Perbedaan kode genetik. Kode genetik: deskripsi, ciri-ciri, sejarah penelitian

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 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 inti 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, mis. berhenti-sinyal yang menghentikan sintesis rantai polipeptida. Triplet yang berhubungan dengan metionin (AUG), 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 mulai dari 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 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 (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.

Kuliah 5. Kode genetik

Definisi konsep

Kode genetik adalah suatu sistem pencatatan informasi tentang urutan asam amino dalam protein dengan menggunakan urutan nukleotida dalam DNA.

Karena DNA tidak terlibat langsung dalam sintesis protein, kodenya ditulis dalam bahasa RNA. RNA mengandung urasil, bukan timin.

Sifat-sifat kode genetik

1. Tiga puluh

Setiap asam amino dikodekan oleh urutan 3 nukleotida.

Definisi: triplet atau kodon adalah rangkaian tiga nukleotida yang mengkode satu asam amino.

Kodenya tidak bisa monoplet, karena 4 (jumlah nukleotida berbeda dalam DNA) kurang dari 20. Kodenya tidak bisa doublet, karena 16 (banyaknya kombinasi dan permutasi 4 nukleotida dengan 2) kurang dari 20. Kodenya bisa triplet, karena 64 (banyaknya kombinasi dan permutasi dari 4 menjadi 3) lebih dari 20.

2. Degenerasi.

Semua asam amino, kecuali metionin dan triptofan, dikodekan oleh lebih dari satu triplet:

2 AK untuk 1 kembar tiga = 2.

9 AK, masing-masing 2 kembar tiga = 18.

1 AK 3 kembar tiga = 3.

5 AK dari 4 kembar tiga = 20.

3 AK dari 6 kembar tiga = 18.

Sebanyak 61 kembar tiga mengkode 20 asam amino.

3. Adanya tanda baca antargenik.

Definisi:

Gen - bagian DNA yang mengkode satu rantai polipeptida atau satu molekul tRNA, RRNA atausRNA.

GentRNA, rRNA, sRNAprotein tidak diberi kode.

Di akhir setiap gen yang mengkode polipeptida, terdapat setidaknya satu dari 3 kembar tiga yang mengkode kodon penghenti RNA, atau sinyal penghenti. Di mRNA mereka memiliki bentuk berikut: UAA, UAG, UGA . Mereka menghentikan (mengakhiri) siaran.

Secara konvensional, kodon juga termasuk dalam tanda baca Agustus - yang pertama setelah urutan pemimpin. (Lihat Kuliah 8) Berfungsi sebagai huruf kapital. Dalam posisi ini ia mengkodekan formilmetionin (pada prokariota).

4. Ketidakjelasan.

Setiap triplet hanya mengkodekan satu asam amino atau merupakan terminator translasi.

Pengecualiannya adalah kodon Agustus . Pada prokariota, pada posisi pertama (huruf kapital) ia mengkodekan formilmetionin, dan pada posisi lain ia mengkodekan metionin.

5. Kekompakan, atau tidak adanya tanda baca intragenik.
Dalam suatu gen, setiap nukleotida merupakan bagian dari kodon yang signifikan.

Pada tahun 1961, Seymour Benzer dan Francis Crick secara eksperimental membuktikan sifat triplet dari kode dan kekompakannya.

Inti dari percobaan: mutasi “+” - penyisipan satu nukleotida. "-" mutasi - hilangnya satu nukleotida. Satu mutasi "+" atau "-" pada awal suatu gen merusak keseluruhan gen. Mutasi ganda "+" atau "-" juga merusak keseluruhan gen.

Mutasi rangkap tiga “+” atau “-” pada awal suatu gen hanya merusak sebagian saja. Mutasi empat kali lipat “+” atau “-” lagi-lagi merusak keseluruhan gen.

Eksperimen membuktikan hal itu Kode ditranskripsi dan tidak ada tanda baca di dalam gen. Percobaan dilakukan pada dua gen fag yang berdekatan dan menunjukkan, sebagai tambahan, adanya tanda baca antar gen.

6. Keserbagunaan.

Kode genetiknya sama untuk semua makhluk yang hidup di bumi.

Pada tahun 1979, Burrell dibuka ideal kode mitokondria manusia.

Definisi:

“Ideal” adalah kode genetik yang memenuhi aturan degenerasi kode kuasi-doublet: Jika dalam dua kembar tiga, dua nukleotida pertama bertepatan, dan nukleotida ketiga termasuk dalam kelas yang sama (keduanya purin atau keduanya pirimidin) , lalu kembar tiga ini mengkode asam amino yang sama.

Ada dua pengecualian terhadap aturan ini dalam kode universal. Kedua penyimpangan dari kode ideal secara universal berhubungan dengan poin mendasar: awal dan akhir sintesis protein:

Kode genetik adalah cara pengkodean urutan asam amino dalam suatu molekul protein dengan menggunakan urutan nukleotida dalam molekul asam nukleat. Sifat-sifat kode genetik muncul dari ciri-ciri pengkodean tersebut.

Setiap protein asam amino dicocokkan dengan tiga nukleotida asam nukleat berturut-turut - tiga serangkai, atau kodon. Setiap nukleotida dapat mengandung satu dari empat basa nitrogen. Dalam RNA ini adalah adenin (A), urasil (U), guanin (G), sitosin (C). Dengan menggabungkan basa nitrogen (dalam hal ini, nukleotida yang mengandungnya) dengan cara yang berbeda, Anda bisa mendapatkan banyak kembar tiga yang berbeda: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC, dll. Jumlah kemungkinan kombinasi adalah 64, yaitu 43.

