Transfer dan implementasi informasi herediter didasarkan pada reaksi sintesis matriks. Hanya ada tiga di antaranya: replikasi DNA, transkripsi, dan translasi. Semua reaksi ini termasuk dalam reaksi pertukaran plastik dan memerlukan pengeluaran energi dan partisipasi enzim.

Replikasi.

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

Dengan bantuan enzim khusus, ikatan hidrogen yang menghubungkan basa komplementer dari dua untai DNA ibu diputus. Untaian DNA-nya berbeda. Molekul enzim DNA polimerase bergerak sepanjang untai DNA induk dan secara berurutan bergabung dengan nukleotida untuk membentuk untai DNA anak. Proses penambahan nukleotida mengikuti prinsip saling melengkapi. Hasilnya, terbentuklah dua molekul DNA yang identik dengan ibu dan satu sama lain.

Biosintesis protein.

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

DNA → mRNA → protein → properti, tanda

Transkripsi– sintesis messenger RNA pada cetakan DNA. Proses ini terjadi di mana ada DNA. Pada eukariota, transkripsi terjadi di nukleus, mitokondria dan kloroplas (pada tumbuhan), dan pada prokariota langsung di sitoplasma. Selama transkripsi, molekul DNA adalah cetakannya, dan mRNA adalah produk reaksinya.

Transkripsi dimulai dengan pemisahan untai DNA, yang terjadi dengan cara yang sama seperti pada replikasi (ikatan hidrogen diputus oleh enzim). Kemudian enzim RNA polimerase secara berurutan, menurut prinsip saling melengkapi, menghubungkan nukleotida menjadi rantai, mensintesis molekul mRNA. Molekul mRNA yang dihasilkan dipisahkan dan dikirim ke sitoplasma “untuk mencari” ribosom.

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

· Asam amino berfungsi sebagai bahan untuk sintesis molekul protein.

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

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

· Ribosom terdiri dari rRNA dan molekul protein yang membentuk pusat aktif, tempat terjadinya peristiwa translasi utama.

· RNA pembawa pesan V pada kasus ini adalah matriks untuk sintesis molekul protein. Kembar tiga mRNA yang masing-masing mengkode asam amino disebut kodon.

· Transfer RNA membawa asam amino ke ribosom dan berpartisipasi dalam penerjemahan urutan nukleotida menjadi urutan asam amino. RNA transfer, seperti jenis RNA lainnya, disintesis pada cetakan DNA. Bentuknya seperti daun semanggi (Gbr. 28.3). Tiga nukleotida terletak di bagian atas loop tengah bentuk molekul tRNA antikodon.

Kemajuan siaran.

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

Reaksi apa yang terjadi di dalam sel yang tergolong reaksi sintesis matriks? Apa yang menjadi matriks untuk reaksi tersebut?

Sintesis matriks - fitur tertentu organisme hidup. Matriks adalah pola pembentukan salinan. Sintesis matriks - sintesis menggunakan matriks. Reaksi sintesis templat memberikan urutan monomer yang tepat untuk membuat polimer.

Reaksi sintesis templat yang terjadi di dalam sel antara lain reaksi duplikasi DNA, sintesis RNA, dan sintesis protein. Templatnya adalah DNA pada sintesis mRNA dan DNA atau RNA pada sintesis protein. Monomer sintesis templat adalah nukleotida dan asam amino. Monomer difiksasi pada matriks dengan prinsip saling melengkapi, berikatan silang dan kemudian dilepaskan dari matriks. Reaksi sintesis matriks adalah dasar untuk reproduksi jenisnya sendiri.

Reaksi apa yang terjadi di dalam sel yang tergolong reaksi sintesis matriks? Apa yang menjadi matriks untuk reaksi tersebut?

Dicari di halaman ini:

• monomer reaksi sintesis matriks dalam sel adalah
• reaksi sintesis matriks meliputi
• reaksi apa yang merupakan reaksi sintesis matriks

Asam nukleat.

Asam nukleat (NA) pertama kali ditemukan pada tahun 1869 oleh ahli biokimia Swiss Friedrich Miescher.

NA adalah heteropolimer linier dan tidak bercabang, monomernya berupa nukleotida yang dihubungkan oleh ikatan fosfodiester.

