Waktu kita hidup ditandai dengan perubahan luar biasa, kemajuan besar, ketika orang-orang mendapatkan jawaban atas semakin banyak pertanyaan baru. Hidup bergerak maju dengan cepat, dan apa yang selama ini tampak mustahil mulai menjadi kenyataan. Sangat mungkin bahwa apa yang tampak hari ini sebagai plot dari genre fiksi ilmiah akan segera mendapatkan fitur dari kenyataan.
Salah satu penemuan terpenting pada paruh kedua abad kedua puluh adalah asam nukleat RNA dan DNA, berkat itu manusia semakin dekat untuk mengungkap misteri alam.
Asam nukleat
Asam nukleat adalah senyawa organik dengan sifat makromolekul. Mereka terdiri dari hidrogen, karbon, nitrogen dan fosfor.
Mereka ditemukan pada tahun 1869 oleh F. Miescher, yang memeriksa nanah. Namun, pada saat itu penemuannya tidak terlalu penting. Baru kemudian, ketika asam-asam ini ditemukan di semua sel hewan dan tumbuhan, pemahaman tentang peran besar mereka muncul.
Ada dua jenis asam nukleat: RNA dan DNA (ribonukleat dan deoksiribonukleatasam). Artikel ini adalah tentang asam ribonukleat, tetapi untuk pemahaman umum, mari kita pertimbangkan juga apa itu DNA.
Apa itu asam deoksiribonukleat?
DNA adalah asam nukleat yang terdiri dari dua untai yang dihubungkan menurut hukum komplementaritas oleh ikatan hidrogen basa nitrogen. Rantai panjang dipelintir menjadi spiral, satu putaran mengandung hampir sepuluh nukleotida. Diameter heliks ganda adalah dua milimeter, jarak antara nukleotida sekitar setengah nanometer. Panjang satu molekul terkadang mencapai beberapa sentimeter. Panjang DNA inti sel manusia hampir dua meter.
Struktur DNA berisi semua informasi genetik. DNA memiliki replikasi, yang berarti proses di mana dua molekul anak yang benar-benar identik terbentuk dari satu molekul.
Seperti telah dicatat, rantai terdiri dari nukleotida, yang pada gilirannya terdiri dari basa nitrogen (adenin, guanin, timin dan sitosin) dan residu asam fosfor. Semua nukleotida berbeda dalam basa nitrogen. Ikatan hidrogen tidak terjadi antara semua basa; adenin, misalnya, hanya dapat bergabung dengan timin atau guanin. Jadi, ada banyak nukleotida adenil dalam tubuh seperti nukleotida timidil, dan jumlah nukleotida guani sama dengan nukleotida sitidil (aturan Chargaff). Ternyata urutan satu rantai menentukan urutan yang lain, dan rantai tampaknya saling mencerminkan. Pola seperti itu, di mana nukleotida dari dua rantai disusun secara teratur, dan juga terhubung secara selektif, disebutprinsip saling melengkapi. Selain senyawa hidrogen, heliks ganda juga berinteraksi secara hidrofobik.
Dua rantai berlawanan arah, yaitu terletak di arah yang berlawanan. Oleh karena itu, di seberang tiga'-ujung dari satu adalah lima'-ujung dari rantai lainnya.
Dari luar, molekul DNA menyerupai tangga spiral, yang pagarnya merupakan tulang punggung gula-fosfat, dan tangganya adalah basa nitrogen komplementer.
Apa itu asam ribonukleat?
RNA adalah asam nukleat dengan monomer yang disebut ribonukleotida.
Dalam sifat kimia, sangat mirip dengan DNA, karena keduanya merupakan polimer nukleotida, yang merupakan N-glikosida terfosforilasi, yang dibangun di atas residu pentosa (gula lima karbon), dengan gugus fosfat pada atom karbon kelima dan basa nitrogen pada atom karbon pertama.
Ini adalah rantai polinukleotida tunggal (kecuali virus), yang jauh lebih pendek daripada DNA.
Satu monomer RNA adalah residu dari zat berikut:
- basa nitrogen;
- monosakarida berkarbon lima;
- asam fosfor.
