molekul DNA. struktur molekul DNA

Reproduksi sendiri materi genetik. Replikasi.

Prinsip pencatatan informasi genetik. Kode genetik dan sifat-sifatnya.

Kode genetik- metode yang melekat pada semua organisme hidup untuk menyandikan urutan asam amino protein menggunakan urutan nukleotida. Ada 20 asam amino berbeda yang digunakan di alam untuk membangun protein. Setiap protein adalah rantai atau beberapa rantai dalam urutan yang ditentukan secara ketat. Urutan ini menentukan struktur protein, dan karenanya sifat-sifatnya. Himpunan asam amino bersifat universal untuk hampir semua organisme hidup.

Sifat gen. kode:

Tripletity - kombinasi 3 nukleotida

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

Non-tumpang tindih - nukleotida yang sama tidak dapat menjadi bagian dari beberapa triplet sekaligus

Kekhususan - kodon tertentu hanya sesuai dengan 1 asam amino

Degenerasi - lebih dari satu kodon dapat berhubungan dengan asam amino yang sama

Universalitas - kode genetik bekerja sama pada organisme dengan tingkat kerumitan berbeda

Kekebalan kebisingan

Dalam proses replikasi materi genetik, ikatan hidrogen antara basa nitrogen terputus, dan dua helai DNA terbentuk dari heliks ganda. Masing-masing menjadi cetakan untuk sintesis untaian DNA komplementer lainnya. Yang terakhir, melalui ikatan hidrogen, terhubung ke matriks DNA. Jadi, setiap molekul DNA anak terdiri dari satu rantai polinukleotida lama dan satu rantai polinukleotida baru. Akibatnya, sel anak menerima informasi genetik yang sama dengan sel induk. Pemeliharaan situasi seperti itu disediakan oleh mekanisme koreksi diri yang dilakukan oleh DNA polimerase. Kemampuan materi genetik, DNA, untuk bereproduksi sendiri (bereplikasi) mendasari reproduksi organisme hidup, transfer sifat herediter dari generasi ke generasi, dan perkembangan organisme multisel dari zigot.

Perubahan yang tidak diperbaiki dalam struktur kimia gen, direproduksi dalam siklus replikasi berturut-turut dan dimanifestasikan dalam keturunan dalam bentuk varian sifat baru, disebut mutasi gen.

Perubahan struktur DNA dapat dibagi menjadi 3 kelompok: 1. Penggantian beberapa basa oleh yang lain.

2. pergeseran kerangka baca dengan perubahan jumlah pasangan nukleotida pada gen.

3. perubahan urutan urutan nukleotida dalam suatu gen.

1. Mengganti beberapa pangkalan dengan yang lain. Dapat terjadi secara tidak sengaja atau di bawah pengaruh bahan kimia tertentu. Jika perubahan bentuk basa tetap tidak diperhatikan selama perbaikan, maka selama siklus replikasi berikutnya ia dapat menempelkan nukleotida lain ke dirinya sendiri.

Alasan lain mungkin karena kesalahan inklusi dalam rantai DNA yang disintesis dari nukleotida yang membawa bentuk basa yang dimodifikasi atau analognya. Jika kesalahan ini tidak diketahui selama perbaikan, maka basis yang diubah dimasukkan dalam proses replikasi, yang mengarah pada penggantian satu pasangan dengan pasangan lainnya.

Akibatnya, triplet baru terbentuk dalam DNA. Jika triplet ini mengkodekan asam amino yang sama, maka perubahannya tidak akan mempengaruhi struktur peptida (degenerasi kode genetik). Jika triplet yang baru muncul mengkodekan asam amino lain, struktur rantai peptida dan sifat protein berubah.

2. pergeseran kerangka baca. Mutasi ini terjadi karena hilangnya (delesi) atau penyisipan satu atau lebih pasang nukleotida komplementer ke dalam urutan nukleotida DNA. Alasannya mungkin efek pada bahan genetik bahan kimia tertentu (senyawa akridin). Sejumlah besar mutasi terjadi karena dimasukkannya elemen genetik seluler - transposon ke dalam DNA. Kesalahan dalam rekombinasi dengan penyeberangan intragenik yang tidak sama juga dapat menjadi penyebab.

Dengan mutasi seperti itu, makna informasi biologis yang terekam dalam DNA ini berubah.