Protein organisme hidup mengandung sekitar 20 asam amino. Jika alam “berencana” untuk mengkodekan setiap asam amino bukan dengan tiga, tetapi dengan dua nukleotida, maka variasi pasangan tersebut tidak akan cukup, karena hanya ada 16, yaitu. 42.

Dengan demikian, sifat utama dari kode genetik adalah triplisitasnya. Setiap asam amino dikodekan oleh triplet nukleotida.

Karena terdapat lebih banyak kemungkinan kembar tiga yang berbeda dibandingkan asam amino yang digunakan dalam molekul biologis, sifat berikut telah diwujudkan dalam alam yang hidup: redundansi kode genetik. Banyak asam amino mulai dikodekan bukan oleh satu kodon, tetapi oleh beberapa kodon. Misalnya, asam amino glisin dikodekan oleh empat kodon berbeda: GGU, GGC, GGA, GGG. Redundansi disebut juga degenerasi.

Korespondensi antara asam amino dan kodon ditunjukkan dalam tabel. Misalnya, ini:

Sehubungan dengan nukleotida, kode genetik memiliki sifat sebagai berikut: ketidakjelasan(atau kekhususan): setiap kodon hanya berhubungan dengan satu asam amino. Misalnya, kodon GGU hanya dapat mengkode glisin dan tidak dapat mengkode asam amino lainnya.

Lagi. Redundansi berarti beberapa kembar tiga dapat mengkode asam amino yang sama. Kekhususan - setiap kodon spesifik hanya dapat mengkode satu asam amino.

Tidak ada tanda baca khusus dalam kode genetik (kecuali kodon stop, yang menunjukkan akhir sintesis polipeptida). Fungsi tanda baca dilakukan oleh si kembar tiga itu sendiri - akhir dari satu tanda baca berarti yang berikutnya akan dimulai. Ini menyiratkan dua sifat kode genetik berikut: kontinuitas Dan tidak tumpang tindih. Kontinuitas mengacu pada pembacaan kembar tiga segera setelah satu sama lain. Non-tumpang tindih berarti setiap nukleotida hanya dapat menjadi bagian dari satu triplet. Jadi nukleotida pertama dari triplet berikutnya selalu muncul setelah nukleotida ketiga dari triplet sebelumnya. Sebuah kodon tidak dapat dimulai dengan nukleotida kedua atau ketiga dari kodon sebelumnya. Dengan kata lain, kode tersebut tidak tumpang tindih.

Kode genetik mempunyai sifat keserbagunaan. Hal yang sama terjadi pada semua organisme di Bumi, yang menunjukkan kesatuan asal mula kehidupan. Ada pengecualian yang sangat jarang terjadi pada hal ini. Misalnya, beberapa kembar tiga di mitokondria dan kloroplas mengkodekan asam amino selain asam amino biasanya. Hal ini mungkin menunjukkan bahwa pada awal kehidupan terdapat variasi kode genetik yang sedikit berbeda.

Terakhir, kode genetik memilikinya kekebalan terhadap kebisingan, yang merupakan konsekuensi dari propertinya sebagai redundansi. Mutasi titik, yang terkadang terjadi pada DNA, biasanya mengakibatkan penggantian satu basa nitrogen dengan basa nitrogen lainnya. Ini mengubah triplet. Misalnya AAA, tapi setelah mutasi menjadi AAG. Namun, perubahan tersebut tidak selalu menyebabkan perubahan asam amino dalam polipeptida yang disintesis, karena kedua kembar tiga, karena sifat redundansi kode genetik, dapat berhubungan dengan satu asam amino. Mengingat mutasi seringkali berbahaya, sifat kekebalan terhadap kebisingan berguna.

Kode genetik, atau biologis, adalah salah satu sifat universal alam yang hidup, yang membuktikan kesatuan asal usulnya. Kode genetik adalah metode pengkodean urutan asam amino suatu polipeptida menggunakan urutan nukleotida asam nukleat (RNA pembawa pesan atau bagian DNA komplementer tempat mRNA disintesis).

Ada definisi lain.

Kode genetik- ini adalah korespondensi setiap asam amino (bagian dari protein hidup) dengan urutan tertentu dari tiga nukleotida. Kode genetik adalah hubungan antara basa asam nukleat dan asam amino protein.

Dalam literatur ilmiah, kode genetik tidak berarti urutan nukleotida dalam DNA suatu organisme yang menentukan individualitasnya.

Tidaklah benar jika berasumsi bahwa satu organisme atau spesies mempunyai satu kode, dan organisme atau spesies lain mempunyai kode lain. Kode genetik adalah bagaimana asam amino dikodekan oleh nukleotida (yaitu prinsip, mekanisme); itu bersifat universal untuk semua makhluk hidup, sama untuk semua organisme.

Oleh karena itu, tidak tepat untuk mengatakan, misalnya, “Kode genetik seseorang” atau “Kode genetik suatu organisme”, yang sering digunakan dalam literatur dan film pseudo-ilmiah.

Dalam kasus ini, yang kami maksud biasanya adalah genom seseorang, organisme, dll.

Keanekaragaman makhluk hidup dan ciri-ciri aktivitas hidupnya terutama disebabkan oleh keanekaragaman protein.

Struktur spesifik suatu protein ditentukan oleh urutan dan kuantitas berbagai asam amino yang menyusun komposisinya. Urutan asam amino peptida dienkripsi dalam DNA menggunakan kode biologis. Dilihat dari keragaman kumpulan monomer, DNA adalah molekul yang lebih primitif daripada peptida. DNA terdiri dari pergantian berbeda hanya dari empat nukleotida. Hal ini telah lama menghalangi para peneliti untuk menganggap DNA sebagai bahan keturunan.