RNA memiliki basa pirimidin (urasil dan sitosin) dan purin (adenin, guanin). Ribosa adalah monosakarida dari nukleotida RNA.
Perbedaan RNA dan DNA
Asam nukleat berbeda satu sama lain dalam hal berikut:
- jumlahnya dalam sel tergantung pada keadaan fisiologis, usia dan afiliasi organ;
- DNA mengandung karbohidratdeoksiribosa, dan RNA - ribosa;
- Basa nitrogen dalam DNA adalah timin, dan pada RNA adalah urasil;
- kelas melakukan fungsi yang berbeda, tetapi disintesis pada matriks DNA;
- DNA adalah heliks ganda, RNA adalah untai tunggal;
- tidak khas untuk aturan DNA Chargaff-nya;
- RNA memiliki lebih banyak basa minor;
- rantai panjangnya sangat bervariasi.
Riwayat studi
Sel RNA pertama kali ditemukan oleh ahli biokimia Jerman R. Altman saat mempelajari sel ragi. Di pertengahan abad kedua puluh, peran DNA dalam genetika terbukti. Baru kemudian jenis, fungsi, dan sebagainya RNA dijelaskan. Hingga 80-90% massa dalam sel jatuh pada rRNA, yang bersama-sama dengan protein membentuk ribosom dan berpartisipasi dalam biosintesis protein.
Pada tahun enam puluhan abad terakhir, pertama kali dikemukakan bahwa pasti ada spesies tertentu yang membawa informasi genetik untuk sintesis protein. Setelah itu, secara ilmiah ditetapkan bahwa ada asam ribonukleat informasional yang mewakili salinan gen yang saling melengkapi. Mereka juga disebut RNA messenger.
Yang disebut asam transpor terlibat dalam memecahkan kode informasi yang tercatat di dalamnya.
Kemudian, metode mulai dikembangkan untuk mengidentifikasi urutan nukleotida dan menetapkan struktur RNA dalam ruang asam. Jadi ditemukan bahwa beberapa dari mereka, yang disebut ribozim, dapat memotong rantai poliribonukleotida. Akibatnya, mulai diasumsikan bahwa pada saat kehidupan muncul di planet ini,RNA bekerja tanpa DNA dan protein. Terlebih lagi, semua transformasi dibuat dengan partisipasinya.
Struktur molekul asam ribonukleat
Hampir semua RNA adalah rantai tunggal polinukleotida, yang, pada gilirannya, terdiri dari monoribonukleotida - basa purin dan pirimidin.
Nukleotida dilambangkan dengan huruf awal basa:
- adenin (A), A;
- guanin (G), G;
- sitosin (C), C;
- uracil (U), U.
Mereka dihubungkan oleh ikatan tiga dan lima fosfodiester.
Jumlah nukleotida yang paling bervariasi (dari beberapa puluh hingga puluhan ribu) termasuk dalam struktur RNA. Mereka dapat membentuk struktur sekunder yang terutama terdiri dari untaian ganda pendek yang dibentuk oleh basa komplementer.
Struktur molekul asam ribnukleat
Seperti yang telah disebutkan, molekul memiliki struktur untai tunggal. RNA menerima struktur dan bentuk sekundernya sebagai hasil interaksi nukleotida satu sama lain. Ini adalah polimer yang monomernya adalah nukleotida yang terdiri dari gula, residu asam fosfor dan basa nitrogen. Dari luar, molekulnya mirip dengan salah satu rantai DNA. Nukleotida adenin dan guanin, yang merupakan bagian dari RNA, adalah purin. Sitosin dan urasil adalah basa pirimidin.
Proses Sintesis
Untuk molekul RNA yang akan disintesis, templatnya adalah molekul DNA. Benar, proses sebaliknya juga terjadi, ketika molekul baru asam deoksiribonukleat terbentuk pada matriks asam ribonukleat. Sepertiterjadi selama replikasi jenis virus tertentu.
Dasar biosintesis juga dapat berfungsi sebagai molekul asam ribonukleat lainnya. Transkripsinya, yang terjadi di inti sel, melibatkan banyak enzim, tetapi yang paling signifikan adalah RNA polimerase.