3. perubahan urutan urutan nukleotida. Mutasi jenis ini terjadi akibat rotasi segmen DNA sebesar 180ᵒ (inversi). Ini disebabkan oleh fakta bahwa molekul DNA membentuk lingkaran di mana replikasi berjalan ke arah yang salah. Di dalam wilayah terbalik, pembacaan informasi terganggu dan rangkaian asam amino protein terganggu.

Penyebab:-persilangan yang tidak sama antara kromosom homolog

persilangan intrachromosomal

Pemutusan kromosom

Kesenjangan dengan koneksi selanjutnya dari elemen kromosom

Menyalin gen dan mentransfernya ke bagian lain dari kromosom

Molekul DNA terdiri dari dua helai yang membentuk heliks ganda. Strukturnya pertama kali diuraikan oleh Francis Crick dan James Watson pada tahun 1953.

Pada awalnya, molekul DNA, yang terdiri dari sepasang rantai nukleotida yang saling melilit, menimbulkan pertanyaan mengapa bentuknya seperti itu. Para ilmuwan menyebut fenomena ini saling melengkapi, yang berarti bahwa hanya nukleotida tertentu yang dapat ditempatkan berseberangan di utasnya. Misalnya, adenin selalu berlawanan dengan timin, dan guanin selalu berlawanan dengan sitosin. Nukleotida molekul DNA ini disebut komplementer.

Secara skematis, ini ditunjukkan sebagai berikut:

T - A

C - G

Pasangan ini membentuk ikatan nukleotida kimia, yang menentukan urutan susunan asam amino. Dalam kasus pertama, dia sedikit lebih lemah. Hubungan antara C dan G lebih kuat. Nukleotida nonkomplementer tidak berpasangan satu sama lain.

Tentang struktur

Jadi, struktur molekul DNA itu istimewa. Bentuknya seperti itu karena suatu alasan: faktanya jumlah nukleotida sangat besar, dan banyak ruang yang dibutuhkan untuk menampung rantai panjang. Karena alasan inilah rantai melekat pada puntiran spiral. Fenomena ini disebut spiralisasi, memungkinkan utas dipersingkat dengan faktor lima atau enam.

Beberapa molekul dari rencana semacam itu digunakan oleh tubuh dengan sangat aktif, yang lain jarang. Yang terakhir, selain spiralisasi, juga mengalami "kemasan kompak" seperti supercoiling. Dan kemudian panjang molekul DNA berkurang 25-30 kali lipat.

Apa "kemasan" molekul?

Protein histon terlibat dalam proses supercoiling. Mereka memiliki struktur dan penampilan gulungan benang atau batang. Benang spiral dililitkan padanya, yang segera menjadi "padat" dan memakan sedikit ruang. Ketika menjadi perlu untuk menggunakan satu atau beberapa utas, itu dilepaskan dari gulungan, misalnya, dari protein histon, dan heliks itu terlepas menjadi dua rantai paralel. Ketika molekul DNA dalam keadaan ini, data genetik yang diperlukan dapat dibaca darinya. Namun, ada satu syarat. Memperoleh informasi hanya mungkin jika struktur molekul DNA tidak dipelintir. Kromosom yang tersedia untuk dibaca disebut eukromatin, dan jika disuperspiralkan, maka ini sudah menjadi heterokromatin.

Asam nukleat

Asam nukleat, seperti protein, adalah biopolimer. Fungsi utamanya adalah penyimpanan, implementasi dan transmisi herediter (informasi genetik). Mereka terdiri dari dua jenis: DNA dan RNA (deoksiribonukleat dan ribonukleat). Monomer di dalamnya adalah nukleotida, yang masing-masing memiliki residu asam fosfat, gula lima karbon (deoksiribosa / ribosa) dan basa nitrogen. Kode DNA mencakup 4 jenis nukleotida - adenin (A) / guanin (G) / sitosin (C) / timin (T). Mereka berbeda dalam basa nitrogen yang dikandungnya.

Dalam molekul DNA, jumlah nukleotida bisa sangat besar - dari beberapa ribu hingga puluhan juta. Molekul raksasa seperti itu dapat dilihat melalui mikroskop elektron. Dalam hal ini, dimungkinkan untuk melihat rantai ganda untaian polinukleotida, yang saling berhubungan oleh ikatan hidrogen dari basa nitrogen nukleotida.