Bagaimana asam amino dikodekan oleh nukleotida?

1) Asam nukleat (DNA dan RNA) adalah polimer yang terdiri dari nukleotida.

Setiap nukleotida dapat mengandung salah satu dari empat basa nitrogen: adenin (A, en: A), guanin (G, G), sitosin (C, en: C), timin (T, en: T). Dalam kasus RNA, timin digantikan oleh urasil (U, U).

Saat mempertimbangkan kode genetik, hanya basa nitrogen yang diperhitungkan.

Kemudian rantai DNA dapat direpresentasikan sebagai urutan liniernya. Misalnya:

Bagian mRNA yang melengkapi kode ini adalah sebagai berikut:

2) Protein (polipeptida) adalah polimer yang terdiri dari asam amino.

Dalam organisme hidup, 20 asam amino digunakan untuk membangun polipeptida (beberapa asam amino lainnya sangat jarang). Untuk menunjuknya, Anda juga dapat menggunakan satu huruf (walaupun lebih sering menggunakan tiga huruf - singkatan dari nama asam amino).

Asam amino dalam polipeptida juga dihubungkan secara linier melalui ikatan peptida. Misalnya, ada bagian protein dengan urutan asam amino berikut (setiap asam amino ditandai dengan satu huruf):

3) Jika tugasnya mengkodekan setiap asam amino menggunakan nukleotida, maka tugasnya adalah mengkodekan 20 huruf menggunakan 4 huruf.

Hal ini dapat dilakukan dengan mencocokkan huruf alfabet 20 huruf dengan kata-kata yang terdiri dari beberapa huruf alfabet 4 huruf.

Jika satu asam amino dikodekan oleh satu nukleotida, maka hanya empat asam amino yang dapat dikodekan.

Jika setiap asam amino dikaitkan dengan dua nukleotida berturut-turut dalam rantai RNA, maka enam belas asam amino dapat dikodekan.

Jika terdapat empat huruf (A, U, G, C), maka banyaknya kombinasi pasangan yang berbeda adalah 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), ( UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[Kurung digunakan untuk memudahkan persepsi.] Ini berarti bahwa hanya 16 asam amino berbeda yang dapat dikodekan dengan kode berikut (kata yang terdiri dari dua huruf): masing-masing akan memiliki kata sendiri (dua nukleotida berurutan).

Dari ilmu matematika, rumus menentukan banyaknya kombinasi adalah sebagai berikut: ab = n.

Di sini n adalah banyaknya kombinasi yang berbeda, a adalah banyaknya huruf alfabet (atau basis sistem bilangan), b adalah banyaknya huruf dalam sebuah kata (atau angka dalam suatu bilangan). Jika kita mengganti 4 huruf alfabet dan kata yang terdiri dari dua huruf ke dalam rumus ini, kita mendapatkan 42 = 16.

Jika tiga nukleotida berurutan digunakan sebagai kata sandi untuk setiap asam amino, maka 43 = 64 asam amino berbeda dapat dikodekan, karena 64 kombinasi berbeda dapat dibuat dari empat huruf yang diambil dalam kelompok tiga (misalnya, AUG, GAA, CAU , GGU, dll).

D.). Ini sudah lebih dari cukup untuk mengkodekan 20 asam amino.

Tepat kode tiga huruf yang digunakan dalam kode genetik. Tiga nukleotida berurutan yang mengkode satu asam amino disebut tiga serangkai(atau kodon).

Setiap asam amino dikaitkan dengan triplet nukleotida tertentu.

Selain itu, karena kombinasi kembar tiga tumpang tindih dengan jumlah asam amino yang berlebihan, banyak asam amino dikodekan oleh beberapa kembar tiga.

Tiga kembar tiga tidak mengkode asam amino apa pun (UAA, UAG, UGA).

Mereka menandai akhir siaran dan dipanggil menghentikan kodon(atau kodon yang tidak masuk akal).

Triplet AUG tidak hanya mengkodekan asam amino metionin, tetapi juga memulai translasi (berperan sebagai kodon awal).

Di bawah ini adalah tabel korespondensi asam amino dengan triplet nukleotida.

Dengan menggunakan tabel pertama, akan lebih mudah untuk menentukan asam amino yang sesuai dari triplet tertentu. Untuk yang kedua - untuk asam amino tertentu, kembar tiga yang sesuai dengannya.

Mari kita perhatikan contoh penerapan kode genetik. Misalkan ada mRNA dengan isi sebagai berikut:

Mari kita bagi urutan nukleotida menjadi tiga kali lipat:

Mari kita kaitkan setiap triplet dengan asam amino dari polipeptida yang dikodekannya:

Metionin - Asam aspartat - Serin - Treonin - Triptofan - Leusin - Leusin - Lisin - Asparagin - Glutamin

Triplet terakhir adalah kodon stop.

Sifat-sifat kode genetik

Sifat-sifat kode genetik sebagian besar merupakan konsekuensi dari cara asam amino dikodekan.

Properti pertama dan jelas adalah rangkap tiga.

Hal ini mengacu pada fakta bahwa satuan kode adalah rangkaian tiga nukleotida.

Properti penting dari kode genetik adalah miliknya tidak tumpang tindih. Sebuah nukleotida yang termasuk dalam satu triplet tidak dapat dimasukkan ke dalam triplet lain.

