Mengapa kode genetik bersifat universal? Biosintesis protein dan asam nukleat

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

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

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

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

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

Gen, kode genetik dan sifat-sifatnya.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Sifat dasar kode genetik:

1. Kode genetik tiga serangkai. Triplet (kodon) adalah rangkaian tiga nukleotida yang mengkode satu asam amino. Karena protein mengandung 20 asam amino, jelas bahwa masing-masing asam amino tidak dapat dikodekan oleh satu nukleotida ( Karena hanya ada empat jenis nukleotida dalam DNA, dalam hal ini 16 asam amino masih belum terkode). Dua nukleotida juga tidak cukup untuk mengkodekan asam amino, karena dalam hal ini hanya 16 asam amino yang dapat dikodekan. Artinya jumlah nukleotida terkecil yang mengkode satu asam amino harus paling sedikit tiga. Dalam hal ini, banyaknya kemungkinan kembar tiga nukleotida adalah 43 = 64.

2. Redundansi (degenerasi) Kode tersebut merupakan konsekuensi dari sifat tripletnya dan berarti bahwa satu asam amino dapat dikodekan oleh beberapa triplet (karena terdapat 20 asam amino dan 64 triplet), kecuali metionin dan triptofan, yang hanya dikodekan oleh satu triplet. Selain itu, beberapa kembar tiga melakukan fungsi tertentu: dalam molekul mRNA, kembar tiga UAA, UAG, UGA adalah kodon stop, yaitu. berhenti-sinyal yang menghentikan sintesis rantai polipeptida. Triplet yang berhubungan dengan metionin (AUG), yang terletak di awal rantai DNA, tidak mengkode asam amino, tetapi melakukan fungsi pembacaan awal (menarik).

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

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

5. Kode genetik tidak tumpang tindih dan kompak , yaitu tidak mengandung “tanda baca”. Artinya proses pembacaan tidak memungkinkan adanya kemungkinan tumpang tindih kolom (triplet), dan 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.

Kode genetik adalah suatu sistem untuk mencatat informasi herediter dalam molekul asam nukleat, berdasarkan pergantian urutan nukleotida tertentu dalam DNA atau RNA, membentuk kodon yang sesuai dengan asam amino dalam suatu protein.

Sifat-sifat kode genetik.

Kode genetik memiliki beberapa sifat.

Tripletitas.

Degenerasi atau redundansi.

Ketidakjelasan.

Polaritas.

Tidak tumpang tindih.

Kekompakan.

Keserbagunaan.

Perlu dicatat bahwa beberapa penulis juga mengusulkan sifat lain dari kode yang berkaitan dengan karakteristik kimia nukleotida yang termasuk dalam kode atau frekuensi kemunculan asam amino individu dalam protein tubuh, dll. Namun, properti ini mengikuti properti yang tercantum di atas, jadi kami akan mempertimbangkannya di sana.

A. Tripletitas. Kode genetik, seperti banyak sistem yang terorganisir secara kompleks, memiliki unit struktural dan fungsional terkecil. Triplet adalah unit struktural terkecil dari kode genetik. Ini terdiri dari tiga nukleotida. Kodon adalah unit fungsional terkecil dari kode genetik. Biasanya, kembar tiga mRNA disebut kodon. Dalam kode genetik, kodon menjalankan beberapa fungsi. Pertama, fungsi utamanya adalah mengkodekan satu asam amino. Kedua, kodon mungkin tidak mengkode asam amino, tetapi, dalam hal ini, ia menjalankan fungsi lain (lihat di bawah). Dilihat dari definisinya, triplet merupakan suatu konsep yang menjadi ciri dasar unit struktural kode genetik (tiga nukleotida). Kodon – mencirikan unit semantik dasar genom - tiga nukleotida menentukan perlekatan satu asam amino ke rantai polipeptida.

Unit struktural dasar pertama kali diuraikan secara teoritis, dan kemudian keberadaannya dikonfirmasi secara eksperimental. Memang, 20 asam amino tidak dapat dikodekan dengan satu atau dua nukleotida karena yang terakhir hanya ada 4. Tiga dari empat nukleotida memberikan 4 3 = 64 varian, yang lebih dari mencakup jumlah asam amino yang tersedia dalam organisme hidup (lihat Tabel 1).