Riset

Selama penelitian, para ilmuwan telah menemukan bahwa jenis molekul DNA pada organisme hidup yang berbeda berbeda. Ditemukan juga bahwa guanin dari satu rantai hanya dapat berikatan dengan sitosin, dan timin dengan adenin. Susunan nukleotida dari satu rantai sangat sesuai dengan rantai paralel. Karena komplementaritas polinukleotida ini, molekul DNA mampu melakukan duplikasi dan replikasi sendiri. Tetapi pertama-tama, rantai pelengkap, di bawah pengaruh enzim khusus yang menghancurkan nukleotida berpasangan, menyimpang, dan kemudian sintesis rantai yang hilang dimulai di masing-masing rantai. Ini karena nukleotida bebas tersedia dalam jumlah besar di setiap sel. Akibatnya, alih-alih "molekul induk", dua "anak perempuan" terbentuk, identik dalam komposisi dan struktur, dan kode DNA menjadi yang asli. Proses ini merupakan awal dari pembelahan sel. Ini memastikan transfer semua data herediter dari sel induk ke sel anak, serta ke semua generasi berikutnya.

Bagaimana kode gen dibaca?

Saat ini, tidak hanya massa molekul DNA yang dihitung - juga dimungkinkan untuk menemukan data yang lebih kompleks yang sebelumnya tidak tersedia bagi para ilmuwan. Misalnya, Anda dapat membaca informasi tentang bagaimana tubuh menggunakan selnya sendiri. Tentu saja, pada awalnya informasi ini dalam bentuk yang dikodekan dan berbentuk matriks tertentu, oleh karena itu harus diangkut ke pembawa khusus, yaitu RNA. Asam ribonukleat mampu meresap ke dalam sel melalui membran inti dan membaca informasi yang disandikan yang sudah ada di dalamnya. Jadi, RNA adalah pembawa data tersembunyi dari nukleus ke sel, dan berbeda dari DNA karena mengandung ribosa, bukan deoksiribosa, dan urasil, bukan timin. Selain itu, RNA beruntai tunggal.

sintesis RNA

Analisis mendalam terhadap DNA menunjukkan bahwa setelah RNA meninggalkan nukleus, ia memasuki sitoplasma, di mana ia dapat diintegrasikan sebagai templat ke dalam ribosom (sistem enzim khusus). Dipandu oleh informasi yang diterima, mereka dapat mensintesis urutan asam amino protein yang sesuai. Ribosom belajar dari kode triplet jenis senyawa organik apa yang perlu dilampirkan pada rantai protein yang muncul. Setiap asam amino memiliki triplet spesifiknya sendiri, yang mengkodekannya.

Setelah pembentukan rantai selesai, ia memperoleh bentuk spasial tertentu dan berubah menjadi protein yang mampu menjalankan fungsi hormonal, bangunan, enzimatik, dan lainnya. Untuk organisme apa pun, itu adalah produk gen. Dari situlah semua jenis kualitas, sifat, dan manifestasi gen ditentukan.

Gen

Pertama-tama, proses pengurutan dikembangkan dengan tujuan memperoleh informasi tentang berapa banyak gen yang dimiliki struktur molekul DNA. Dan, meskipun penelitian telah memungkinkan para ilmuwan untuk maju jauh dalam hal ini, masih belum mungkin untuk mengetahui jumlah pastinya.

Beberapa tahun yang lalu diasumsikan bahwa molekul DNA mengandung kira-kira 100.000 gen. Beberapa saat kemudian, angkanya menurun menjadi 80.000, dan pada tahun 1998, ahli genetika menyatakan bahwa hanya ada 50.000 gen dalam satu DNA, yang hanya 3% dari seluruh panjang DNA. Tapi mereka dikejutkan oleh kesimpulan terbaru para ahli genetika. Sekarang mereka mengklaim bahwa genom tersebut mengandung 25-40 ribu unit yang disebutkan. Ternyata hanya 1,5% DNA kromosom yang bertanggung jawab untuk mengkodekan protein.

Penelitian tidak berhenti di situ. Tim paralel spesialis rekayasa genetika menemukan bahwa jumlah gen dalam satu molekul persis 32.000. Seperti yang Anda lihat, masih tidak mungkin mendapatkan jawaban yang pasti. Terlalu banyak kontradiksi. Semua peneliti hanya mengandalkan temuan mereka.