Tampilan
Tergantung pada jenis RNA, fungsinya juga berbeda. Ada beberapa jenis:
- i-RNA informasi;
- rRNA ribosom;
- transport t-RNA;
- kecil;
- ribozim;
- viral.
Informational Ribonucleic Acid
Molekul semacam itu juga disebut matriks. Mereka membuat sekitar dua persen dari total dalam sel. Dalam sel eukariotik, mereka disintesis di inti pada templat DNA, kemudian masuk ke sitoplasma dan mengikat ribosom. Selanjutnya, mereka menjadi template untuk sintesis protein: mereka bergabung dengan RNA transfer yang membawa asam amino. Beginilah proses transformasi informasi terjadi, yang diwujudkan dalam struktur unik protein. Dalam beberapa RNA virus, itu juga merupakan kromosom.
Jacob dan Mano adalah penemu spesies ini. Tidak memiliki struktur yang kaku, rantainya membentuk loop melengkung. Tidak berfungsi, i-RNA berkumpul menjadi lipatan dan lipatan menjadi bola, dan terbuka dalam kondisi kerja.
i-RNA membawa informasi tentang urutan asam amino dalam protein yang sedang disintesis. Setiap asam amino dikodekan di lokasi tertentu menggunakan kode genetik yaitu:
- tripletitas - dari empat mononukleotida dimungkinkan untuk membangun enam puluh empat kodon (kode genetik);
- non-crossing - informasi bergerak dalam satu arah;
- kontinuitas - prinsip operasinya adalah bahwa satu mRNA adalah satu protein;
- universalitas - satu atau beberapa jenis asam amino dikodekan dalam semua organisme hidup dengan cara yang sama;
- degenerasi - dua puluh asam amino diketahui, dan enam puluh satu kodon, yaitu, mereka dikodekan oleh beberapa kode genetik.
asam ribonukleat ribosom
Molekul tersebut membentuk sebagian besar RNA seluler, yaitu delapan puluh hingga sembilan puluh persen dari total. Mereka bergabung dengan protein dan membentuk ribosom - ini adalah organel yang melakukan sintesis protein.
Ribosom adalah enam puluh lima persen rRNA dan tiga puluh lima persen protein. Rantai polinukleotida ini mudah terlipat bersama protein.
Ribosom terdiri dari daerah asam amino dan peptida. Mereka terletak di permukaan kontak.
Ribosom bergerak bebas di dalam sel, mensintesis protein di tempat yang tepat. Mereka tidak terlalu spesifik dan tidak hanya dapat membaca informasi dari mRNA, tetapi juga membentuk matriks dengan mereka.
Transportasi asam ribonukleat
t-RNA adalah yang paling banyak dipelajari. Mereka membuat sepuluh persen dari asam ribonukleat seluler. Jenis RNA ini mengikat asam amino berkat enzim khusus dan dikirim ke ribosom. Pada saat yang sama, asam amino diangkut melalui transportasimolekul. Namun, kodon yang berbeda mengkode asam amino. Kemudian beberapa RNA transport akan membawanya.
Ini meringkuk menjadi bola saat tidak aktif, tetapi berfungsi seperti daun semanggi.
Bagian berikut dibedakan di dalamnya:
- batang akseptor yang memiliki urutan nukleotida ACC;
- situs untuk menempel pada ribosom;
- antikodon yang mengkode asam amino yang melekat pada tRNA ini.
Spesies kecil asam ribonukleat
Baru-baru ini, spesies RNA telah diisi ulang dengan kelas baru, yang disebut RNA kecil. Mereka kemungkinan besar adalah pengatur universal yang mengaktifkan atau menonaktifkan gen dalam perkembangan embrio, serta mengontrol proses di dalam sel.
Ribozymes juga baru-baru ini diidentifikasi, mereka terlibat secara aktif ketika asam RNA difermentasi, bertindak sebagai katalis.