64 kombinasi nukleotida yang disajikan dalam tabel memiliki dua ciri. Pertama, dari 64 varian triplet, hanya 61 yang merupakan kodon dan mengkode asam amino apa pun; mereka disebut kodon rasa. Tiga kembar tiga tidak dikodekan

asam amino a adalah sinyal berhenti yang menunjukkan akhir translasi. Ada tiga kembar tiga seperti itu - UAA, UAG, UGA, mereka juga disebut “tidak berarti” (kodon yang tidak masuk akal). Akibat mutasi yang berhubungan dengan penggantian satu nukleotida dalam triplet dengan yang lain, kodon sense dapat muncul dari kodon sense. Jenis mutasi ini disebut mutasi yang tidak masuk akal. Jika sinyal berhenti seperti itu terbentuk di dalam gen (di bagian informasinya), maka selama sintesis protein di tempat ini prosesnya akan terus-menerus terganggu - hanya bagian pertama (sebelum sinyal berhenti) dari protein yang akan disintesis. Seseorang dengan patologi ini akan mengalami kekurangan protein dan akan mengalami gejala yang berhubungan dengan kekurangan tersebut. Misalnya, mutasi semacam ini diidentifikasi pada gen yang mengkode rantai beta hemoglobin. Rantai hemoglobin tidak aktif yang diperpendek disintesis, yang dengan cepat dihancurkan. Akibatnya, molekul hemoglobin tanpa rantai beta terbentuk. Jelas bahwa molekul seperti itu tidak mungkin memenuhi tugasnya sepenuhnya. Terjadi penyakit serius yang berkembang sebagai anemia hemolitik (thalassemia beta-zero, dari kata Yunani "Thalas" - Laut Mediterania, tempat penyakit ini pertama kali ditemukan).

Mekanisme kerja kodon stop berbeda dengan mekanisme kerja kodon indera. Hal ini mengikuti fakta bahwa untuk semua kodon yang mengkode asam amino, tRNA yang sesuai telah ditemukan. Tidak ada tRNA yang ditemukan untuk kodon yang tidak masuk akal. Akibatnya, tRNA tidak mengambil bagian dalam proses penghentian sintesis protein.

kodonAgustus (terkadang GUG pada bakteri) tidak hanya mengkode asam amino metionin dan valin, tetapi jugainisiator siaran .

B. Degenerasi atau redundansi.

61 dari 64 kembar tiga mengkodekan 20 asam amino. Kelebihan tiga kali lipat jumlah kembar tiga dibandingkan jumlah asam amino menunjukkan bahwa dua opsi pengkodean dapat digunakan dalam transfer informasi. Pertama, tidak semua 64 kodon dapat terlibat dalam pengkodean 20 asam amino, tetapi hanya 20 dan, kedua, asam amino dapat dikodekan oleh beberapa kodon. Penelitian telah menunjukkan bahwa alam menggunakan pilihan terakhir.

Preferensinya jelas. Jika dari 64 varian kembar tiga hanya 20 yang terlibat dalam pengkodean asam amino, maka 44 kembar tiga (dari 64) akan tetap non-pengkode, yaitu. tidak berarti (kodon omong kosong). Sebelumnya, kami telah menunjukkan betapa berbahayanya bagi kehidupan sel untuk mengubah triplet pengkode menjadi kodon yang tidak masuk akal sebagai akibat dari mutasi - hal ini secara signifikan mengganggu fungsi normal RNA polimerase, yang pada akhirnya mengarah pada perkembangan penyakit. Saat ini, tiga kodon dalam genom kita adalah kodon yang tidak masuk akal, tetapi sekarang bayangkan apa yang akan terjadi jika jumlah kodon yang tidak masuk akal meningkat sekitar 15 kali lipat. Jelas bahwa dalam situasi seperti ini transisi dari kodon normal ke kodon yang tidak masuk akal akan jauh lebih tinggi.

Kode di mana satu asam amino dikodekan oleh beberapa kembar tiga disebut degenerasi atau redundan. Hampir setiap asam amino memiliki beberapa kodon. Jadi, asam amino leusin dapat dikodekan oleh enam kembar tiga - UUA, UUG, TSUU, TsUC, TsUA, TsUG. Valin dikodekan oleh empat kembar tiga, fenilalanin oleh dua dan hanya dua triptofan dan metionin dikodekan oleh satu kodon. Properti yang berhubungan dengan pencatatan informasi yang sama dengan simbol yang berbeda disebut degenerasi.