Nukleotida terdiri dari:

basa nitrogen

Purin (adenin (A) dan guanin (G) - molekulnya terdiri dari 2 cincin: beranggota 5 dan 6),

Pirimidin (sitosin (C), timin (T) dan urasil (U) - satu cincin beranggota enam);

karbohidrat (cincin gula 5 karbon): ribosa atau deoksiribosa;

residu asam fosfat.

Ada 2 jenis NK: DNA dan RNA. NK menyediakan penyimpanan, reproduksi dan implementasi informasi genetik (keturunan). Informasi ini dikodekan dalam bentuk urutan nukleotida. Urutan nukleotida mencerminkan struktur utama protein. Kesesuaian antara asam amino dan urutan nukleotida yang mengkodekannya disebut kode genetik. Satuan kode genetik DNA dan RNA adalah tiga serangkai– urutan tiga nukleotida.

Jenis basa nitrogen	A, G, C, T	A, G, C, kamu
Jenis pentosa	β,D-2-deoksiribosa	β,D-ribosa
Struktur sekunder	Reguler, terdiri dari 2 rantai yang saling melengkapi	Tidak beraturan, beberapa bagian dari satu rantai membentuk heliks ganda
Berat molekul (jumlah unit nukleotida dalam rantai primer) atau dari 250 hingga 1,2x10 5 kDa (kilodalton)	Sekitar ribuan, jutaan	Pada urutan puluhan dan ratusan
Lokalisasi di dalam sel	Nukleus, mitokondria, kloroplas, sentriol	Nukleolus, sitoplasma, ribosom, mitokondria dan plastida
	Penyimpanan, transmisi dan reproduksi informasi turun-temurun dari generasi ke generasi	Implementasi informasi turun-temurun

DNA (asam deoksiribonukleat) adalah asam nukleat yang monomernya adalah deoksiribonukleotida; itu adalah pembawa informasi genetik dari ibu. Itu. semua informasi tentang struktur, fungsi dan perkembangan sel individu dan seluruh organisme dicatat dalam bentuk rangkaian nukleotida DNA.

Struktur utama DNA adalah molekul beruntai tunggal (fag).

Susunan lebih lanjut dari makromolekul polimer disebut struktur sekunder. Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick menemukan struktur sekunder DNA - heliks ganda. Dalam heliks ini, gugus fosfat berada di luar heliks dan basa berada di dalam, dengan jarak interval 0,34 nm. Rantai-rantai tersebut disatukan oleh ikatan hidrogen antara basa dan dipelintir satu sama lain dan mengelilingi sumbu yang sama.

Basa-basa pada untaian antiparalel membentuk pasangan yang saling melengkapi (saling melengkapi) karena adanya ikatan hidrogen: A = T (2 sambungan) dan G ≡ C (3 koneksi).

Fenomena saling melengkapi dalam struktur DNA ditemukan pada tahun 1951 oleh Erwin Chargaff.

Aturan Chargaff: jumlah basa purin selalu sama dengan jumlah basa pirimidin (A+G) = (T+C).

Struktur tersier DNA adalah pelipatan lebih lanjut dari molekul beruntai ganda menjadi loop karena ikatan hidrogen antara putaran heliks yang berdekatan (supercoiling).

Struktur kuaterner DNA adalah kromatid (2 helai kromosom).

Pola difraksi sinar-X serat DNA, pertama kali diperoleh oleh Morris Wilkins dan Rosalind Franklin, menunjukkan bahwa molekul tersebut memiliki struktur heliks dan mengandung lebih dari satu rantai polinukleotida.

Ada beberapa keluarga DNA: bentuk A, B, C, D, Z. Bentuk B biasanya ditemukan dalam sel. Semua bentuk kecuali Z adalah spiral tangan kanan.

Replikasi (duplikasi diri) DNA - Ini adalah salah satu proses biologis terpenting yang menjamin reproduksi informasi genetik. Replikasi dimulai dengan pemisahan dua untai yang saling melengkapi. Setiap untai digunakan sebagai templat untuk membentuk molekul DNA baru. Enzim terlibat dalam proses sintesis DNA. Masing-masing dari dua molekul anak harus mencakup satu heliks lama dan satu heliks baru. Molekul DNA baru benar-benar identik dengan yang lama dalam urutan nukleotida. Metode replikasi ini memastikan reproduksi akurat informasi yang dicatat dalam molekul DNA induk pada molekul anak.