Artinya, barisan AGUGAA hanya bisa dibaca sebagai AGU-GAA, tetapi tidak, misalnya seperti ini: AGU-GUG-GAA. Artinya, jika pasangan GU termasuk dalam satu triplet, maka pasangan tersebut belum bisa menjadi komponen triplet lainnya.

Di bawah ketidakjelasan Kode genetik memahami bahwa setiap triplet hanya berhubungan dengan satu asam amino.

Misalnya, kode triplet AGU untuk asam amino serin dan tidak ada yang lain.

Kode genetik

Triplet ini secara unik hanya berhubungan dengan satu asam amino.

Di sisi lain, beberapa kembar tiga dapat berhubungan dengan satu asam amino. Misalnya, serin yang sama, selain AGU, berhubungan dengan kodon AGC. Properti ini disebut degenerasi kode genetik.

Degenerasi memungkinkan banyak mutasi tetap tidak berbahaya, karena seringkali penggantian satu nukleotida dalam DNA tidak menyebabkan perubahan nilai triplet. Jika Anda melihat lebih dekat pada tabel korespondensi asam amino dengan kembar tiga, Anda dapat melihat bahwa jika suatu asam amino dikodekan oleh beberapa kembar tiga, mereka sering kali berbeda dalam nukleotida terakhir, yaitu bisa apa saja.

Beberapa sifat lain dari kode genetik juga dicatat (kontinuitas, kekebalan kebisingan, universalitas, dll.).

Ketahanan sebagai adaptasi tumbuhan terhadap kondisi kehidupan. Reaksi dasar tumbuhan terhadap pengaruh faktor-faktor yang merugikan.

Ketahanan tanaman adalah kemampuan tanaman untuk menahan pengaruh faktor lingkungan yang ekstrim (kekeringan tanah dan udara).

Keunikan kode genetik diwujudkan dalam kenyataan bahwa

Properti ini dikembangkan selama proses evolusi dan ditetapkan secara genetis. Di daerah dengan kondisi yang tidak menguntungkan, bentuk dekoratif yang stabil dan varietas lokal tanaman budidaya tahan kekeringan telah terbentuk. Tingkat ketahanan tertentu yang melekat pada tanaman hanya terungkap di bawah pengaruh faktor lingkungan yang ekstrim.

Sebagai akibat dari timbulnya faktor tersebut, fase iritasi dimulai - penyimpangan tajam dari norma sejumlah parameter fisiologis dan kembalinya mereka dengan cepat ke normal. Kemudian terjadi perubahan laju metabolisme dan kerusakan struktur intraseluler. Pada saat yang sama, semua yang sintetis ditekan, semua yang hidrolitik diaktifkan, dan pasokan energi tubuh secara keseluruhan berkurang. Jika pengaruh faktor tersebut tidak melebihi nilai ambang batas, maka fase adaptasi dimulai.

Tanaman yang beradaptasi bereaksi lebih sedikit terhadap paparan faktor ekstrem yang berulang atau meningkat. Pada tingkat organisme, interaksi antar organ ditambahkan ke mekanisme adaptasi. Melemahnya pergerakan aliran air, mineral dan senyawa organik melalui tanaman memperburuk persaingan antar organ, dan pertumbuhannya terhenti.

Biostabilitas pada tanaman ditentukan. nilai maksimum faktor ekstrim dimana tanaman masih membentuk benih yang layak. Stabilitas agronomi ditentukan oleh derajat penurunan hasil. Tanaman dicirikan oleh ketahanannya terhadap jenis faktor ekstrem tertentu - musim dingin, tahan gas, tahan garam, tahan kekeringan.

Jenis cacing gelang, berbeda dengan cacing pipih, memiliki rongga tubuh utama - schizocoel, terbentuk karena rusaknya parenkim yang mengisi celah antara dinding tubuh dan organ dalam - fungsinya untuk transportasi.

Ini mempertahankan homeostatis. Bentuk tubuhnya berdiameter bulat. Integumennya dikutikulasi. Otot diwakili oleh lapisan otot memanjang. Ususnya tembus dan terdiri dari 3 bagian: anterior, tengah dan posterior. Pembukaan mulut terletak di permukaan ventral ujung anterior tubuh. Faring mempunyai lumen berbentuk segitiga yang khas. Sistem ekskresi diwakili oleh protonephridia atau kelenjar kulit khusus - kelenjar hipodermal. Kebanyakan spesies dioecious dan hanya bereproduksi secara seksual.

Perkembangannya langsung, lebih jarang dengan metamorfosis. Mereka memiliki komposisi seluler tubuh yang konstan dan tidak memiliki kemampuan untuk beregenerasi. Usus anterior terdiri dari rongga mulut, faring, dan esofagus.

Mereka tidak memiliki bagian tengah atau posterior. Sistem ekskresi terdiri dari 1-2 sel raksasa hipodermis. Saluran ekskresi memanjang terletak di punggung lateral hipodermis.

Sifat-sifat kode genetik. Bukti untuk kode triplet. Menguraikan kode kodon. Hentikan kodon. Konsep penindasan genetik.

Gagasan bahwa suatu gen mengkodekan informasi dalam struktur primer suatu protein dikonkretkan oleh F.

Crick dalam hipotesis urutannya, yang menyatakan bahwa urutan elemen gen menentukan urutan residu asam amino dalam rantai polipeptida. Validitas hipotesis sekuens dibuktikan dengan kolinearitas struktur gen dan polipeptida yang dikodekannya. Perkembangan paling signifikan pada tahun 1953 adalah gagasan bahwa. Bahwa kode tersebut kemungkinan besar adalah triplet.