Jumlah kodon yang ditunjuk untuk satu asam amino berkorelasi baik dengan frekuensi kemunculan asam amino dalam protein.

Dan ini kemungkinan besar bukan suatu kebetulan. Semakin tinggi frekuensi kemunculan asam amino dalam suatu protein, semakin sering kodon asam amino tersebut terwakili dalam genom, semakin tinggi kemungkinan kerusakannya oleh faktor mutagenik. Oleh karena itu, jelas bahwa kodon yang bermutasi memiliki peluang lebih besar untuk mengkode asam amino yang sama jika kodon tersebut sangat mengalami degenerasi. Dari perspektif ini, degenerasi kode genetik merupakan mekanisme yang melindungi genom manusia dari kerusakan.

Perlu dicatat bahwa istilah degenerasi digunakan dalam genetika molekuler dalam arti lain. Jadi, sebagian besar informasi dalam kodon terkandung dalam dua nukleotida pertama; basa di posisi ketiga kodon ternyata tidak terlalu penting. Fenomena ini disebut “degenerasi basis ketiga”. Fitur terakhir meminimalkan efek mutasi. Misalnya, diketahui bahwa fungsi utama sel darah merah adalah mengangkut oksigen dari paru-paru ke jaringan dan karbon dioksida dari jaringan ke paru-paru. Fungsi ini dilakukan oleh pigmen pernapasan - hemoglobin, yang mengisi seluruh sitoplasma eritrosit. Ini terdiri dari bagian protein - globin, yang dikodekan oleh gen yang sesuai. Selain protein, molekul hemoglobin mengandung heme yang mengandung zat besi. Mutasi pada gen globin menyebabkan munculnya varian hemoglobin yang berbeda. Paling sering, mutasi dikaitkan dengan penggantian satu nukleotida dengan nukleotida lain dan munculnya kodon baru dalam gen, yang mungkin mengkodekan asam amino baru dalam rantai polipeptida hemoglobin. Dalam triplet, sebagai akibat dari mutasi, nukleotida apa pun dapat diganti - yang pertama, kedua, atau ketiga. Beberapa ratus mutasi diketahui mempengaruhi integritas gen globin. Di dekat 400 di antaranya terkait dengan penggantian nukleotida tunggal dalam suatu gen dan penggantian asam amino yang sesuai dalam polipeptida. Hanya dari jumlah tersebut 100 penggantiannya menyebabkan ketidakstabilan hemoglobin dan berbagai macam penyakit dari yang ringan sampai yang sangat berat. 300 (sekitar 64%) mutasi substitusi tidak mempengaruhi fungsi hemoglobin dan tidak menyebabkan patologi. Salah satu alasannya adalah “degenerasi basa ketiga” yang disebutkan di atas, ketika penggantian nukleotida ketiga dalam triplet yang mengkode serin, leusin, prolin, arginin, dan beberapa asam amino lainnya menyebabkan munculnya kodon sinonim. mengkode asam amino yang sama. Mutasi seperti itu tidak akan muncul secara fenotip. Sebaliknya, setiap penggantian nukleotida pertama atau kedua menjadi triplet pada 100% kasus menyebabkan munculnya varian hemoglobin baru. Namun bahkan dalam kasus ini, mungkin tidak ada kelainan fenotipik yang parah. Alasannya adalah penggantian asam amino dalam hemoglobin dengan asam amino lain yang sifat fisikokimianya mirip dengan yang pertama. Misalnya, jika asam amino yang bersifat hidrofilik diganti dengan asam amino lain, tetapi dengan sifat yang sama.