Apakah ada evolusi?

Terlepas dari kenyataan bahwa tidak ada bukti evolusi molekul (karena struktur molekul DNA rapuh dan berukuran kecil), para ilmuwan tetap membuat satu asumsi. Berdasarkan data laboratorium, mereka menyuarakan versi dari konten berikut: molekul pada tahap awal kemunculannya berbentuk peptida replikasi diri sederhana, yang mencakup hingga 32 asam amino yang terkandung di lautan purba.

Setelah replikasi diri, karena kekuatan seleksi alam, molekul memiliki kemampuan untuk melindungi diri dari pengaruh elemen eksternal. Mereka mulai hidup lebih lama dan bereproduksi dalam jumlah besar. Molekul yang menemukan diri mereka dalam gelembung lipid mendapat setiap kesempatan untuk mereproduksi diri mereka sendiri. Sebagai hasil dari serangkaian siklus berturut-turut, gelembung lipid berbentuk membran sel, dan selanjutnya - partikel terkenal. Perlu dicatat bahwa saat ini setiap bagian dari molekul DNA adalah struktur yang kompleks dan berfungsi dengan baik, yang semua fiturnya belum sepenuhnya dipelajari oleh para ilmuwan.

Dunia modern

Baru-baru ini, para ilmuwan dari Israel telah mengembangkan komputer yang dapat melakukan triliunan operasi per detik. Hari ini adalah mobil tercepat di Bumi. Seluruh rahasianya terletak pada kenyataan bahwa perangkat inovatif berfungsi dari DNA. Profesor mengatakan bahwa dalam waktu dekat komputer semacam itu bahkan akan mampu menghasilkan energi.

Spesialis dari Institut Weizmann di Rehovot (Israel) setahun yang lalu mengumumkan pembuatan komputer molekuler yang dapat diprogram, yang terdiri dari molekul dan enzim. Mereka mengganti microchip silikon dengan mereka. Sampai saat ini, tim telah bergerak maju. Sekarang hanya satu molekul DNA yang dapat memberi komputer data yang diperlukan dan menyediakan bahan bakar yang diperlukan.

"Komputer nano" biokimia bukanlah fiksi, mereka sudah ada di alam dan terwujud dalam setiap makhluk hidup. Namun seringkali mereka tidak dikendalikan oleh orang. Seseorang belum dapat mengoperasikan genom tanaman apa pun untuk menghitung, katakanlah, angka "Pi".

Ide menggunakan DNA untuk menyimpan/memproses data pertama kali muncul di benak para ilmuwan pada tahun 1994. Saat itulah sebuah molekul digunakan untuk memecahkan masalah matematika sederhana. Sejak saat itu, sejumlah kelompok penelitian telah mengusulkan berbagai proyek yang berkaitan dengan komputer DNA. Tetapi di sini semua upaya hanya didasarkan pada molekul energi. Anda tidak dapat melihat komputer seperti itu dengan mata telanjang, terlihat seperti larutan air transparan dalam tabung reaksi. Tidak ada bagian mekanis di dalamnya, tetapi hanya triliunan perangkat biomolekuler - dan ini hanya dalam satu tetes cairan!

DNA manusia

Apa jenis DNA manusia, orang menjadi sadar pada tahun 1953, ketika para ilmuwan pertama kali dapat menunjukkan kepada dunia model DNA beruntai ganda. Untuk ini, Kirk dan Watson menerima Hadiah Nobel, karena penemuan ini menjadi fundamental di abad ke-20.

Seiring waktu, tentu saja, mereka membuktikan bahwa tidak hanya seperti dalam versi yang diusulkan, molekul manusia yang terstruktur dapat terlihat. Setelah analisis DNA yang lebih rinci, mereka menemukan bentuk A-, B-, dan tangan kiri dari Z-. Bentuk A- seringkali merupakan pengecualian, karena hanya terbentuk jika ada kekurangan kelembapan. Tetapi ini hanya mungkin dalam penelitian laboratorium, untuk lingkungan alami ini tidak normal, dalam sel hidup proses seperti itu tidak dapat terjadi.