; Pasangan basa DNA: A-T, T-A, G-C, C-G - hanya dapat mengkodekan 4 asam amino jika setiap pasangan berhubungan dengan satu asam amino. Seperti yang Anda ketahui, protein mengandung 20 asam amino basa. Jika kita berasumsi bahwa setiap asam amino memiliki 2 pasangan basa, maka 16 asam amino (4*4) dapat dikodekan - sekali lagi ini tidak cukup.

Jika kodenya triplet, maka 64 kodon (4*4*4) dapat dibuat dari 4 pasangan basa, yang lebih dari cukup untuk mengkode 20 asam amino. Crick dan rekan-rekannya berasumsi bahwa kode tersebut adalah triplet; tidak ada “koma” di antara kodon, yaitu tanda pemisah; Kode di dalam gen dibaca dari titik tetap dalam satu arah. Pada musim panas tahun 1961, Kirenberg dan Mattei melaporkan penguraian kode kodon pertama dan menyarankan metode untuk menetapkan komposisi kodon dalam sistem sintesis protein bebas sel.

Dengan demikian, kodon untuk fenilalanin ditranskripsi sebagai UUU dalam mRNA. Selanjutnya sebagai hasil penerapan metode yang dikembangkan oleh Korana, Nirenberg dan Leder pada tahun 1965.

kamus kode dalam bentuk modernnya telah disusun. Dengan demikian, terjadinya mutasi pada fag T4 yang disebabkan oleh hilangnya atau penambahan basa merupakan bukti sifat kode triplet (properti 1). Penghapusan dan penambahan ini, yang menyebabkan pergeseran bingkai saat "membaca" kode, dihilangkan hanya dengan mengembalikan kebenaran kode, hal ini mencegah munculnya mutan. Eksperimen ini juga menunjukkan bahwa kembar tiga tidak tumpang tindih, yaitu setiap basa hanya dapat dimiliki oleh satu kembar tiga (sifat 2).

Kebanyakan asam amino memiliki beberapa kodon. Kode yang jumlah asam aminonya lebih sedikit dari jumlah kodonnya disebut degenerasi (sifat 3), yaitu.

artinya, asam amino tertentu dapat dikodekan oleh lebih dari satu triplet. Selain itu, tiga kodon tidak mengkode asam amino sama sekali (“kodon omong kosong”) dan bertindak sebagai “sinyal berhenti”. Kodon stop adalah titik akhir dari unit fungsional DNA - sistron. Kodon stop adalah sama di semua spesies dan direpresentasikan sebagai UAA, UAG, UGA. Fitur penting dari kode ini adalah bersifat universal (properti 4).

Pada semua organisme hidup, kembar tiga yang sama mengkode asam amino yang sama.

Keberadaan tiga jenis terminator kodon mutan dan penekanannya telah dibuktikan pada E. coli dan ragi. Penemuan gen penekan yang “menafsirkan” alel yang tidak masuk akal dari gen yang berbeda menunjukkan bahwa terjemahan kode genetik dapat berubah.

Mutasi yang mempengaruhi antikodon tRNA mengubah spesifisitas kodonnya dan menciptakan kemungkinan penekanan mutasi pada tingkat translasi. Penekanan pada tingkat translasi dapat terjadi karena mutasi pada gen yang mengkode protein ribosom tertentu. Akibat mutasi ini, ribosom “membuat kesalahan”, misalnya, dalam membaca kodon yang tidak masuk akal dan “menafsirkannya” menggunakan beberapa tRNA non-mutan. Seiring dengan penekanan genotip yang bekerja pada tingkat translasi, penekanan fenotipik alel yang tidak masuk akal juga dimungkinkan: ketika suhu menurun, ketika sel terpapar antibiotik aminoglikosida yang mengikat ribosom, misalnya streptomisin.

22. Perkembangbiakan tumbuhan tingkat tinggi : vegetatif dan aseksual. Sporulasi, struktur spora, setara dan heterospora. Reproduksi sebagai sifat makhluk hidup, yaitu kemampuan suatu individu untuk menghasilkan jenisnya sendiri, sudah ada pada tahap awal evolusi.

Bentuk reproduksinya dibedakan menjadi 2 jenis yaitu aseksual dan seksual. Reproduksi aseksual itu sendiri dilakukan tanpa partisipasi sel germinal, dengan bantuan sel khusus - spora. Mereka terbentuk di organ reproduksi aseksual - sporangia sebagai hasil pembelahan mitosis.

Selama perkecambahannya, spora menghasilkan individu baru yang mirip dengan induknya, kecuali spora tumbuhan berbiji, yang sporanya telah kehilangan fungsi reproduksi dan penyebaran. Spora juga dapat dibentuk melalui pembelahan reduksi, dengan spora bersel tunggal yang keluar.

Perbanyakan tumbuhan dengan menggunakan cara vegetatif (bagian pucuk, daun, akar) atau pembelahan alga uniseluler menjadi dua disebut vegetatif (umbi, stek).

Reproduksi seksual dilakukan oleh sel germinal khusus - gamet.

Gamet terbentuk melalui meiosis, ada yang betina dan ada yang jantan. Sebagai hasil dari fusi mereka, zigot muncul, dari mana organisme baru kemudian berkembang.

Tumbuhan berbeda dalam jenis gametnya. Pada beberapa organisme uniseluler berfungsi sebagai gamet pada waktu-waktu tertentu. Organisme dari jenis kelamin yang berbeda (gamet) bergabung - proses seksual ini disebut hologami. Jika gamet jantan dan betina secara morfologis serupa dan dapat bergerak, maka gamet tersebut disebut isogamet.