Jenis asam virus
Virus dapat mengandung asam ribonukleat atau asam deoksiribonukleat. Oleh karena itu, dengan molekul yang sesuai, mereka disebut mengandung RNA. Ketika virus semacam itu memasuki sel, transkripsi terbalik terjadi - DNA baru muncul berdasarkan asam ribonukleat, yang diintegrasikan ke dalam sel, memastikan keberadaan dan reproduksi virus. Dalam kasus lain, pembentukan RNA komplementer terjadi pada RNA yang masuk. Virus adalah protein, aktivitas vital dan reproduksi berlangsung tanpa DNA, tetapi hanya berdasarkan informasi yang terkandung dalam RNA virus.
Replikasi
Untuk meningkatkan pemahaman bersama, perluPertimbangkan proses replikasi yang menghasilkan dua molekul asam nukleat yang identik. Beginilah pembelahan sel dimulai.
Ini melibatkan DNA polimerase, DNA-dependent, RNA polimerase dan DNA ligase.
Proses replikasi terdiri dari langkah-langkah berikut:
- despiralisasi - ada pelepasan berurutan dari DNA ibu, menangkap seluruh molekul;
- pemutusan ikatan hidrogen, di mana rantai menyimpang, dan garpu replikasi muncul;
- penyesuaian dNTP ke basis yang dilepaskan dari rantai induk;
- pemecahan pirofosfat dari molekul dNTP dan pembentukan ikatan fosforodiester karena pelepasan energi;
- respirasi.
Setelah pembentukan molekul anak, nukleus, sitoplasma, dan sisanya dibagi. Dengan demikian, dua sel anak terbentuk yang telah sepenuhnya menerima semua informasi genetik.
Selain itu, struktur utama protein yang disintesis dalam sel dikodekan. DNA mengambil bagian tidak langsung dalam proses ini, dan tidak langsung, yang terdiri dari fakta bahwa pada DNA-lah sintesis protein, RNA yang terlibat dalam pembentukan, terjadi. Proses ini disebut transkripsi.
Transkripsi
Sintesis semua molekul terjadi selama transkripsi, yaitu penulisan ulang informasi genetik dari operon DNA tertentu. Prosesnya mirip dengan replikasi dalam beberapa hal, dan sangat berbeda dalam hal lain.
Kesamaan adalah bagian berikut:
- dimulai dengan despiralisasi DNA;
- terjadi pecahnya hidrogenhubungan antara dasar rantai;
- NTF melengkapi mereka;
- ikatan hidrogen terbentuk.
Perbedaan dari replikasi:
- selama transkripsi, hanya bagian DNA yang sesuai dengan transkripsi yang tidak terpilin, sedangkan selama replikasi, seluruh molekul tidak terpilin;
- saat ditranskripsi, NTF yang dapat disetel mengandung ribosa, dan urasil, bukan timin;
- informasi dihapus hanya dari area tertentu;
- setelah pembentukan molekul, ikatan hidrogen dan rantai yang disintesis terputus, dan rantai terlepas dari DNA.
Untuk fungsi normal, struktur utama RNA hanya terdiri dari bagian DNA yang disalin dari ekson.
Proses pematangan dimulai pada RNA yang baru terbentuk. Daerah diam dihilangkan, dan daerah informatif digabungkan untuk membentuk rantai polinukleotida. Selanjutnya, setiap spesies memiliki transformasinya sendiri.
Dalam i-RNA, terjadi perlekatan pada ujung awal. Polyadenylate melekat pada situs akhir.
Basis TRNA dimodifikasi untuk membentuk spesies minor.
Dalam rRNA, basa individu juga dimetilasi.
Melindungi protein dari kerusakan dan meningkatkan transportasi ke sitoplasma. RNA dewasa mengikat mereka.
Pentingnya asam deoksiribonukleat dan ribonukleat
Asam nukleat sangat penting dalam kehidupan organisme. Itu disimpan di dalamnya, ditransfer ke sitoplasma dan diwarisi oleh sel anakinformasi tentang protein yang disintesis di setiap sel. Mereka hadir di semua organisme hidup, stabilitas asam ini memainkan peran penting untuk fungsi normal sel dan seluruh organisme. Setiap perubahan dalam strukturnya akan menyebabkan perubahan seluler.