Bentuk-B klasik dan dikenal sebagai rantai tangan kanan ganda, tetapi bentuk-Z tidak hanya dipelintir ke arah yang berlawanan, ke kiri, tetapi juga memiliki tampilan yang lebih zigzag. Para ilmuwan juga telah mengidentifikasi bentuk G-quadruplex. Dalam strukturnya, bukan 2, tapi 4 utas. Menurut ahli genetika, bentuk ini terjadi di daerah-daerah di mana jumlah guanin berlebih.

DNA buatan

Saat ini, DNA buatan sudah ada, yang merupakan salinan identik dari yang asli; itu dengan sempurna mengulangi struktur heliks ganda alami. Tapi, berbeda dengan polinukleotida asli, pada polinukleotida buatan hanya ada dua nukleotida tambahan.

Karena sulih suara dibuat berdasarkan informasi yang diperoleh selama berbagai studi tentang DNA asli, sulih suara juga dapat disalin, direplikasi sendiri, dan dikembangkan. Para ahli telah mengerjakan pembuatan molekul buatan semacam itu selama sekitar 20 tahun. Hasilnya adalah penemuan luar biasa yang dapat menggunakan kode genetik dengan cara yang sama seperti DNA alami.

Ke empat basa nitrogen yang ada, genetika menambahkan dua tambahan, yang dibuat dengan metode modifikasi kimia dari basa alami. Berbeda dengan alami, DNA buatan ternyata cukup pendek. Ini hanya berisi 81 pasangan basa. Namun, itu juga mereproduksi dan berkembang.

Replikasi molekul yang diperoleh secara artifisial terjadi karena reaksi berantai polimerase, tetapi sejauh ini tidak terjadi secara mandiri, tetapi melalui campur tangan para ilmuwan. Mereka secara mandiri menambahkan enzim yang diperlukan ke DNA yang disebutkan, menempatkannya dalam media cair yang disiapkan khusus.

Hasil akhir

Proses dan hasil akhir perkembangan DNA dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor, seperti mutasi. Hal ini menyebabkan studi sampel materi wajib dilakukan agar hasil analisisnya dapat diandalkan dan dapat diandalkan. Contohnya adalah tes paternitas. Tetapi orang tidak bisa tidak bersukacita karena kejadian seperti mutasi jarang terjadi. Namun demikian, sampel materi selalu diperiksa ulang untuk mendapatkan informasi yang lebih akurat berdasarkan analisis.

DNA tanaman

Berkat pengurutan teknologi tinggi (HTS), sebuah revolusi telah dibuat di bidang genomik - isolasi DNA dari tumbuhan juga dimungkinkan. Tentu saja, mendapatkan berat molekul DNA berkualitas tinggi dari bahan tanaman menyebabkan beberapa kesulitan karena banyaknya salinan mitokondria dan kloroplas DNA, serta tingginya tingkat polisakarida dan senyawa fenolik. Dalam hal ini, berbagai metode digunakan untuk mengisolasi struktur yang sedang kita pertimbangkan.

Ikatan hidrogen dalam DNA

Ikatan hidrogen dalam molekul DNA bertanggung jawab atas daya tarik elektromagnetik yang tercipta antara atom hidrogen bermuatan positif, yang melekat pada atom elektronegatif. Interaksi dipol ini tidak termasuk dalam kriteria ikatan kimia. Tetapi itu dapat direalisasikan secara antarmolekul atau di berbagai bagian molekul, yaitu secara intramolekul.

Atom hidrogen melekat pada atom elektronegatif yang merupakan donor ikatan ini. Atom elektronegatif dapat berupa nitrogen, fluor, oksigen. Itu - dengan desentralisasi - menarik awan elektron dari inti hidrogen ke dirinya sendiri dan membuat atom hidrogen bermuatan (sebagian) positif. Karena ukuran H kecil dibandingkan dengan molekul dan atom lain, muatannya juga kecil.

Menguraikan DNA

Sebelum menguraikan molekul DNA, para ilmuwan pertama-tama mengambil sejumlah besar sel. Untuk pekerjaan yang paling akurat dan sukses, Anda membutuhkan sekitar satu juta di antaranya. Hasil yang diperoleh selama penelitian terus dibandingkan dan dicatat. Saat ini, pengurutan genom tidak lagi langka, tetapi prosedur yang terjangkau.