Dan proses seksual - isogami. Jika gamet betina agak lebih besar dan kurang bergerak dibandingkan gamet jantan, maka gamet tersebut heterogamet, dan prosesnya heterogami. Oogami - gamet betina sangat besar dan tidak bergerak, gamet jantan berukuran kecil dan mobile.

12345678910Berikutnya ⇒

Kode genetik - korespondensi antara kembar tiga DNA dan asam amino protein

Kebutuhan untuk mengkodekan struktur protein dalam urutan linier nukleotida mRNA dan DNA ditentukan oleh fakta bahwa selama translasi:

• tidak ada korespondensi antara jumlah monomer dalam matriks mRNA dan produk - protein yang disintesis;
• tidak ada kesamaan struktural antara RNA dan monomer protein.

Ini menghilangkan interaksi komplementer antara matriks dan produk - prinsip dimana molekul DNA dan RNA baru dibangun selama replikasi dan transkripsi.

Dari sini menjadi jelas bahwa harus ada “kamus” yang memungkinkan seseorang mengetahui urutan nukleotida mRNA mana yang memastikan masuknya asam amino dalam protein dalam urutan tertentu. “Kamus” ini disebut kode genetik, biologi, nukleotida, atau asam amino. Ini memungkinkan Anda mengenkripsi asam amino yang membentuk protein menggunakan urutan nukleotida tertentu dalam DNA dan mRNA. Hal ini ditandai dengan sifat-sifat tertentu.

Tiga puluh. Salah satu pertanyaan utama dalam menentukan sifat-sifat kode adalah pertanyaan tentang jumlah nukleotida, yang seharusnya menentukan masuknya satu asam amino ke dalam protein.

Ditemukan bahwa unsur pengkode dalam enkripsi rangkaian asam amino memang merupakan triplet nukleotida, atau kembar tiga, yang diberi nama "kodon".

Arti dari kodon.

Dimungkinkan untuk menetapkan bahwa dari 64 kodon, penyertaan asam amino dalam rantai polipeptida yang disintesis mengkodekan 61 kembar tiga, dan 3 sisanya - UAA, UAG, UGA - tidak mengkodekan penyertaan asam amino dalam protein dan awalnya disebut kodon yang tidak berarti atau tidak masuk akal. Namun, kemudian diketahui bahwa kembar tiga ini menandakan selesainya penerjemahan, dan oleh karena itu mereka disebut kodon terminasi atau stop.

Kodon mRNA dan triplet nukleotida pada untai pengkode DNA dengan arah dari ujung 5′ ke ujung 3′ mempunyai urutan basa nitrogen yang sama, hanya saja pada DNA, bukan urasil (U), yang merupakan ciri khas mRNA, ada adalah timin (T).

Kekhususan.

Setiap kodon hanya berhubungan dengan satu asam amino tertentu. Dalam hal ini, kode genetik tidak mengandung ambiguitas.

Tabel 4-3.

Ketidakjelasan adalah salah satu sifat kode genetik, yang diwujudkan dalam kenyataan bahwa...

Komponen utama dari sistem sintesis protein

Catatan: peri( faktor inisiasi eukariotik) — faktor inisiasi; eEF ( faktor pemanjangan eukariotik) — faktor pemanjangan; eRF ( faktor pelepas eukariotik) adalah faktor terminasi.

Degenerasi. Ada 61 kembar tiga dalam mRNA dan DNA, yang masing-masing mengkodekan masuknya satu dari 20 asam amino ke dalam protein.

Oleh karena itu, dalam molekul informasi, masuknya asam amino yang sama ke dalam protein ditentukan oleh beberapa kodon. Sifat kode biologis ini disebut degenerasi.

Pada manusia, hanya 2 asam amino yang dikodekan dengan satu kodon - Met dan Tri, sedangkan Leu, Ser dan Apr - dengan enam kodon, dan Ala, Val, Gly, Pro, Tre - dengan empat kodon (Tabel

Redundansi urutan pengkodean adalah properti kode yang paling berharga, karena meningkatkan stabilitas aliran informasi terhadap pengaruh buruk lingkungan eksternal dan internal. Saat menentukan sifat asam amino yang akan dimasukkan dalam suatu protein, nukleotida ketiga dalam kodon tidak sepenting dua nukleotida pertama. Seperti dapat dilihat dari tabel. 4-4, bagi banyak asam amino, penggantian nukleotida pada posisi ketiga kodon tidak mempengaruhi maknanya.

Linearitas pencatatan informasi.

Selama penerjemahan, kodon mRNA “dibaca” dari titik awal yang tetap secara berurutan dan tidak tumpang tindih. Catatan informasi tidak berisi sinyal yang menunjukkan akhir dari satu kodon dan awal kodon berikutnya. Kodon AUG adalah kodon inisiasi dan dibaca di awal dan di bagian lain mRNA sebagai Met. Kembar tiga yang mengikutinya dibaca secara berurutan tanpa celah sampai kodon stop, di mana sintesis rantai polipeptida selesai.

Keserbagunaan.

Sampai saat ini, diyakini bahwa kode tersebut benar-benar universal, yaitu. arti kata kode adalah sama untuk semua organisme yang diteliti: virus, bakteri, tumbuhan, amfibi, mamalia, termasuk manusia.

Namun, satu pengecualian kemudian diketahui; ternyata mRNA mitokondria mengandung 4 kembar tiga yang memiliki arti berbeda dari mRNA asal nuklir. Jadi, dalam mRNA mitokondria, triplet UGA mengkodekan Tri, AUA mengkodekan Met, dan ACA dan AGG dibaca sebagai kodon stop tambahan.

