DNA (asam deoksiribonukleat) adalah salah satu komponen terpenting dari makhluk hidup. Melalui itu, pelestarian dan transmisi informasi turun-temurun dari generasi ke generasi dilakukan dengan kemungkinan variabilitas dalam batas-batas tertentu. Sintesis semua protein yang diperlukan untuk sistem kehidupan tidak mungkin dilakukan tanpa matriks DNA. Di bawah ini kita akan mempertimbangkan struktur, pembentukan, fungsi dasar dan peran DNA dalam biosintesis protein.
Struktur molekul DNA
Asam deoksiribonukleat adalah makromolekul yang terdiri dari dua untai. Strukturnya memiliki beberapa tingkatan organisasi.
Struktur utama rantai DNA adalah urutan nukleotida, masing-masing mengandung salah satu dari empat basa nitrogen: adenin, guanin, sitosin atau timin. Rantai muncul ketika gula deoksiribosa dari satu nukleotida bergabung dengan residu fosfat dari yang lain. Proses ini dilakukan dengan partisipasi katalis protein - DNA ligase
- Struktur sekunder DNA disebut heliks ganda (lebih tepatnya, sekrup ganda). Alasan mamputerhubung satu sama lain sebagai berikut: adenin dan timin membentuk ikatan hidrogen rangkap, dan guanin dan sitosin membentuk rangkap tiga. Fitur ini mendasari prinsip komplementaritas dasar, yang dengannya rantai terhubung satu sama lain. Dalam kasus ini, terjadi puntiran heliks (lebih sering ke kanan) dari rantai ganda.
- Struktur tersier adalah konformasi kompleks dari molekul besar yang terjadi melalui ikatan hidrogen tambahan.
- Struktur kuaterner terbentuk dalam kombinasi dengan protein dan RNA spesifik dan merupakan cara DNA dikemas dalam inti sel.
fungsi DNA
Mari kita pertimbangkan peran yang dimainkan DNA dalam sistem kehidupan. Biopolimer ini merupakan matriks yang berisi catatan struktur berbagai protein, RNA yang dibutuhkan tubuh, serta berbagai macam situs pengatur. Secara umum, semua komponen ini membentuk program genetik tubuh.
Melalui biosintesis DNA, program genetik diteruskan ke generasi berikutnya, memastikan hereditas informasi yang mendasar bagi kehidupan. DNA dapat bermutasi, yang menyebabkan variabilitas organisme hidup dari satu spesies biologis muncul dan, sebagai akibatnya, proses seleksi alam dan evolusi sistem kehidupan dimungkinkan.
Selama reproduksi seksual, DNA keturunan organisme dibentuk dengan menggabungkan informasi keturunan ayah dan ibu. Ketika digabungkan, ada berbagai variasi, yang juga berkontribusi pada variabilitas.
Bagaimana program genetik direproduksi
Karena struktur komplementer, matriks molekul DNA dapat direproduksi sendiri. Dalam hal ini, informasi yang terkandung di dalamnya disalin. Penggandaan molekul untuk membentuk dua anak "heliks ganda" disebut replikasi DNA. Ini adalah proses kompleks yang melibatkan banyak komponen. Tetapi dengan penyederhanaan tertentu, dapat direpresentasikan sebagai diagram.
Replikasi diprakarsai oleh kompleks enzim khusus di area DNA tertentu. Pada saat yang sama, rantai ganda terlepas, membentuk garpu replikasi, di mana proses biosintesis DNA terjadi - penumpukan urutan nukleotida komplementer pada masing-masing rantai.
Fitur kompleks replikasi
Replikasi juga berlangsung dengan partisipasi seperangkat enzim yang kompleks - replisom, di mana DNA polimerase memainkan peran utama.
Salah satu rantai dalam perjalanan biosintesis DNA adalah pemimpin dan terus menerus terbentuk. Pembentukan untai tertinggal terjadi dengan melampirkan urutan pendek - fragmen Okazaki. Fragmen ini diikat menggunakan DNA ligase. Proses seperti ini disebut semi-kontinyu. Selain itu, ini dicirikan sebagai semi-konservatif, karena di setiap molekul yang baru terbentuk salah satu rantai adalah induknya, dan yang kedua adalah anak perempuannya.
Replikasi DNA adalah salah satu langkah kunci dalam pembelahan sel. Proses ini mendasari transfer informasi turun-temurun ke generasi baru, serta pertumbuhan organisme.
Apa itu protein
Protein adalahelemen fungsional terpenting dalam sel semua organisme hidup. Mereka melakukan katalitik, struktural, regulasi, sinyal, pelindung dan banyak fungsi lainnya.
Molekul protein adalah biopolimer yang dibentuk oleh urutan residu asam amino. Ini, seperti molekul asam nukleat, dicirikan oleh adanya beberapa tingkat organisasi struktural - dari primer hingga kuaterner.
Ada 20 asam amino (kanonik) berbeda yang digunakan oleh sistem kehidupan untuk membangun berbagai macam protein. Sebagai aturan, protein tidak disintesis sendiri. Peran utama dalam pembentukan molekul protein kompleks milik asam nukleat - DNA dan RNA.
Inti dari kode genetik
Jadi, DNA adalah matriks informasi yang menyimpan informasi tentang protein yang diperlukan tubuh untuk tumbuh dan hidup. Protein dibangun dari asam amino, DNA (dan RNA) dari nukleotida. Urutan nukleotida tertentu dari molekul DNA sesuai dengan urutan asam amino tertentu dari protein tertentu.