Tentu saja, menguraikan genom sebuah sel adalah pekerjaan yang tidak tepat. Data yang diperoleh selama studi semacam itu tidak menarik bagi para ilmuwan. Tetapi penting untuk dipahami bahwa semua metode decoding yang ada saat ini, terlepas dari kerumitannya, tidak cukup efisien. Mereka akan memungkinkan Anda untuk membaca hanya 40-70% dari DNA.

Namun, profesor Harvard baru-baru ini mengumumkan metode di mana 90% genom dapat diterjemahkan. Teknik ini didasarkan pada penambahan molekul primer ke sel yang diisolasi, dengan bantuan replikasi DNA yang dimulai. Tetapi metode ini pun tidak dapat dianggap berhasil, masih perlu disempurnakan sebelum digunakan secara terbuka dalam sains.

Molekul DNA adalah polinukleotida, unit monomernya adalah empat deoksiribonukleotida (dAMP, dGMP, dCMP dan dTMP). Rasio dan nukleotida dalam DNA organisme yang berbeda berbeda. Selain basa nitrogen utama, DNA juga mengandung deoksiribonukleotida lain dengan basa minor: 5-methylcytosine, 5-hydroxymethylcytosine, 6-methylaminopurine.

Setelah metode kristalografi sinar-X dapat digunakan untuk mempelajari makromolekul biologis dan mendapatkan pola sinar-X yang sempurna, struktur molekul DNA dapat dijelaskan. Metode ini didasarkan pada fakta bahwa berkas sinar-X paralel yang terjadi pada gugus kristal atom membentuk pola difraksi, yang terutama bergantung pada massa atom atom-atom ini, lokasinya di ruang angkasa. Pada tahun 40-an abad yang lalu, sebuah teori dikemukakan tentang struktur tiga dimensi molekul DNA. W. Astbury membuktikan bahwa itu adalah tumpukan nukleotida datar yang dilapiskan satu di atas yang lain.

Struktur primer molekul DNA

Struktur primer asam nukleat mengacu pada urutan nukleotida dalam rantai polinukleotida DNA. Nukleotida dihubungkan bersama oleh ikatan fosfodiester, yang terbentuk antara gugus OH pada posisi 5 dari deoksiribosa dari satu nukleotida dan gugus OH pada posisi 3 dari pentosa yang lain.

Sifat biologis asam nukleat ditentukan oleh rasio kualitatif dan urutan nukleotida di sepanjang rantai polinukleotida.

Komposisi nukleotida DNA pada organisme yang berbeda bersifat spesifik dan ditentukan oleh rasio (G + C) / (A + T). Dengan menggunakan koefisien spesifisitas, derajat heterogenitas komposisi nukleotida DNA dalam organisme dari berbagai asal ditentukan. Jadi, pada tumbuhan dan hewan yang lebih tinggi, rasio (G + C) / (A + T) sedikit berfluktuasi dan memiliki nilai lebih besar dari 1. Untuk mikroorganisme, koefisien spesifisitas bervariasi dalam rentang yang luas - dari 0,35 hingga 2,70. Pada saat yang sama, spesies biologis tertentu mengandung DNA dengan komposisi nukleotida yang sama, yaitu dapat dikatakan bahwa DNA satu spesies identik dalam hal kandungan pasangan basa GC.

Penentuan heterogenitas komposisi nukleotida DNA dengan koefisien spesifisitas belum memberikan informasi tentang sifat biologisnya. Yang terakhir ini disebabkan oleh perbedaan urutan situs nukleotida individu dalam rantai polinukleotida. Ini berarti bahwa informasi genetik dalam molekul DNA dikodekan dalam urutan spesifik dari unit monomernya.

Molekul DNA mengandung urutan nukleotida yang dirancang untuk memulai dan mengakhiri proses sintesis sintesis RNA (transkripsi), (translasi). Ada urutan nukleotida yang berfungsi untuk mengikat molekul pengatur pengaktif dan penghambat tertentu, serta urutan nukleotida yang tidak membawa informasi genetik apa pun. Ada juga daerah yang dimodifikasi yang melindungi molekul dari aksi nuklease.

Masalah urutan nukleotida DNA belum sepenuhnya terselesaikan. Menentukan urutan nukleotida asam nukleat adalah prosedur yang melelahkan yang melibatkan penggunaan metode pembelahan molekul nuklease spesifik menjadi fragmen terpisah. Sampai saat ini, urutan nukleotida lengkap dari basa nitrogen telah ditetapkan untuk sebagian besar tRNA dari berbagai asal.