Hemoglobin terdiri dari kelompok heme besi porfirin (molekul oksigen dan karbon dioksida melekat padanya) dan protein - globin. Hemoglobin dewasa (HbA) mengandung dua yang identik -rantai dan dua -rantai. Molekul -rantai mengandung 141 residu asam amino, -rantai - 146, - Dan -rantai berbeda dalam banyak residu asam amino. Urutan asam amino setiap rantai globin dikodekan oleh gennya sendiri. Pengkodean gen -rantai terletak di lengan pendek kromosom 16, -gen - di lengan pendek kromosom 11. Substitusi dalam pengkodean gen -rantai hemoglobin nukleotida pertama atau kedua hampir selalu menyebabkan munculnya asam amino baru dalam protein, terganggunya fungsi hemoglobin dan akibat serius bagi pasien. Misalnya, mengganti "C" di salah satu triplet CAU (histidine) dengan "Y" akan menyebabkan munculnya triplet UAU baru, yang mengkode asam amino lain - tirosin. Secara fenotip, hal ini akan memanifestasikan dirinya dalam penyakit yang parah.. A pergantian serupa di posisi 63 -rantai polipeptida histidin menjadi tirosin akan menyebabkan destabilisasi hemoglobin. Penyakit methemoglobinemia berkembang. Penggantian asam glutamat akibat mutasi dengan valin pada posisi ke-6 -rantai adalah penyebab penyakit paling parah - anemia sel sabit. Jangan lanjutkan daftar sedihnya. Mari kita perhatikan saja bahwa ketika dua nukleotida pertama diganti, asam amino dengan sifat fisikokimia yang mirip dengan yang sebelumnya mungkin muncul. Dengan demikian, penggantian nukleotida ke-2 di salah satu dari triplet yang mengkode asam glutamat (GAA) di -rantai dengan "U" menyebabkan munculnya triplet baru (GUA), yang mengkode valin, dan penggantian nukleotida pertama dengan "A" membentuk triplet AAA, yang mengkode asam amino lisin. Asam glutamat dan lisin memiliki sifat fisikokimia yang serupa - keduanya bersifat hidrofilik. Valin adalah asam amino hidrofobik. Oleh karena itu, penggantian asam glutamat hidrofilik dengan valin hidrofobik secara signifikan mengubah sifat hemoglobin, yang pada akhirnya mengarah pada perkembangan anemia sel sabit, sedangkan penggantian asam glutamat hidrofilik dengan lisin hidrofilik mengubah fungsi hemoglobin pada tingkat yang lebih rendah - pasien mengalami bentuk yang ringan. anemia. Sebagai hasil penggantian basa ketiga, triplet baru dapat mengkodekan asam amino yang sama seperti yang sebelumnya. Misalnya, jika pada triplet CAC urasil digantikan oleh sitosin dan muncul triplet CAC, maka praktis tidak ada perubahan fenotipik yang terdeteksi pada manusia. Hal ini dapat dimengerti, karena kedua kembar tiga mengkode asam amino yang sama – histidin.

Sebagai kesimpulan, patut untuk ditekankan bahwa degenerasi kode genetik dan degenerasi basa ketiga dari sudut pandang biologis umum adalah mekanisme perlindungan yang melekat dalam evolusi dalam struktur unik DNA dan RNA.

V. Ketidakjelasan.

Setiap triplet (kecuali nonsense) hanya mengkodekan satu asam amino. Jadi, arah kodon - asam amino kode genetiknya tidak ambigu, arah asam amino - kodonnya ambigu (merosot).

Jelas

Kodon asam amino

Merosot

Dan dalam hal ini, kebutuhan akan kejelasan dalam kode genetik sangatlah jelas. Dalam pilihan lain, ketika kodon yang sama diterjemahkan, asam amino yang berbeda akan dimasukkan ke dalam rantai protein dan, sebagai hasilnya, protein dengan struktur primer yang berbeda dan fungsi yang berbeda akan terbentuk. Metabolisme sel akan beralih ke mode operasi “satu gen – beberapa polipeptida”. Jelas bahwa dalam situasi seperti ini fungsi pengaturan gen akan hilang sama sekali.

g.Polaritas

Pembacaan informasi dari DNA dan mRNA hanya terjadi dalam satu arah. Polaritas penting untuk mendefinisikan struktur tingkat tinggi (sekunder, tersier, dll.). Sebelumnya kita telah membahas tentang bagaimana struktur tingkat rendah menentukan struktur tingkat tinggi. Struktur tersier dan struktur tingkat tinggi dalam protein terbentuk segera setelah rantai RNA yang disintesis meninggalkan molekul DNA atau rantai polipeptida meninggalkan ribosom. Sementara ujung bebas RNA atau polipeptida memperoleh struktur tersier, ujung rantai lainnya terus disintesis pada DNA (jika RNA ditranskripsi) atau ribosom (jika polipeptida ditranskripsi).

