DNA. Hasilnya, DNA virus bisa menyatu dengan genom sel inang. Enzim utama yang bertanggung jawab untuk sintesis DNA dari RNA disebut membalikkan. Salah satu fungsi reversease adalah mencipta DNA komplementer (cDNA) dari genom virus. Enzim terkait ribonuklease membelah RNA, dan reversease mensintesis cDNA dari heliks ganda DNA. CDNA diintegrasikan ke dalam genom sel inang melalui 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 mungkin tetap menjadi distributor virus.

Urutan reaksi matriks selama biosintesis protein dapat direpresentasikan dalam bentuk diagram.

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

Molekul protein pada dasarnya adalah rantai polipeptida terdiri dari asam amino individual. Tapi asam amino tidak cukup aktif untuk bergabung satu sama lain. Oleh karena itu, sebelum mereka bergabung satu sama lain dan membentuk molekul protein, asam amino harus bergabung mengaktifkan . Aktivasi ini terjadi di bawah pengaruh enzim khusus.

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

Akibatnya bermacam-macam asam amino teraktivasi dikombinasikan dengan asam aminonya sendiri T- RNA. Ribosom itu seperti konveyor untuk merakit rantai protein dari berbagai asam amino yang disuplai padanya.

Bersamaan dengan t-RNA, tempat asam aminonya “berada”, “ sinyal“dari DNA yang terkandung dalam nukleus. Sesuai dengan sinyal ini, protein tertentu disintesis di ribosom.

Pengaruh langsung DNA pada sintesis protein tidak dilakukan secara langsung, tetapi dengan bantuan perantara khusus - matriks atau RNA pembawa pesan (m-RNA atau mRNA), yang disintesis ke dalam nukleus e di bawah pengaruh DNA, sehingga komposisinya mencerminkan komposisi DNA. Molekul RNA seperti cetakan bentuk DNA. MRNA yang disintesis memasuki ribosom dan seolah-olah mentransfernya ke struktur ini rencana- dalam urutan apa asam amino teraktivasi yang memasuki ribosom harus digabungkan satu sama lain agar protein tertentu dapat disintesis? Jika tidak, informasi genetik yang dikodekan dalam DNA ditransfer ke mRNA dan kemudian ke protein.

Molekul mRNA memasuki ribosom dan jahitan dia. Segmen yang saat ini terletak di ribosom ditentukan kodon (tiga kali lipat), berinteraksi dengan cara yang sangat spesifik dengan orang-orang yang secara struktural mirip dengannya kembar tiga (antikodon) dalam transfer RNA, yang membawa asam amino ke ribosom.

Transfer RNA dengan asam aminonya cocok dengan kodon spesifik mRNA dan menghubungkan dengan dia; ke bagian berikutnya, bagian mRNA yang berdekatan tRNA lain dengan asam amino berbeda ditambahkan dan seterusnya hingga seluruh rantai i-RNA terbaca, hingga semua asam amino tereduksi dalam urutan yang sesuai, membentuk molekul protein. Dan tRNA, yang mengantarkan asam amino ke bagian tertentu dari rantai polipeptida, terbebas dari asam aminonya dan keluar dari ribosom.

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

Tahapan utama transfer informasi genetik:

1. Sintesis DNA sebagai cetakan mRNA (transkripsi)
2. Sintesis rantai polipeptida pada ribosom sesuai program yang terdapat pada mRNA (terjemahan) .

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

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

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.

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 genetik pada DNA (RNA) berupa rangkaian nukleotida tertentu.Urutan nukleotida tertentu pada DNA dan RNA sesuai dengan rangkaian 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 timinurasil - U (U). Urutan nukleotida menentukan urutan penggabungan AK ke dalam protein yang disintesis.