Molekul DNA: struktur sekunder

Watson dan Crick merancang model heliks ganda Menurut model ini, dua rantai polinukleotida melilit satu sama lain, sehingga membentuk semacam heliks.

Basa nitrogen di dalamnya terletak di dalam struktur, dan tulang punggung fosfodiester berada di luar.

Molekul DNA: struktur tersier

DNA linier dalam sel berbentuk molekul memanjang, dikemas dalam struktur yang kompak dan hanya menempati 1/5 dari volume sel. Misalnya, panjang DNA kromosom manusia mencapai 8 cm, dan dikemas sedemikian rupa sehingga pas dalam satu kromosom dengan panjang 5 nm. Penataan seperti itu dimungkinkan karena adanya struktur DNA heliks. Oleh karena itu, heliks untai ganda DNA di ruang angkasa dapat dilipat lebih jauh menjadi struktur tersier tertentu - superhelix. Konformasi supercoil DNA adalah karakteristik dari kromosom organisme yang lebih tinggi. Struktur tersier seperti itu distabilkan oleh residu asam amino yang membentuk protein yang membentuk kompleks nukleoprotein (kromatin). Akibatnya, DNA dikaitkan dengan protein dasar - histon, serta protein asam dan fosfoprotein.

Kromosom. Tunjukkan bahwa kromosom terdiri dari DNA, yang dikelilingi oleh dua jenis protein: histon (basa) dan non-histone (asam). Perhatikan bahwa kromosom dapat berada dalam dua keadaan struktural dan fungsional: spiralized dan despiralized. Untuk mengetahui yang mana dari dua keadaan kromosom ini yang berfungsi dan apa artinya. Tunjukkan pada periode kehidupan sel mana kromosom berputar dan terlihat jelas di bawah mikroskop. Mengetahui struktur kromosom, jenis-jenis kromosom yang berbeda letak penyempitan primernya.

Organisme dari sebagian besar makhluk hidup memiliki struktur seluler. Dalam proses evolusi dunia organik, sebuah sel dipilih sebagai sistem dasar yang memungkinkan terwujudnya semua hukum makhluk hidup. Organisme yang memiliki struktur seluler dibagi menjadi pra-nuklir, tanpa nukleus tipikal (atau prokariota), dan organisme dengan nukleus tipikal (atau eukariota). Tunjukkan organisme mana yang prokariota dan mana yang eukariota.

Untuk memahami organisasi sistem biologis, perlu diketahui komposisi molekuler sel. Menurut kandungan unsur-unsur penyusun sel, mereka dibagi menjadi tiga kelompok: unsur makro, unsur mikro, dan unsur ultramikro. Berikan contoh unsur-unsur penyusun setiap golongan, ciri-ciri peran komponen anorganik utama dalam kehidupan sel. Komponen kimiawi makhluk hidup dibagi menjadi anorganik (air, garam mineral) dan organik (protein, karbohidrat, lipid, asam nukleat). Dengan sedikit pengecualian (tulang dan enamel gigi), air merupakan komponen utama sel. Untuk mengetahui sifat-sifat air, dalam bentuk apa air di dalam sel, untuk mengkarakterisasi signifikansi biologis air. Menurut kandungan zat organik di dalam sel, protein menempati urutan pertama. Untuk mengkarakterisasi komposisi protein, organisasi spasial protein (struktur primer, sekunder, tersier, kuaterner), peran protein dalam tubuh. Karbohidrat dibagi menjadi 3 kelas: monosakarida, disakarida dan polisakarida. Mengetahui komposisi kimia dan kriteria klasifikasi karbohidrat. Berikan contoh perwakilan kelas yang paling penting dan cirikan peran mereka dalam kehidupan sel. Lipid dicirikan oleh keragaman kimia terbesar. Istilah "lipid" termasuk lemak dan zat seperti lemak - lipoid. Lemak adalah ester dari asam lemak dan alkohol. Mengetahui komposisi kimia lipid dan lipoid. Tekankan fungsi utama: trofik, energi, dan fungsi lain yang perlu dicirikan. Energi yang dilepaskan selama pemecahan zat organik tidak segera digunakan untuk bekerja di dalam sel, tetapi pertama-tama disimpan dalam bentuk senyawa perantara berenergi tinggi - adenosin trifosfat (ATP). Mengetahui komposisi kimia ATP. Jelaskan apa itu AMP dan ADP. Perluas konsep "ikatan makroergik". Tunjukkan di mana proses ADP dan AMP terbentuk, dan bagaimana ATP terbentuk, berapa nilai energi dari proses ini. Berikan contoh proses fisiologis yang membutuhkan energi dalam jumlah besar.