Sebagai hasil replikasi satu molekul DNA, dua molekul baru terbentuk, yang merupakan salinan persis dari molekul aslinya - matriks. Setiap molekul baru terdiri dari dua rantai - satu rantai induk dan satu rantai saudaranya. Mekanisme replikasi DNA ini disebut semi-konservatif.

Reaksi di mana satu molekul heteropolimer berfungsi sebagai cetakan (bentuk) untuk sintesis molekul heteropolimer lain yang berstruktur komplementer disebut reaksi tipe matriks. Jika selama suatu reaksi terbentuk molekul-molekul zat yang sama yang berfungsi sebagai matriks, maka reaksi tersebut disebut autokatalitik. Jika selama suatu reaksi molekul zat lain terbentuk pada matriks suatu zat, maka reaksi tersebut disebut heterokatalitik. Jadi, replikasi DNA (yaitu sintesis DNA pada cetakan DNA) adalah reaksi sintesis matriks autokatalitik.

Reaksi jenis matriks meliputi:

Replikasi DNA (sintesis DNA pada cetakan DNA),

Transkripsi DNA (sintesis RNA pada cetakan DNA),

Terjemahan RNA (sintesis protein pada templat RNA).

Namun, ada reaksi tipe templat lainnya, misalnya sintesis RNA pada templat RNA dan sintesis DNA pada templat RNA. Dua jenis reaksi terakhir diamati ketika sel terinfeksi virus tertentu. Sintesis DNA pada cetakan RNA ( transkripsi terbalik) banyak digunakan dalam rekayasa genetika.

Semua proses matriks terdiri dari tiga tahap: inisiasi (awal), perpanjangan (lanjutan) dan terminasi (akhir).

Replikasi DNA adalah proses kompleks yang melibatkan beberapa lusin enzim. Yang paling penting antara lain DNA polimerase (beberapa jenis), primase, topoisomerase, ligase dan lain-lain. Masalah utama dengan replikasi DNA adalah bahwa dalam rantai berbeda dari satu molekul, residu asam fosfat diarahkan ke arah yang berbeda, tetapi perpanjangan rantai hanya dapat terjadi dari ujung yang diakhiri dengan gugus OH. Oleh karena itu, pada daerah yang direplikasi disebut garpu replikasi, proses replikasi terjadi secara berbeda pada rantai yang berbeda. Pada salah satu untai, yang disebut untai terdepan, sintesis DNA terus menerus terjadi pada cetakan DNA. Pada rantai lainnya, yang disebut rantai tertinggal, pengikatan terjadi terlebih dahulu primer– fragmen RNA tertentu. Primer berfungsi sebagai primer untuk sintesis suatu fragmen DNA yang disebut fragmen Okazaki. Selanjutnya, primer dihilangkan, dan fragmen Okazaki dijahit menjadi satu untai enzim DNA ligase. Replikasi DNA disertai perbaikan– memperbaiki kesalahan yang pasti muncul selama replikasi. Ada banyak mekanisme perbaikan.

Replikasi terjadi sebelum pembelahan sel. Berkat kemampuan DNA ini, informasi herediter ditransfer dari sel induk ke sel anak.

RNA (asam ribonukleat) adalah asam nukleat yang monomernya adalah ribonukleotida.

Dalam satu molekul RNA terdapat beberapa daerah yang saling melengkapi. Ikatan hidrogen terbentuk antara daerah-daerah yang saling melengkapi. Akibatnya, struktur untai ganda dan untai tunggal bergantian dalam satu molekul RNA, dan konformasi keseluruhan molekul menyerupai daun semanggi.

Basa nitrogen yang menyusun RNA mampu membentuk ikatan hidrogen dengan basa komplementer pada DNA dan RNA. Dalam hal ini, basa nitrogen membentuk pasangan A=U, A=T dan G≡C. Berkat ini, informasi dapat ditransfer dari DNA ke RNA, dari RNA ke DNA, dan dari RNA ke protein.