Oleh karena itu, proses pembacaan informasi searah (selama sintesis RNA dan protein) sangat penting tidak hanya untuk menentukan urutan nukleotida atau asam amino dalam zat yang disintesis, tetapi untuk penentuan ketat nukleotida sekunder, tersier, dll. struktur.

d.Tidak tumpang tindih.

Kode tersebut mungkin tumpang tindih atau tidak tumpang tindih. Kebanyakan organisme mempunyai kode yang tidak tumpang tindih. Kode yang tumpang tindih ditemukan di beberapa fag.

Inti dari kode yang tidak tumpang tindih adalah bahwa nukleotida dari satu kodon tidak dapat menjadi nukleotida dari kodon lain secara bersamaan. Jika kodenya tumpang tindih, maka rangkaian tujuh nukleotida (GCUGCUG) tidak dapat mengkodekan dua asam amino (alanin-alanin) (Gbr. 33, A) seperti dalam kasus kode yang tidak tumpang tindih, tetapi tiga (jika ada adalah satu nukleotida yang sama) (Gbr. 33, B) atau lima (jika ada dua nukleotida yang sama) (lihat Gambar 33, C). Dalam dua kasus terakhir, mutasi nukleotida mana pun akan menyebabkan pelanggaran urutan dua, tiga, dan seterusnya. asam amino.

Namun, telah diketahui bahwa mutasi satu nukleotida selalu mengganggu masuknya satu asam amino ke dalam polipeptida. Ini adalah argumen penting bahwa kode tersebut tidak tumpang tindih.

Mari kita jelaskan hal ini pada Gambar 34. Garis tebal menunjukkan triplet yang mengkode asam amino dalam kasus kode yang tidak tumpang tindih dan tumpang tindih. Eksperimen dengan jelas menunjukkan bahwa kode genetik tidak tumpang tindih. Tanpa merinci percobaannya, kami mencatat bahwa jika Anda mengganti nukleotida ketiga dalam urutan nukleotida (lihat Gambar 34)kamu (ditandai dengan tanda bintang) ke beberapa hal lain:

1. Dengan kode yang tidak tumpang tindih, protein yang dikendalikan oleh urutan ini akan mendapat substitusi satu asam amino (pertama) (ditandai dengan tanda bintang).

2. Dengan kode yang tumpang tindih pada pilihan A, akan terjadi substitusi pada dua asam amino (pertama dan kedua) (ditandai dengan tanda bintang). Pada opsi B, penggantian akan mempengaruhi tiga asam amino (ditandai dengan tanda bintang).

Namun, banyak percobaan telah menunjukkan bahwa ketika satu nukleotida dalam DNA terganggu, gangguan pada protein selalu hanya mempengaruhi satu asam amino, yang merupakan ciri khas dari kode yang tidak tumpang tindih.

GZUGZUG GZUGZUG GZUGZUG

GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU

*** *** *** *** *** ***

Alanin - Alanin Ala - Cis - Ley Ala - Ley - Ley - Ala - Ley

A B C

Kode yang tidak tumpang tindih Kode yang tumpang tindih

Beras. 34. Diagram yang menjelaskan keberadaan kode yang tidak tumpang tindih dalam genom (penjelasan dalam teks).

Kode genetik yang tidak tumpang tindih dikaitkan dengan properti lain - pembacaan informasi dimulai dari titik tertentu - sinyal inisiasi. Sinyal inisiasi dalam mRNA adalah kodon yang mengkode metionin AUG.

Perlu diperhatikan bahwa seseorang masih memiliki sejumlah kecil gen yang menyimpang dari aturan umum dan tumpang tindih.

e.Kekompakan.

Tidak ada tanda baca antar kodon. Dengan kata lain, kembar tiga tidak dipisahkan satu sama lain, misalnya oleh satu nukleotida yang tidak berarti. Tidak adanya “tanda baca” dalam kode genetik telah dibuktikan dalam percobaan.

Dan. Keserbagunaan.

Kode ini sama untuk semua organisme yang hidup di Bumi. Bukti langsung tentang universalitas kode genetik diperoleh dengan membandingkan rangkaian DNA dengan rangkaian protein yang sesuai. Ternyata semua genom bakteri dan eukariotik menggunakan kumpulan nilai kode yang sama. Ada pengecualian, tapi tidak banyak.