Menurut struktur kimia DNA ( Asam deoksiribonukleat) adalah biopolimer, yang monomernya adalah nukleotida. Artinya, DNA polinukleotida. Selain itu, molekul DNA biasanya terdiri dari dua rantai yang dipelintir relatif satu sama lain di sepanjang garis heliks (sering disebut "pilinan spiral") dan saling terhubung oleh ikatan hidrogen.

Rantai dapat diputar ke kiri dan ke kanan (paling sering).

Beberapa virus memiliki DNA untai tunggal.

Setiap nukleotida DNA terdiri dari 1) basa nitrogen, 2) deoksiribosa, 3) residu asam fosfat.

Heliks DNA tangan kanan ganda

DNA berisi hal-hal berikut: adenin, guanin, timin Dan sitosin. Adenin dan guanin adalah purin, dan timin dan sitosin - ke pirimidin. Terkadang DNA mengandung urasil, yang biasanya merupakan karakteristik RNA, menggantikan timin.

Basa nitrogen dari satu rantai molekul DNA terhubung ke basa nitrogen yang lain secara ketat sesuai dengan prinsip saling melengkapi: adenin hanya dengan timin (mereka membentuk dua ikatan hidrogen di antara mereka sendiri), dan guanin hanya dengan sitosin (tiga ikatan).

Basa nitrogen dalam nukleotida itu sendiri terhubung ke atom karbon pertama dari bentuk siklik deoksiribosa, yang merupakan pentosa (karbohidrat dengan lima atom karbon). Ikatannya adalah kovalen, glikosidik (C-N). Tidak seperti ribosa, deoksiribosa tidak memiliki salah satu gugus hidroksilnya. Cincin deoksiribosa dibentuk oleh empat atom karbon dan satu atom oksigen. Atom karbon kelima berada di luar cincin dan terhubung melalui atom oksigen ke residu asam fosfat. Juga, melalui atom oksigen pada atom karbon ketiga, residu asam fosfat dari nukleotida tetangga melekat.

Jadi, dalam satu untai DNA, nukleotida yang berdekatan dihubungkan oleh ikatan kovalen antara deoksiribosa dan asam fosfat (ikatan fosfodiester). Tulang punggung fosfat-deoksiribosa terbentuk. Tegak lurus dengan itu, menuju untai DNA lain, basa nitrogen diarahkan, yang terhubung ke basa untai kedua dengan ikatan hidrogen.

Struktur DNA sedemikian rupa sehingga tulang punggung rantai yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen diarahkan ke arah yang berbeda (mereka mengatakan "multiarah", "antiparalel"). Di sisi di mana salah satu ujungnya dengan asam fosfat terhubung ke atom karbon kelima deoksiribosa, ujung lainnya dengan atom karbon ketiga yang "bebas". Artinya, kerangka satu rantai terbalik, seolah-olah, relatif terhadap yang lain. Jadi, dalam struktur rantai DNA, 5 ujung "ujung dan 3" dibedakan.

Saat mereplikasi (menggandakan) DNA, sintesis rantai baru selalu berlangsung dari ujung ke-5 ke ujung ketiga, karena nukleotida baru hanya dapat dilekatkan pada ujung ketiga yang bebas.

Pada akhirnya (secara tidak langsung melalui RNA), masing-masing tiga nukleotida berturut-turut dalam kode rantai DNA untuk satu asam amino dari protein.

Penemuan struktur molekul DNA terjadi pada tahun 1953 berkat karya F. Crick dan D. Watson (yang juga difasilitasi oleh karya awal ilmuwan lain). Meskipun DNA dikenal sebagai zat kimia pada abad ke-19. Pada tahun 1940-an, menjadi jelas bahwa DNA adalah pembawa informasi genetik.

Heliks ganda dianggap sebagai struktur sekunder molekul DNA. Dalam sel eukariotik, sebagian besar DNA terletak di kromosom, yang terkait dengan protein dan zat lain, dan juga mengalami pengemasan yang lebih padat.