Sifat-sifat kode genetik:

1. Tiga puluh- satuan kode yang bermakna adalah kombinasi tiga nukleotida (triplet, atau kodon).
2. Kontinuitas- tidak ada tanda baca di antara kembar tiga, sehingga informasi dibaca terus menerus.
3. Tidak tumpang tindih- nukleotida yang sama tidak dapat secara bersamaan menjadi bagian dari dua atau lebih kembar tiga (tidak diamati pada beberapa gen virus, mitokondria, dan bakteri yang tumpang tindih yang mengkode beberapa protein frameshift).
4. Ketidakjelasan(spesifisitas) - kodon spesifik hanya berhubungan dengan satu asam amino (namun, kodon UGA di Euplotescrassus mengkodekan dua asam amino - sistein dan selenosistein)
5. Degenerasi(redundansi) - beberapa kodon dapat berhubungan dengan asam amino yang sama.
6. Keserbagunaan- kode genetik bekerja dengan cara yang sama pada organisme dengan tingkat kompleksitas yang berbeda - dari virus hingga manusia (metode rekayasa genetika didasarkan pada hal ini; ada sejumlah pengecualian, ditunjukkan pada tabel di bagian “Variasi kode genetik standar” di bawah).

Kondisi biosintesis

Biosintesis protein memerlukan informasi genetik dari molekul DNA; messenger RNA - pembawa informasi ini dari nukleus ke tempat sintesis; ribosom - organel tempat sintesis protein itu sendiri terjadi; satu set asam amino di sitoplasma; mentransfer RNA yang mengkode asam amino dan mentransfernya ke tempat sintesis pada ribosom; ATP merupakan zat yang menyediakan energi untuk proses pengkodean dan biosintesis.

Tahapan

Transkripsi- proses biosintesis semua jenis RNA pada matriks DNA, yang terjadi di dalam nukleus.

Bagian tertentu dari molekul DNA hilang, ikatan hidrogen antara dua rantai dihancurkan oleh aksi enzim. Pada satu untai DNA, seperti pada cetakan, salinan RNA disintesis dari nukleotida sesuai dengan prinsip komplementer. Bergantung pada bagian DNA, RNA ribosom, transpor, dan messenger disintesis dengan cara ini.

Setelah sintesis mRNA, ia meninggalkan nukleus dan dikirim ke sitoplasma ke tempat sintesis protein pada ribosom.

Siaran- proses sintesis rantai polipeptida yang dilakukan pada ribosom, dimana mRNA merupakan perantara dalam transmisi informasi tentang struktur primer protein.

Biosintesis protein terdiri dari serangkaian reaksi.

1. Aktivasi dan pengkodean asam amino. tRNA berbentuk daun semanggi, di lengkung tengahnya terdapat antikodon triplet, sesuai dengan kode asam amino tertentu dan kodon pada mRNA. Setiap asam amino dihubungkan ke tRNA yang sesuai menggunakan energi ATP. Kompleks asam tRNA-amino terbentuk, yang memasuki ribosom.

2. Pembentukan kompleks mRNA-ribosom. mRNA di sitoplasma dihubungkan oleh ribosom pada RE granular.

3. Perakitan rantai polipeptida. tRNA dengan asam amino, menurut prinsip komplementaritas antikodon-kodon, bergabung dengan mRNA dan memasuki ribosom. Di pusat peptida ribosom, ikatan peptida terbentuk antara dua asam amino, dan tRNA yang dilepaskan meninggalkan ribosom. Dalam hal ini, mRNA memajukan satu triplet setiap kali, memasukkan tRNA baru - asam amino dan menghilangkan tRNA yang dilepaskan dari ribosom. Seluruh proses disediakan oleh energi ATP. Satu mRNA dapat bergabung dengan beberapa ribosom untuk membentuk polisom, di mana banyak molekul dari satu protein disintesis secara bersamaan. Sintesis berakhir ketika kodon yang tidak masuk akal (kode berhenti) dimulai pada mRNA. Ribosom dipisahkan dari mRNA, dan rantai polipeptida dihilangkan darinya. Karena seluruh proses sintesis terjadi pada retikulum endoplasma granular, rantai polipeptida yang dihasilkan memasuki tubulus RE, di mana mereka memperoleh struktur akhir dan diubah menjadi molekul protein.

Semua reaksi sintesis dikatalisis oleh enzim khusus dengan pengeluaran energi ATP. Laju sintesisnya sangat tinggi dan bergantung pada panjang polipeptida. Misalnya, di ribosom Escherichia coli, protein dari 300 asam amino disintesis dalam waktu sekitar 15-20 detik.