Ada 20 jenis unit struktural protein - asam amino kanonik - dalam sel, dan 4 jenis nukleotida dalam DNA. Jadi setiap asam amino ditulis pada matriks DNA sebagai kombinasi dari tiga nukleotida - triplet, yang komponen utamanya adalah basa nitrogen. Prinsip korespondensi ini disebut kode genetik, dan triplet basa disebut kodon. gen adalahurutan kodon yang berisi catatan protein dan beberapa kombinasi layanan basa - kodon start, kodon stop, dan lain-lain.
Beberapa sifat kode genetik
Kode genetik hampir universal - dengan sedikit pengecualian, kode genetik sama di semua organisme, dari bakteri hingga manusia. Ini membuktikan, pertama, tentang hubungan semua bentuk kehidupan di Bumi, dan kedua, dengan kekunoan kode itu sendiri. Mungkin, pada tahap awal keberadaan kehidupan primitif, berbagai versi kode terbentuk cukup cepat, tetapi hanya satu yang menerima keuntungan evolusi.
Selain itu, spesifik (tidak ambigu): asam amino yang berbeda tidak dikodekan oleh triplet yang sama. Juga, kode genetik dicirikan oleh degenerasi, atau redundansi - beberapa kodon dapat berhubungan dengan asam amino yang sama.
Catatan genetik dibaca terus menerus; fungsi tanda baca juga dilakukan oleh triplet basa. Sebagai aturan, tidak ada catatan yang tumpang tindih dalam "teks" genetik, tetapi di sini juga ada pengecualian.
Unit fungsional DNA
Totalitas semua materi genetik suatu organisme disebut genom. Dengan demikian, DNA adalah pembawa genom. Komposisi genom tidak hanya mencakup gen struktural yang mengkode protein tertentu. Bagian penting dari DNA mengandung daerah dengan tujuan fungsional yang berbeda.
Jadi, DNA mengandung:
- peraturansekuens yang mengkode RNA spesifik, seperti sakelar genetik dan pengatur ekspresi gen struktural;
- elemen yang mengatur proses transkripsi - tahap awal biosintesis protein;
- pseudogen adalah sejenis "gen fosil" yang kehilangan kemampuannya untuk mengkode protein atau ditranskripsi karena mutasi;
- elemen genetik seluler - wilayah yang dapat bergerak di dalam genom, seperti transposon ("gen pelompat");
- telomer adalah daerah khusus di ujung kromosom, berkat DNA dalam kromosom terlindungi dari pemendekan dengan setiap peristiwa replikasi.
Keterlibatan DNA dalam biosintesis protein
DNA mampu membentuk struktur yang stabil, elemen kuncinya adalah senyawa komplementer dari basa nitrogen. Untai ganda DNA menyediakan, pertama, reproduksi lengkap molekul, dan kedua, pembacaan bagian individu DNA selama sintesis protein. Proses ini disebut transkripsi.
Selama transkripsi, bagian DNA yang mengandung gen tertentu tidak dipilin, dan pada salah satu rantai - template satu - molekul RNA disintesis sebagai salinan rantai kedua, yang disebut coding. Sintesis ini juga didasarkan pada sifat basa untuk membentuk pasangan komplementer. Non-coding, wilayah layanan DNA dan enzim RNA polimerase mengambil bagian dalam sintesis. RNA sudah berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis protein, dan DNA tidak terlibat dalam proses selanjutnya.
Transkripsi terbalik
Untuk waktu yang lama diyakini bahwa matrikspenyalinan informasi genetik hanya dapat dilakukan dalam satu arah: DNA → RNA → protein. Skema ini telah disebut dogma sentral biologi molekuler. Namun, selama penelitian, ditemukan bahwa dalam beberapa kasus dimungkinkan untuk menyalin dari RNA ke DNA - yang disebut transkripsi terbalik.
Kemampuan untuk mentransfer materi genetik dari RNA ke DNA adalah karakteristik retrovirus. Sebuah perwakilan khas dari virus yang mengandung RNA tersebut adalah human immunodeficiency virus. Integrasi genom virus ke dalam DNA sel yang terinfeksi terjadi dengan partisipasi enzim khusus - reverse transcriptase (revertase), yang bertindak sebagai katalis untuk biosintesis DNA pada templat RNA. Revertase juga merupakan bagian dari partikel virus. Molekul yang baru terbentuk diintegrasikan ke dalam DNA seluler, di mana ia berfungsi untuk menghasilkan partikel virus baru.
Apa itu DNA manusia
DNA manusia, yang terkandung dalam inti sel, dikemas ke dalam 23 pasang kromosom dan mengandung sekitar 3,1 miliar nukleotida berpasangan. Selain DNA inti, sel manusia, seperti organisme eukariotik lainnya, mengandung DNA mitokondria, suatu faktor dalam hereditas organel sel mitokondria.
Gen pengkode DNA nuklir (ada dari 20 hingga 25 ribu di antaranya) hanya merupakan sebagian kecil dari genom manusia - sekitar 1,5%. Sisa DNA sebelumnya disebut "sampah", tetapi banyak penelitian mengungkapkan peran signifikan dari daerah non-coding genom, yang dibahas di atas. Hal ini juga sangat penting untuk mempelajari prosestranskripsi balik pada DNA manusia.
Ilmu pengetahuan telah membentuk pemahaman yang cukup jelas tentang apa itu DNA manusia dalam hal struktural dan fungsional, tetapi penelitian lebih lanjut dari para ilmuwan di bidang ini akan membawa penemuan baru dan teknologi biomedis baru.