Ada tiga jenis utama RNA yang ditemukan dalam sel yang menjalankan fungsi berbeda:

1. Informasi, atau matriks RNA (mRNA, atau mRNA). Fungsi: matriks sintesis protein. Merupakan 5% dari RNA seluler. Mentransfer informasi genetik dari DNA ke ribosom selama biosintesis protein. Dalam sel eukariotik, mRNA (mRNA) distabilkan oleh protein spesifik. Hal ini memungkinkan biosintesis protein terus berlanjut meskipun nukleus tidak aktif.

mRNA adalah rantai linier dengan beberapa wilayah dengan peran fungsional berbeda:

a) di ujung 5" ada penutup (“tutup”) - melindungi mRNA dari eksonuklease,

b) diikuti oleh daerah yang tidak diterjemahkan, melengkapi bagian rRNA, yang merupakan bagian dari subunit kecil ribosom,

c) translasi (pembacaan) mRNA diawali dengan kodon inisiasi AUG, pengkodean metionin,

d) kodon awal diikuti dengan bagian pengkode, yang berisi informasi tentang urutan asam amino dalam protein.

2. Ribosom, atau ribosom RNA (rRNA). Merupakan 85% RNA seluler. Dalam kombinasi dengan protein, ia merupakan bagian dari ribosom dan menentukan bentuk subunit ribosom besar dan kecil (subunit 50-60S dan 30-40S). Mereka mengambil bagian dalam penerjemahan - membaca informasi dari mRNA dalam sintesis protein.

Subunit dan rRNA penyusunnya biasanya ditentukan berdasarkan konstanta sedimentasinya. S - koefisien sedimentasi, satuan Svedberg. Nilai S mencirikan laju sedimentasi partikel selama ultrasentrifugasi dan sebanding dengan berat molekulnya. (Misalnya, rRNA prokariotik dengan koefisien sedimentasi 16 unit Svedberg disebut 16S rRNA).

Jadi, beberapa jenis rRNA dibedakan, berbeda dalam panjang rantai polinukleotida, massa dan lokalisasi di ribosom: 23-28S, 16-18S, 5S dan 5.8S. Ribosom prokariotik dan eukariotik mengandung 2 RNA dengan berat molekul tinggi yang berbeda, satu untuk setiap subunit, dan satu RNA dengan berat molekul rendah - RNA 5S. Ribosom eukariotik juga mengandung RNA 5,8S dengan berat molekul rendah. Misalnya, prokariota mensintesis 23S, 16S dan 5S rRNA, dan eukariota mensintesis 18S, 28S, 5S dan 5.8S.

Ribosom 80S (eukariotik)

Subunit kecil 40S Subunit besar 60S

18SrRNA (~2000 nukleotida), - 28SrRNA (~4000 nt),

5.8SpRNA (~155nt),

5SpRNA (~121nt),

~30 protein. ~45 protein.

ribosom 70S (prokariotik)

Subunit kecil 30S Subunit besar 50S

16SpRNA, - 23SpRNA,

~20 protein. ~30 protein.

Molekul besar rRNA yang sangat polimer (konstanta sedimentasi 23-28S, terlokalisasi di subunit ribosom 50-60S.

Molekul kecil rRNA polimer tinggi (konstanta sedimentasi 16-18S, terlokalisasi di subunit ribosom 30-40S.

Di semua ribosom tanpa kecuali, terdapat rRNA 5S polimer rendah dan terlokalisasi di subunit ribosom 50-60S.

RRNA polimer rendah dengan konstanta sedimentasi 5,8S hanya merupakan karakteristik ribosom eukariotik.

Jadi, ribosom mengandung tiga jenis rRNA pada prokariota dan empat jenis rRNA pada eukariota.

Struktur utama rRNA adalah satu rantai poliribonukleotida.

Struktur sekunder rRNA adalah spiralisasi rantai poliribonukleotida ke dirinya sendiri (bagian individu dari rantai RNA membentuk loop heliks - “jepit rambut”).

Struktur tersier rRNA polimer tinggi - interaksi elemen heliks dari struktur sekunder.

3. Mengangkut RNA (tRNA). Merupakan 10% dari RNA seluler. Mentransfer asam amino ke tempat sintesis protein, mis. ke ribosom. Setiap asam amino memiliki tRNA sendiri.

Struktur utama tRNA adalah satu rantai poliribonukleotida.

Struktur sekunder tRNA adalah model “daun semanggi”, dalam struktur ini terdapat 4 daerah untai ganda dan 5 daerah untai tunggal.

