Kode genetik, yang dinyatakan dalam kodon, adalah sistem untuk mengkodekan informasi tentang struktur protein, yang melekat pada semua organisme hidup di planet ini. Penguraiannya memakan waktu satu dekade, tetapi fakta bahwa itu ada, sains dipahami selama hampir satu abad. Universalitas, spesifisitas, unidirectionality, dan terutama degenerasi kode genetik sangat penting secara biologis.
Riwayat penemuan
Masalah pengkodean informasi genetik selalu menjadi salah satu kunci dalam biologi. Ilmu pengetahuan bergerak agak lambat menuju struktur matriks kode genetik. Sejak penemuan oleh J. Watson dan F. Crick pada tahun 1953 dari struktur heliks ganda DNA, tahap penguraian struktur kode dimulai, yang mendorong kepercayaan pada keagungan alam. Struktur linier protein dan struktur DNA yang sama menyiratkan adanya kode genetik sebagai korespondensi dua teks, tetapi ditulis menggunakan huruf yang berbeda. Dan jikaabjad protein diketahui, lalu tanda-tanda DNA menjadi bahan kajian para ahli biologi, fisikawan, dan matematikawan.
Tidak masuk akal untuk menggambarkan semua langkah dalam memecahkan teka-teki ini. Eksperimen langsung, yang membuktikan dan menegaskan bahwa ada hubungan yang jelas dan konsisten antara kodon DNA dan asam amino protein, dilakukan pada tahun 1964 oleh C. Janowski dan S. Brenner. Dan kemudian - periode penguraian kode genetik in vitro (in vitro) menggunakan teknik sintesis protein dalam struktur bebas sel.
Kode E. coli yang telah diuraikan sepenuhnya diumumkan pada tahun 1966 di sebuah simposium ahli biologi di Cold Spring Harbor (AS). Kemudian redundansi (degenerasi) kode genetik ditemukan. Apa artinya ini dijelaskan dengan cukup sederhana.
Decoding berlanjut
Memperoleh data tentang penguraian kode turun-temurun telah menjadi salah satu peristiwa paling penting dalam satu abad terakhir. Saat ini, sains terus mempelajari secara mendalam mekanisme pengkodean molekuler dan fitur sistemiknya serta tanda-tanda yang meluap-luap, yang mengungkapkan sifat degenerasi kode genetik. Cabang studi yang terpisah adalah kemunculan dan evolusi sistem pengkodean untuk materi herediter. Bukti hubungan antara polinukleotida (DNA) dan polipeptida (protein) memberikan dorongan untuk pengembangan biologi molekuler. Dan itu, pada gilirannya, ke bioteknologi, bioteknologi, penemuan dalam seleksi dan produksi tanaman.
Dogma dan aturan
Dogma utama biologi molekuler - informasi ditransfer dari DNA ke informasiRNA, dan kemudian dari itu menjadi protein. Dalam arah yang berlawanan, transmisi dimungkinkan dari RNA ke DNA dan dari RNA ke RNA lain.
Tapi matriks atau basisnya selalu DNA. Dan semua fitur mendasar lainnya dari transmisi informasi adalah cerminan dari sifat matriks transmisi ini. Yaitu, transfer secara sintesis pada matriks molekul lain, yang akan menjadi struktur reproduksi informasi herediter.
Kode genetik
Pengkodean linier struktur molekul protein dilakukan dengan menggunakan kodon komplementer (kembar tiga) nukleotida, yang hanya ada 4 (adein, guanin, sitosin, timin (urasil)), yang secara spontan mengarah pada pembentukan rantai nukleotida lain. Jumlah dan komplementaritas kimia nukleotida yang sama adalah syarat utama untuk sintesis semacam itu. Tetapi selama pembentukan molekul protein, tidak ada kesesuaian antara kuantitas dan kualitas monomer (nukleotida DNA adalah asam amino protein). Ini adalah kode turun temurun alami - sistem pencatatan urutan nukleotida (kodon) urutan asam amino dalam protein.
Kode genetik memiliki beberapa sifat:
- Tripletity.
- Keunikan.
- Orientasi.
- Tidak tumpang tindih.
- Redundansi (degenerasi) kode genetik.
- Fleksibilitas.
Mari kita beri deskripsi singkat, dengan fokus pada signifikansi biologis.
Tripletitas, kontinuitas, dan lampu lalu lintas
Masing-masing dari 61 asam amino sesuai dengan satu triplet semantik (tiga) nukleotida. Tiga kembar tiga tidak membawa informasi tentang asam amino dan merupakan kodon stop. Setiap nukleotida dalam rantai adalah bagian dari triplet, dan tidak ada dengan sendirinya. Pada akhir dan awal rantai nukleotida yang bertanggung jawab untuk satu protein, terdapat kodon stop. Mereka memulai atau menghentikan translasi (sintesis molekul protein).
Spesifik, tidak tumpang tindih dan searah
Setiap kodon (triplet) mengkode hanya satu asam amino. Setiap triplet independen dari yang tetangga dan tidak tumpang tindih. Satu nukleotida dapat dimasukkan hanya dalam satu triplet dalam rantai. Sintesis protein selalu berjalan hanya satu arah, yang diatur oleh kodon stop.
Redundansi kode genetik
Setiap triplet nukleotida mengkodekan satu asam amino. Ada 64 nukleotida total, 61 di antaranya mengkodekan asam amino (kodon sense), dan tiga tidak berarti, yaitu, mereka tidak mengkodekan asam amino (kodon stop). Redundansi (degenerasi) kode genetik terletak pada kenyataan bahwa di setiap substitusi triplet dapat dibuat - radikal (mengakibatkan penggantian asam amino) dan konservatif (tidak mengubah kelas asam amino). Mudah untuk menghitung bahwa jika 9 substitusi dapat dibuat dalam triplet (posisi 1, 2 dan 3), setiap nukleotida dapat digantikan oleh 4 - 1=3 opsi lain, maka jumlah opsi substitusi nukleotida yang mungkin adalah 61 x 9=549.
Degenerasi kode genetik dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa 549 varian jauh lebih banyak daripadadiperlukan untuk mengkodekan informasi tentang 21 asam amino. Pada saat yang sama, dari 549 varian, 23 substitusi akan mengarah pada pembentukan kodon stop, 134 + 230 substitusi konservatif, dan 162 substitusi radikal.
Aturan degenerasi dan eksklusi
Jika dua kodon memiliki dua nukleotida pertama yang identik, dan sisanya adalah nukleotida dari kelas yang sama (purin atau pirimidin), maka mereka membawa informasi tentang asam amino yang sama. Ini adalah aturan degenerasi atau redundansi kode genetik. Dua pengecualian - AUA dan UGA - yang pertama mengkodekan metionin, meskipun harus isoleusin, dan yang kedua adalah kodon stop, meskipun harus mengkodekan triptofan.
Arti degenerasi dan universalitas
Dua sifat kode genetik inilah yang memiliki signifikansi biologis terbesar. Semua sifat yang tercantum di atas adalah karakteristik dari informasi turun-temurun dari semua bentuk organisme hidup di planet kita.
Degenerasi kode genetik memiliki nilai adaptif, seperti duplikasi ganda kode satu asam amino. Selain itu, ini berarti penurunan signifikansi (degenerasi) nukleotida ketiga dalam kodon. Opsi ini meminimalkan kerusakan mutasi pada DNA, yang akan menyebabkan pelanggaran berat pada struktur protein. Ini adalah mekanisme pertahanan organisme hidup di planet ini.