Pengecualian pertama terhadap universalitas kode genetik ditemukan di mitokondria beberapa spesies hewan. Ini menyangkut kodon terminator UGA, yang bacaannya sama dengan kodon UGG, yang mengkode asam amino triptofan. Penyimpangan lain yang lebih jarang dari universalitas juga ditemukan.

sistem kode DNA.

Kode genetik DNA terdiri dari 64 kembar tiga nukleotida. Kembar tiga ini disebut kodon. Setiap kodon mengkode salah satu dari 20 asam amino yang digunakan dalam sintesis protein. Hal ini memberikan beberapa redundansi dalam kode: sebagian besar asam amino dikodekan oleh lebih dari satu kodon.
Satu kodon melakukan dua fungsi yang saling terkait: menandakan dimulainya translasi dan mengkodekan masuknya asam amino metionin (Met) ke dalam rantai polipeptida yang sedang berkembang. Sistem pengkodean DNA dirancang sedemikian rupa sehingga kode genetik dapat dinyatakan sebagai kodon RNA atau kodon DNA. Kodon RNA ditemukan di RNA (mRNA) dan kodon ini mampu membaca informasi selama sintesis polipeptida (proses yang disebut translasi). Tetapi setiap molekul mRNA memperoleh urutan nukleotida dalam transkripsi dari gen yang sesuai.

Semua kecuali dua asam amino (Met dan Trp) dapat dikodekan oleh 2 hingga 6 kodon berbeda. Namun, genom sebagian besar organisme menunjukkan bahwa kodon tertentu lebih disukai dibandingkan kodon lainnya. Pada manusia, misalnya, alanin dikodekan oleh GCC empat kali lebih sering dibandingkan oleh GCG. Hal ini mungkin menunjukkan efisiensi penerjemahan yang lebih besar dari alat penerjemah (misalnya ribosom) untuk beberapa kodon.

Kode genetik hampir bersifat universal. Kodon yang sama ditempatkan pada bagian asam amino yang sama, dan sinyal mulai dan berhenti yang sama pada hewan, tumbuhan, dan mikroorganisme hampir sama. Namun, beberapa pengecualian telah ditemukan. Sebagian besar melibatkan penetapan satu atau dua dari tiga kodon stop ke asam amino.

Mereka berbaris dalam rantai dan dengan demikian menghasilkan rangkaian huruf genetik.

Kode genetik

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

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

Pada beberapa protein, asam amino nonstandar, seperti selenocysteine ​​​​dan pyrrolysine, disisipkan oleh ribosom yang membaca kodon stop, bergantung pada urutan dalam mRNA. Selenocysteine ​​​​sekarang dianggap sebagai asam amino ke-21, dan pirolisin ke-22, yang membentuk protein.

Meskipun ada pengecualian ini, semua organisme hidup mempunyai kode genetik yang sama: kodon terdiri dari tiga nukleotida, dimana dua nukleotida pertama sangat menentukan; kodon diterjemahkan oleh tRNA dan ribosom menjadi rangkaian asam amino.

Sejarah gagasan tentang kode genetik

Namun, pada awal tahun 60an abad ke-20, data baru mengungkapkan ketidakkonsistenan hipotesis “kode tanpa koma”. Kemudian percobaan menunjukkan bahwa kodon, yang dianggap tidak berarti oleh Crick, dapat memicu sintesis protein in vitro, dan pada tahun 1965 arti dari 64 kembar tiga telah ditetapkan. Ternyata beberapa kodon hanya mubazir, yaitu seluruh rangkaian asam amino dikodekan oleh dua, empat, atau bahkan enam kembar tiga.

Lihat juga

Catatan

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

literatur

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

Tautan

• Kode genetik- artikel dari Ensiklopedia Besar Soviet

Yayasan Wikimedia. 2010.

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 kurang baik, telah terbentuk bentuk hias yang stabil dan varietas lokal tanaman budidaya tahan kekeringan. 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. Bukaan mulut terletak pada 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 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 yang paling signifikan pada tahun 1953 adalah pertimbangan 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; 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.

e.suatu asam amino tertentu dapat dikodekan oleh lebih dari satu triplet. Selain itu, tiga kodon tidak mengkode asam amino apa pun (“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 dengan 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 serupa secara morfologi 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.

Tripletitas. 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, terdapat 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 dibandingkan 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.

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

Kode genetik diwakili oleh kata-kata kode tertentu yang disebut kodon.