Struktur tersier tRNA stabil; molekulnya terlipat menjadi struktur berbentuk L (2 heliks hampir tegak lurus satu sama lain).

Semua jenis RNA terbentuk sebagai hasil reaksi sintesis templat. Dalam kebanyakan kasus, salah satu untai DNA berfungsi sebagai cetakan. Jadi, biosintesis RNA pada cetakan DNA merupakan reaksi heterokatalitik dari jenis cetakan. Proses ini disebut transkripsi dan dikendalikan oleh enzim tertentu - RNA polimerase (transkriptase).

Sintesis RNA (transkripsi DNA) melibatkan penyalinan informasi dari DNA ke mRNA.

Perbedaan antara sintesis RNA dan sintesis DNA:

Proses asimetri: hanya satu untai DNA yang digunakan sebagai cetakan.

Proses konservatif: molekul DNA kembali ke keadaan semula setelah sintesis RNA selesai. Selama sintesis DNA, molekul-molekulnya diperbarui setengahnya, yang membuat replikasi menjadi semi-konservatif.

Sintesis RNA tidak memerlukan primer apa pun untuk memulai, tetapi replikasi DNA memerlukan primer RNA.

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

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

3. Apa kode genetiknya?

4. Mendeskripsikan sifat-sifat kode genetik.

7. Reaksi sintesis matriks. Transkripsi

Informasi tentang suatu protein dicatat sebagai urutan nukleotida dalam DNA dan terletak di dalam nukleus. Sintesis protein sendiri terjadi di sitoplasma pada ribosom. Oleh karena itu, sintesis protein memerlukan struktur yang dapat mentransfer informasi dari DNA ke tempat sintesis protein. Perantara semacam itu adalah informasi, atau matriks, RNA, yang mentransmisikan informasi dari gen spesifik molekul DNA ke tempat sintesis protein pada ribosom.

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

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

Transkripsi

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

Sintesis RNA memiliki sejumlah fitur. Molekul RNA jauh lebih pendek dan hanya merupakan salinan sebagian kecil DNA. Oleh karena itu, hanya bagian DNA tertentu yang berisi informasi tentang asam nukleat tertentu yang berfungsi sebagai matriks. RNA yang baru disintesis tidak pernah terikat dengan cetakan DNA asli, tetapi dilepaskan setelah reaksi berakhir. Proses transkripsi terjadi dalam tiga tahap.

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

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

Tahap ketiga - penghentian. Ini adalah tahap terakhir. Sintesis RNA berlanjut sampai lampu rem- urutan nukleotida tertentu yang menghentikan pergerakan enzim dan sintesis RNA. Polimerase dipisahkan dari DNA dan salinan RNA yang disintesis. Pada saat yang sama, molekul RNA dikeluarkan dari matriks. DNA mengembalikan heliks ganda. Sintesis selesai. Bergantung pada bagian DNA, RNA ribosom, transpor, dan messenger disintesis dengan cara ini.

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

Setelah transkripsi, molekul RNA pembawa pesan sel eukariotik mengalami penataan ulang. Ini memotong urutan nukleotida yang tidak membawa informasi tentang protein ini. Proses ini disebut penyambungan. Tergantung pada jenis sel dan tahap perkembangannya, berbagai bagian molekul RNA dapat dihilangkan. Akibatnya, RNA berbeda disintesis pada satu bagian DNA, yang membawa informasi tentang protein berbeda. Hal ini memungkinkan terjadinya transfer informasi genetik yang signifikan dari satu gen dan juga memfasilitasi rekombinasi genetik.

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

Pertanyaan dan tugas untuk pengendalian diri

1. Reaksi apa saja yang termasuk dalam reaksi sintesis matriks?

2. Berapakah matriks awal untuk semua reaksi sintesis matriks?

3. Apa nama proses biosintesis mRNA?

4. Jenis RNA apa yang disintesis pada DNA?

5. Tetapkan urutan fragmen mRNA jika fragmen DNA yang bersangkutan memiliki urutan: AAGCTTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Biosintesis protein

Protein merupakan komponen penting dari semua sel, sehingga proses metabolisme plastik yang paling penting adalah biosintesis protein. Itu terjadi di semua sel organisme. Ini adalah satu-satunya komponen sel (kecuali asam nukleat) yang sintesisnya dilakukan di bawah kendali langsung materi genetik sel. Seluruh peralatan genetik sel - DNA dan jenis yang berbeda RNA - dikonfigurasi untuk sintesis protein.