Kolinearitas gen dan produk.

Pada prokariota, telah ditemukan korespondensi linier antara urutan kodon suatu gen dan urutan asam amino dalam produk protein, atau, seperti yang mereka katakan, terdapat kolinearitas antara gen dan produk.

Tabel 4-4.

Kode genetik

Catatan: U - urasil; C - sitosin; A - adenin; G - guanin; *—kodon terminasi.

Pada eukariota, urutan basa dalam gen yang kolinear dengan urutan asam amino dalam protein diinterupsi oleh nitron.

Oleh karena itu, dalam sel eukariotik, urutan asam amino suatu protein adalah kolinear dengan urutan ekson dalam gen atau mRNA matang setelah penghilangan intron pasca-transkripsional.

Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Badan Federal untuk Pendidikan Federasi Rusia

Institusi pendidikan negeri pendidikan profesional tinggi "Universitas Teknik Negeri Altai dinamai I.I. Polzunov"

Departemen Ilmu Pengetahuan Alam dan Analisis Sistem

Abstrak dengan topik "Kode genetik"

1. Konsep kode genetik

3. Informasi genetik

Bibliografi

1. Konsep kode genetik

Kode genetik adalah suatu sistem terpadu untuk mencatat informasi herediter dalam molekul asam nukleat dalam bentuk rangkaian nukleotida yang merupakan ciri organisme hidup. Setiap nukleotida ditandai dengan huruf kapital, yang mengawali nama basa nitrogen penyusunnya: - A (A) adenin; - G (G) guanin; - C (C) sitosin; - T(T) timin (dalam DNA) atau U(U) urasil (dalam mRNA).

Implementasi kode genetik dalam sel terjadi dalam dua tahap: transkripsi dan translasi.

Yang pertama terjadi di inti; itu terdiri dari sintesis molekul mRNA di bagian DNA yang sesuai. Dalam hal ini, urutan nukleotida DNA “ditulis ulang” menjadi urutan nukleotida RNA. Tahap kedua terjadi di sitoplasma, di ribosom; dalam hal ini, urutan nukleotida mRNA diterjemahkan ke dalam urutan asam amino dalam protein: tahap ini terjadi dengan partisipasi transfer RNA (tRNA) dan enzim yang sesuai.

2. Sifat-sifat kode genetik

1. Tiga puluh

Setiap asam amino dikodekan oleh urutan 3 nukleotida.

Triplet atau kodon adalah rangkaian tiga nukleotida yang mengkode satu asam amino.

Kodenya tidak bisa monoplet, karena 4 (jumlah nukleotida berbeda dalam DNA) kurang dari 20. Kodenya tidak bisa doublet, karena 16 (banyaknya kombinasi dan permutasi 4 nukleotida dengan 2) kurang dari 20. Kodenya bisa triplet, karena 64 (banyaknya kombinasi dan permutasi dari 4 menjadi 3) lebih dari 20.

2. Degenerasi.

Semua asam amino, kecuali metionin dan triptofan, dikodekan oleh lebih dari satu triplet: 2 asam amino dari 1 triplet = 2 9 asam amino dari 2 triplet = 18 1 asam amino 3 triplet = 3 5 asam amino dari 4 triplet = 20 3 asam amino dari 6 kembar tiga = 18 Total 61 kembar tiga mengkode 20 asam amino.

3. Adanya tanda baca antargenik.

Gen adalah bagian DNA yang mengkode satu rantai polipeptida atau satu molekul tRNA, rRNA, atau sRNA.

Gen tRNA, rRNA, dan sRNA tidak mengkode protein.

Di akhir setiap gen yang mengkode polipeptida, terdapat setidaknya satu dari 3 kodon stop, atau sinyal stop: UAA, UAG, UGA. Mereka menghentikan siaran.

Secara konvensional, kodon AUG, yang pertama setelah urutan pemimpin, juga termasuk dalam tanda baca. Ini berfungsi sebagai huruf kapital. Dalam posisi ini ia mengkodekan formilmetionin (pada prokariota).

4. Ketidakjelasan.

Setiap triplet hanya mengkodekan satu asam amino atau merupakan terminator translasi.

Pengecualian adalah kodon AUG. Pada prokariota, pada posisi pertama (huruf kapital) ia mengkodekan formilmetionin, dan pada posisi lain ia mengkodekan metionin.

5. Kekompakan, atau tidak adanya tanda baca intragenik.

Dalam suatu gen, setiap nukleotida merupakan bagian dari kodon yang signifikan.

Pada tahun 1961 Seymour Benzer dan Francis Crick secara eksperimental membuktikan sifat triplet dari kode dan kekompakannya.

Inti dari percobaan: mutasi “+” - penyisipan satu nukleotida. "-" mutasi - hilangnya satu nukleotida. Satu mutasi "+" atau "-" pada awal suatu gen merusak keseluruhan gen. Mutasi ganda "+" atau "-" juga merusak keseluruhan gen. Mutasi rangkap tiga “+” atau “-” pada awal suatu gen hanya merusak sebagian saja. Mutasi empat kali lipat “+” atau “-” lagi-lagi merusak keseluruhan gen.

Percobaan membuktikan bahwa kode tersebut triplet dan tidak ada tanda baca di dalam gen. Percobaan dilakukan pada dua gen fag yang berdekatan dan juga menunjukkan adanya tanda baca di antara gen-gen tersebut.

3. Informasi genetik

Informasi genetik adalah program sifat-sifat suatu organisme, yang diterima dari nenek moyang dan tertanam dalam struktur keturunan dalam bentuk kode genetik.