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

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

Sifat-sifat kode genetik

Kode genetik mempunyai ciri-ciri sebagai berikut.

1. Tiga puluh- Setiap asam amino berhubungan dengan rangkap tiga nukleotida. Mudah untuk menghitung bahwa ada 4 3 = 64 kodon. Dari jumlah tersebut, 61 bersifat semantik dan 3 tidak masuk akal (terminasi, stop kodon).
2. Kontinuitas(tidak ada tanda pemisah antara nukleotida) - 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 kontinuitasnya (kekompakan) [menunjukkan]

   

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

   Mutasi tunggal (“+” atau “-”) pada awal suatu gen atau mutasi ganda (“+” atau “-”) merusak keseluruhan gen.

   Mutasi rangkap tiga (“+” atau “-”) pada awal suatu gen hanya merusak sebagian gen.

   Mutasi empat kali lipat “+” atau “-” lagi-lagi merusak keseluruhan gen.

   Percobaan dilakukan pada dua gen fag yang berdekatan dan menunjukkan hal itu

   1. kodenya triplet dan tidak ada tanda baca di dalam gen
   2. ada tanda baca antar gen
3. Kehadiran tanda baca antargenik- adanya kodon permulaan di antara kembar tiga (mereka memulai biosintesis protein), dan kodon terminator (menunjukkan akhir biosintesis protein);

   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).

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

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

   Alasan kemunduran kode ini adalah karena muatan semantik utama dibawa oleh dua nukleotida pertama dalam triplet, dan yang ketiga tidak begitu penting. Dari sini aturan degenerasi kode : Jika dua kodon mempunyai dua nukleotida pertama yang sama dan nukleotida ketiganya termasuk dalam kelas yang sama (purin atau pirimidin), maka kedua kodon tersebut mengkode asam amino yang sama.

   Namun, ada dua pengecualian terhadap aturan ideal ini. Ini adalah kodon AUA, yang seharusnya tidak bersesuaian dengan isoleusin, tetapi dengan metionin, dan kodon UGA, yang merupakan kodon stop, sedangkan kodon ini harus bersesuaian dengan triptofan. Degenerasi kode etik jelas memiliki signifikansi adaptif.

8. Keserbagunaan- semua sifat kode genetik di atas adalah karakteristik semua organisme hidup.

   kodon	Kode universal	Kode mitokondria
   		Vertebrata	Invertebrata	Ragi	Tanaman
   U.G.A.	BERHENTI	Trp	Trp	Trp	BERHENTI
   AUA	Ile	Bertemu	Bertemu	Bertemu	Ile
   CUA	Leu	Leu	Leu	Melalui	Leu
   AGA	Arg	BERHENTI	Ser	Arg	Arg
   AGG	Arg	BERHENTI	Ser	Arg	Arg

   Baru-baru ini, prinsip universalitas kode telah terguncang sehubungan dengan penemuan kode ideal mitokondria manusia oleh Berrell pada tahun 1979, yang memenuhi aturan degenerasi kode. Dalam kode mitokondria, kodon UGA berhubungan dengan triptofan, dan AUA berhubungan dengan metionin, seperti yang disyaratkan oleh aturan degenerasi kode.

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

9. Tidak tumpang tindih- masing-masing kembar tiga dari teks genetik tidak bergantung satu sama lain, satu nukleotida hanya termasuk dalam satu triplet; Pada Gambar. menunjukkan perbedaan antara kode yang tumpang tindih dan tidak tumpang tindih.

   Pada tahun 1976 DNA fag φX174 diurutkan. Ia memiliki DNA sirkular beruntai tunggal yang terdiri dari 5375 nukleotida. Fag diketahui mengkode 9 protein. Untuk 6 di antaranya, gen yang terletak satu demi satu diidentifikasi.

   Ternyata ada yang tumpang tindih. Gen E seluruhnya terletak di dalam gen D. Kodon awalnya muncul sebagai akibat dari pergeseran kerangka satu nukleotida. Gen J dimulai di tempat berakhirnya gen D. Kodon awal gen J tumpang tindih dengan kodon stop gen D sebagai akibat dari pergeseran dua nukleotida. Konstruksi tersebut disebut “pergeseran kerangka pembacaan” oleh sejumlah nukleotida bukan kelipatan tiga. Sampai saat ini, tumpang tindih hanya ditunjukkan pada beberapa fag.

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

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

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

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

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