Gen adalah bagian dari molekul DNA yang bertanggung jawab untuk sintesis satu molekul protein. Untuk sintesis protein, gen spesifik dari DNA perlu disalin dalam bentuk molekul RNA pembawa pesan. Proses ini telah dibahas sebelumnya. Sintesis protein adalah proses multi-langkah yang kompleks dan bergantung pada aktivitas berbagai jenis RNA. Untuk biosintesis protein langsung, diperlukan komponen-komponen berikut:

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

2. Ribosom adalah organel tempat terjadinya sintesis protein.

3. Kumpulan asam amino esensial dalam sitoplasma.

4. Mentransfer RNA, mengkode asam amino dan mengangkutnya ke tempat sintesis pada ribosom.

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

Struktur RNA transfer dan pengkodean asam amino

Transfer RNA (tRNA) adalah molekul kecil dengan 70 hingga 90 nukleotida. Jumlah tRNA sekitar 15% dari seluruh RNA dalam sel. Fungsi tRNA bergantung pada strukturnya. Sebuah studi tentang struktur molekul tRNA menunjukkan bahwa mereka terlipat dengan cara tertentu dan memiliki bentuk daun semanggi(Gbr. 20). Molekul tersebut mengandung loop dan bagian ganda yang dihubungkan melalui interaksi basa komplementer. Yang paling penting adalah loop tengah, yang berisi antikodon - triplet nukleotida yang sesuai dengan kode asam amino tertentu. Dengan antikodonnya, tRNA mampu bergabung dengan kodon yang sesuai pada mRNA sesuai prinsip saling melengkapi.

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

Setiap tRNA hanya dapat membawa satu dari 20 asam amino. Artinya untuk setiap asam amino setidaknya terdapat satu tRNA. Karena suatu asam amino dapat memiliki beberapa kembar tiga, jumlah spesies tRNA sama dengan jumlah kembar tiga asam amino tersebut. Jadi, jumlah total spesies tRNA sesuai dengan jumlah kodon dan sama dengan 61. Tidak ada satu pun tRNA yang sesuai dengan tiga kode berhenti.

Pada salah satu ujung molekul tRNA selalu terdapat nukleotida guanin (ujung 5"), dan di ujung lainnya (ujung 3") selalu terdapat tiga nukleotida CCA. Untuk tujuan inilah asam amino ditambahkan (Gbr. 21). Setiap asam amino melekat pada tRNA spesifiknya dengan antikodon yang sesuai. Mekanisme perlekatan ini dikaitkan dengan kerja enzim spesifik - aminoasil-tRNA sintetase, yang mengikat setiap asam amino ke tRNA yang sesuai. Setiap asam amino memiliki sintetasenya sendiri. Sambungan asam amino dengan tRNA dilakukan dengan menggunakan energi ATP, sedangkan ikatan berenergi tinggi berubah menjadi ikatan antara tRNA dan asam amino. Beginilah cara asam amino diaktifkan dan dikodekan.

Tahapan biosintesis protein. Proses sintesis rantai polipeptida yang dilakukan pada ribosom disebut siaran. Messenger RNA (mRNA) adalah perantara dalam transmisi informasi tentang struktur utama protein; tRNA mengangkut asam amino yang dikodekan ke tempat sintesis dan memastikan urutan koneksinya. Perakitan rantai polipeptida terjadi di ribosom.

Dalam metabolisme tubuh peran utama adalah 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 sintesis protein disimpan dalam inti sel, dan sintesis langsung terjadi di luar inti, sehingga perlu membantu untuk menyampaikan rencana yang dikodekan dari inti ke situs sintesis. seperti ini membantu diberikan oleh molekul RNA.

Prosesnya dimulai dalam inti sel: bagian dari “tangga” DNA terlepas dan terbuka. Berkat ini, huruf-huruf RNA membentuk ikatan dengan surat terbuka DNA 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.

Setelah modifikasi lebih lanjut, jenis RNA yang dikodekan ini selesai.

RNA keluar dari inti dan pergi ke tempat sintesis protein, tempat huruf RNA diuraikan. Setiap rangkaian tiga huruf RNA membentuk "kata" yang mewakili satu asam amino tertentu.