Diasumsikan bahwa pembentukan informasi genetik mengikuti skema berikut: proses geokimia - pembentukan mineral - katalisis evolusi (autokatalisis).

Ada kemungkinan bahwa gen primitif pertama adalah kristal tanah liat mikrokristalin, dan setiap lapisan baru tanah liat dibangun sesuai dengan ciri struktural lapisan sebelumnya, seolah-olah menerima informasi tentang struktur darinya.

Implementasi informasi genetik terjadi dalam proses sintesis molekul protein menggunakan tiga RNA: messenger RNA (mRNA), transport RNA (tRNA) dan ribosomal RNA (rRNA). Proses transfer informasi terjadi: - melalui saluran komunikasi langsung: DNA - RNA - protein; dan - melalui saluran umpan balik: lingkungan - protein - DNA.

Organisme hidup mampu menerima, menyimpan, dan mengirimkan informasi. Selain itu, organisme hidup memiliki keinginan yang melekat untuk menggunakan informasi yang diterima tentang dirinya dan dunia di sekitarnya seefisien mungkin. Informasi herediter yang tertanam dalam gen dan diperlukan agar organisme hidup dapat hidup, berkembang, dan bereproduksi diwariskan dari setiap individu kepada keturunannya. Informasi ini menentukan arah perkembangan suatu organisme, dan dalam proses interaksinya dengan lingkungan, reaksi individu terhadapnya dapat terdistorsi, sehingga menjamin evolusi perkembangan keturunan. Dalam proses evolusi suatu organisme hidup, informasi baru muncul dan diingat, termasuk nilai informasi yang semakin meningkat.

Selama penerapan informasi herediter dalam kondisi lingkungan tertentu, fenotip organisme dari spesies biologis tertentu terbentuk.

Informasi genetik menentukan struktur morfologi, pertumbuhan, perkembangan, metabolisme, susunan mental, kecenderungan terhadap penyakit dan cacat genetik tubuh.

Banyak ilmuwan, yang dengan tepat menekankan peran informasi dalam pembentukan dan evolusi makhluk hidup, mencatat keadaan ini sebagai salah satu kriteria utama kehidupan. Jadi, V.I. Karagodin percaya: “Kehidupan adalah suatu bentuk keberadaan informasi dan struktur yang dikodekan olehnya, yang menjamin reproduksi informasi ini dalam kondisi lingkungan yang sesuai.” Hubungan antara informasi dan kehidupan juga dicatat oleh A.A. Lyapunov: “Kehidupan adalah keadaan materi yang sangat teratur yang menggunakan informasi yang dikodekan oleh keadaan masing-masing molekul untuk mengembangkan reaksi yang terus-menerus.” Ahli astrofisika terkenal kami N.S. Kardashev juga menekankan komponen informasi kehidupan: “Kehidupan muncul berkat kemungkinan mensintesis jenis molekul khusus yang mampu mengingat dan menggunakan informasi paling sederhana tentang lingkungan dan strukturnya sendiri, yang mereka gunakan untuk pelestarian diri. , untuk reproduksi dan, yang paling penting bagi kami, untuk memperoleh lebih banyak informasi.” Ahli ekologi S.S. menarik perhatian pada kemampuan organisme hidup untuk melestarikan dan mengirimkan informasi dalam bukunya “Fisika Keabadian.” Chetverikov tentang genetika populasi, yang menunjukkan bahwa bukan ciri individu dan individu yang dapat diseleksi, melainkan genotipe seluruh populasi, tetapi dilakukan melalui ciri fenotipik individu individu. Hal ini menyebabkan perubahan yang bermanfaat menyebar ke seluruh populasi. Dengan demikian, mekanisme evolusi diwujudkan baik melalui mutasi acak pada tingkat genetik maupun melalui pewarisan sifat-sifat yang paling berharga (nilai informasi!), yang menentukan adaptasi sifat-sifat mutasi terhadap lingkungan, sehingga menghasilkan keturunan yang paling layak.

Perubahan iklim musiman, berbagai bencana alam atau bencana akibat ulah manusia di satu sisi, menyebabkan perubahan frekuensi pengulangan gen dalam populasi dan, sebagai akibatnya, penurunan variabilitas herediter. Proses ini terkadang disebut penyimpangan genetik. Sebaliknya terjadi perubahan konsentrasi berbagai mutasi dan penurunan keanekaragaman genotipe yang terdapat dalam suatu populasi, yang dapat mengakibatkan perubahan arah dan intensitas seleksi.

4. Menguraikan kode genetik manusia

Pada bulan Mei 2006, para ilmuwan yang berupaya menguraikan genom manusia menerbitkan peta genetik lengkap kromosom 1, yang merupakan kromosom manusia terakhir yang belum diurutkan sepenuhnya.

Peta genetik manusia awal diterbitkan pada tahun 2003, menandai selesainya Proyek Genom Manusia secara resmi. Dalam kerangkanya, fragmen genom yang mengandung 99% gen manusia diurutkan. Keakuratan identifikasi gen adalah 99,99%. Namun, pada saat proyek tersebut selesai, hanya empat dari 24 kromosom yang telah diurutkan secara lengkap. Faktanya adalah selain gen, kromosom mengandung fragmen yang tidak mengkodekan karakteristik apa pun dan tidak terlibat dalam sintesis protein. Peran fragmen-fragmen ini dalam kehidupan tubuh masih belum diketahui, namun semakin banyak peneliti yang cenderung percaya bahwa studi mereka memerlukan perhatian paling dekat.