Jenis RNA lain menemukan asam amino ini, menangkapnya dengan bantuan enzim, dan mengirimkannya ke tempat sintesis protein. Saat pesan RNA 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: menggunakan komputer untuk menghitung semua kemungkinan pelipatan protein berukuran rata-rata yang terdiri dari 100 asam amino akan memakan waktu 10 27 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. Namun tidak ada manusia di Bumi (kecuali kembar identik) yang memiliki semua protein yang 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 .

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

Kode genetik terdiri dari kembar tiga nukleotida DNA bergabung dengan cara yang berbeda urutan(AAT, GCA, ACG, TGC, dll.), yang masing-masing mengkodekan yang spesifik Asam amino(yang akan diintegrasikan ke dalam rantai polipeptida).

Asam amino 20, A peluang untuk kombinasi empat nukleotida dalam kelompok tiga – 64 empat nukleotida cukup untuk mengkodekan 20 asam amino

Itu sebabnya satu asam amino dapat dikodekan beberapa kembar tiga.

Beberapa kembar tiga tidak mengkodekan asam amino sama sekali, tapi Diluncurkan atau berhenti biosintesis protein.

Sebenarnya kodenya 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 ACGU, yang disebut kembar tiga kodon: triplet pada DNA CGT pada mRNA akan menjadi triplet GCA, dan triplet DNA AAG akan menjadi triplet UUC.

Tepat kodon mRNA kode genetik tercermin dalam catatan.

Dengan demikian, kode genetik - satu sistem merekam informasi herediter dalam molekul asam nukleat dalam bentuk rangkaian nukleotida. Kode genetik berdasarkan tentang penggunaan alfabet yang hanya terdiri dari empat huruf-nukleotida, berbeda basa nitrogennya: A, T, G, C.

Sifat dasar kode genetik :

1. Kode genetiknya triplet. 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 tetap tidak 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 adalah tiga. (Dalam hal ini, jumlah kemungkinan kembar tiga nukleotida adalah 4 3 = 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 penghenti, yaitu sinyal penghenti 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. Seiring dengan redundansi, kode juga memiliki properti ketidakjelasan: Setiap kodon hanya berhubungan dengan satu asam amino tertentu.

4. Kodenya kolinear, itu. urutan nukleotida dalam suatu gen sama persis dengan urutan asam amino dalam suatu 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 sinyal stop ( menghentikan kodon).

6. Kode genetik bersifat 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 memecahkan kode kodon mRNA dan membangun rantai molekul protein.

Reaksi sintesis templat.

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

Istilah "matriks""dalam teknologi mereka menunjukkan 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 arah 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 DNA atau RNA berperan dalam reaksi matriks.

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 - miliknya kemampuan untuk mereproduksi jenisnya sendiri.

KE reaksi sintesis matriks termasuk:

1. Replikasi DNA - proses penggandaan diri molekul DNA, yang dilakukan di bawah kendali enzim. Pada setiap untai DNA yang terbentuk setelah putusnya ikatan hidrogen, untai DNA anak disintesis dengan partisipasi enzim DNA polimerase. 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 tersebut 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 sesuai dengan prinsip matriks, sebanding dengan kerja 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 dengan molekul DNA dapat diperbaiki - disebut proses menghilangkan kesalahan perbaikan. Reaksi pertama dalam proses transfer informasi adalah replikasi molekul DNA dan sintesis rantai DNA baru.

2. transkripsi – sintesis i-RNA pada DNA, proses menghilangkan informasi dari molekul DNA, disintesis oleh molekul i-RNA.

I-RNA terdiri dari rantai tunggal dan disintesis pada DNA sesuai dengan aturan saling melengkapi dengan partisipasi enzim yang mengaktifkan awal dan akhir sintesis molekul i-RNA.

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

3. siaran - sintesis protein menggunakan mRNA; proses penerjemahan informasi yang terkandung dalam rangkaian nukleotida mRNA menjadi rangkaian asam amino pada polipeptida.

4 .sintesis RNA atau DNA dari virus RNA

Urutan reaksi matriks selama biosintesis protein dapat direpresentasikan sebagai skema:

untaian DNA yang tidak ditranskripsi		SEBUAH T G	G G C	T dan T
untaian DNA yang ditranskripsi		TA C	Ts Ts G	SEBUAH T A
Transkripsi DNA
kodon mRNA		A U G	G G C	kamu
terjemahan mRNA
antikodon tRNA		U A C	Ts Ts G	A U A
asam amino protein		metionin	glisin	tirosin

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.

Akibat aktivasi, asam amino menjadi lebih labil dan berada di bawah pengaruh enzim yang sama berikatan dengan tRNA. Setiap asam amino bersesuaian secara ketat tRNA tertentu, yang menemukan asam amino "nya" dan transfer itu ke dalam ribosom.

Akibatnya bermacam-macam asam amino teraktivasi yang berikatan dengan tRNAnya. 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 i-RNA), yang disintesis di dalam nukleus dipengaruhi oleh 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 ada di dalamnya saat ini 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 ke kodon mRNA tertentu dan menghubungkan dengan dia; ke wilayah tetangga berikutnya dari mRNA tRNA lain melekat padanya asam amino lain 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 dengannya, dan lagi akan mentransfer itu ke dalam ribosom.

Dalam proses sintesis protein, tidak hanya satu, tetapi beberapa ribosom - poliribosom - terlibat secara bersamaan.

Tahapan utama transfer informasi genetik:

sintesis DNA sebagai cetakan mRNA (transkripsi)

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 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 - ribosom. Baru setelah itu tahap selanjutnya dimulai - penyiaran.

Pada prokariota, transkripsi dan translasi terjadi secara bersamaan.

Dengan demikian,

tempat sintesis protein dan semua enzim di dalam sel adalah ribosom - seperti itu "pabrik" protein, seperti toko perakitan, yang menyediakan semua bahan yang diperlukan untuk merakit rantai polipeptida protein dari asam amino. Sifat protein yang disintesis tergantung pada struktur i-RNA, pada urutan susunan nukleoid di dalamnya, dan struktur i-RNA mencerminkan struktur DNA, sehingga pada akhirnya struktur spesifik suatu protein, yaitu urutan susunan berbagai asam amino di dalamnya, tergantung pada urutan susunan nukleoid dalam DNA, pada struktur DNA.

Teori biosintesis protein yang dikemukakan disebut teori matriks. Matriks teori ini dipanggil karena bahwa asam nukleat berperan sebagai matriks yang mencatat semua informasi mengenai urutan residu asam amino dalam molekul protein.

Penciptaan teori matriks biosintesis protein dan penguraian kode asam amino adalah yang terbesar pencapaian ilmiah Abad XX, langkah paling penting menuju penjelasan mekanisme molekuler hereditas.

Tugas tematik

A1. Pernyataan mana yang salah?

1) kode genetik bersifat universal

2) kode genetiknya merosot

3) kode genetik bersifat individual

4) kode genetiknya triplet

A2. Satu triplet DNA mengkode:

1) urutan asam amino dalam suatu protein

2) salah satu tanda suatu organisme

3) satu asam amino

4) beberapa asam amino

A3. "Tanda baca" dari kode genetik

1) memicu sintesis protein

2) menghentikan sintesis protein

3) mengkodekan protein tertentu

4) mengkodekan sekelompok asam amino

A4. Jika pada katak asam amino VALINE dikodekan oleh triplet GUU, maka pada anjing asam amino ini dapat dikodekan oleh triplet:

1) GUA dan GUG

2) UTC dan UCA

3) TsUT dan TsUA

4) UAG dan UGA

A5. Sintesis protein selesai saat ini

1) pengenalan kodon oleh antikodon

2) masuknya mRNA ke ribosom

3) munculnya “tanda baca” pada ribosom

4) penggabungan asam amino ke t-RNA

A6. Tunjukkan sepasang sel yang pada satu orang mengandung informasi genetik yang berbeda?

1) sel hati dan lambung

2) neuron dan leukosit

3) sel otot dan tulang

4) sel lidah dan telur

A7. Fungsi mRNA dalam proses biosintesis

1) penyimpanan informasi turun-temurun

2) pengangkutan asam amino ke ribosom

3) transfer informasi ke ribosom

4) percepatan proses biosintesis

A8. Antikodon tRNA terdiri dari nukleotida UCG. Triplet DNA manakah yang saling melengkapi?