Kompleks protein dna dan rna disebut. DNA dan gen
Topik kuliah hari ini adalah sintesis DNA, RNA dan protein. Sintesis DNA disebut replikasi atau reduplikasi (penggandaan), sintesis RNA disebut transkripsi (penulisan ulang dengan DNA), sintesis protein yang dilakukan oleh ribosom pada messenger RNA disebut translasi, yaitu menerjemahkan dari bahasa nukleotida ke dalam bahasa nukleotida. asam amino.
Kami akan mencoba memberikan gambaran singkat tentang semua proses ini, sementara pada saat yang sama membahas lebih detail tentang detail molekuler, untuk memberi Anda gambaran tentang kedalaman subjek yang telah dipelajari.
replikasi DNA
Molekul DNA, yang terdiri dari dua heliks, berlipat ganda selama pembelahan sel. Duplikasi DNA didasarkan pada fakta bahwa ketika melepas untaian, salinan komplementer dapat diselesaikan untuk setiap untai, sehingga memperoleh dua untai molekul DNA yang menyalin yang asli.
Salah satu parameter DNA juga ditunjukkan di sini, ini adalah nada heliks, ada 10 pasangan basa untuk setiap putaran penuh, perhatikan bahwa satu langkah bukan di antara tepian terdekat, tetapi melalui satu, karena DNA memiliki alur kecil dan yang besar. Protein yang mengenali urutan nukleotida berinteraksi dengan DNA melalui alur utama. Pitch heliks adalah 34 angstrom dan diameter heliks ganda adalah 20 angstrom.
Replikasi DNA dilakukan oleh enzim DNA polimerase. Enzim ini hanya mampu menumbuhkan DNA pada ujung 3'. Anda ingat bahwa molekul DNA adalah antiparalel, ujung-ujungnya yang berbeda disebut ujung 3΄ dan ujung 5΄. Selama sintesis salinan baru pada setiap untai, satu untai baru memanjang ke arah dari 5΄ ke 3΄, dan yang lainnya ke arah dari 3΄ ke 5-terminus. Namun, DNA polimerase tidak dapat memperpanjang ujung 5΄. Oleh karena itu, sintesis satu untai DNA, yang tumbuh ke arah yang "nyaman" untuk enzim, berlangsung terus menerus (disebut untai utama atau untai utama), dan sintesis untai lainnya dilakukan dalam waktu singkat. fragmen (mereka disebut fragmen Okazaki untuk menghormati ilmuwan yang menggambarkannya). Kemudian fragmen-fragmen ini dijahit bersama, dan utas seperti itu disebut utas tertinggal, secara umum, replikasi utas ini lebih lambat. Struktur yang terbentuk selama replikasi disebut garpu replikasi.
Jika kita melihat ke dalam replikasi DNA bakteri, dan ini dapat diamati di mikroskop elektron, kita akan melihat bahwa pertama-tama membentuk "mata", kemudian mengembang, akhirnya seluruh molekul DNA melingkar direplikasi. Proses replikasi terjadi dengan sangat presisi, tetapi tidak mutlak. DNA polimerase bakteri membuat kesalahan, yaitu memasukkan nukleotida yang salah yang ada dalam molekul DNA template, kira-kira pada frekuensi 10-6. Pada eukariota, enzim bekerja lebih tepat, karena lebih kompleks, tingkat kesalahan dalam replikasi DNA pada manusia diperkirakan 10-7 - 10 -8. Keakuratan replikasi dapat berbeda di berbagai daerah genom, ada daerah dengan frekuensi mutasi yang meningkat dan ada daerah yang lebih konservatif, di mana mutasi jarang terjadi. Dan dalam hal ini, dua proses yang berbeda harus dibedakan: proses munculnya mutasi DNA dan proses fiksasi mutasi. Lagi pula, jika mutasi menyebabkan hasil yang mematikan, mereka tidak akan muncul di generasi berikutnya, dan jika kesalahannya tidak fatal, itu akan diperbaiki pada generasi berikutnya, dan kita akan dapat mengamati dan mempelajari manifestasinya. Ciri lain dari replikasi DNA adalah bahwa DNA polimerase tidak dapat memulai proses sintesis dengan sendirinya, ia membutuhkan "benih". Biasanya, fragmen RNA digunakan sebagai benih seperti itu. Jika kita berbicara tentang genom bakteri, maka ada titik khusus yang disebut asal (sumber, awal) replikasi, pada titik ini ada urutan yang dikenali oleh enzim yang mensintesis RNA. Itu milik kelas RNA polimerase, dan dalam hal ini disebut primase. RNA polimerase tidak membutuhkan biji, dan enzim ini mensintesis fragmen pendek RNA - "benih" yang dengannya sintesis DNA dimulai.
Transkripsi
Proses selanjutnya adalah transkripsi. Mari kita bahas lebih detail.
Transkripsi adalah sintesis RNA pada DNA, yaitu sintesis untai komplementer RNA pada molekul DNA dilakukan oleh enzim RNA polimerase. Bakteri, seperti Escherichia coli, memiliki satu RNA polimerase, dan semua enzim bakteri sangat mirip satu sama lain; pada organisme yang lebih tinggi (eukariota) terdapat beberapa enzim, mereka disebut RNA polimerase I, RNA polimerase II, RNA polimerase III, mereka juga memiliki kesamaan dengan enzim bakteri, tetapi lebih rumit, mengandung lebih banyak protein. Setiap jenis RNA polimerase eukariotik memiliki fungsi khusus sendiri, yaitu menyalin satu set gen tertentu. Untaian DNA yang berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis RNA selama transkripsi disebut sense atau template. Untai kedua DNA disebut non-coding (RNA komplementer tidak mengkodekan protein, itu "tidak berarti").
Ada tiga tahap dalam proses transkripsi. Tahap pertama adalah inisiasi transkripsi - awal sintesis untai RNA, ikatan pertama antara nukleotida terbentuk. Kemudian utas menumpuk, pemanjangannya - pemanjangan, dan ketika sintesis selesai, pemutusan terjadi, pelepasan RNA yang disintesis. Pada saat yang sama, RNA polimerase “mengelupas” DNA dan siap untuk siklus transkripsi baru. RNA polimerase bakteri telah dipelajari dengan sangat rinci. Ini terdiri dari beberapa subunit protein: dua -subunit (ini adalah subunit kecil), - dan -subunit (subunit besar) dan -subunit. Bersama-sama mereka membentuk apa yang disebut enzim minimal, atau inti-enzim. Subunit dapat dilekatkan pada enzim inti ini. Subunit diperlukan untuk memulai sintesis RNA, untuk memulai transkripsi. Setelah inisiasi terjadi, subunit terlepas dari kompleks, dan enzim inti melakukan kerja lebih lanjut (pemanjangan rantai). Ketika melekat pada DNA, subunit mengenali situs di mana transkripsi harus dimulai. Ini disebut promotor. Promotor adalah urutan nukleotida yang menunjukkan dimulainya sintesis RNA. Tanpa subunit , enzim inti tidak dapat dikenali oleh promotor. Subunit bersama dengan enzim inti disebut enzim lengkap, atau holoenzim.
Setelah mengontak DNA, yaitu promotor yang dikenali subunit , holoenzim membuka heliks untai ganda dan memulai sintesis RNA. Peregangan DNA yang tidak dipilin adalah titik inisiasi transkripsi, nukleotida pertama yang harus dilampirkan secara komplementer oleh ribonukleotida. Transkripsi dimulai, subunit pergi, dan enzim inti melanjutkan pemanjangan rantai RNA. Kemudian terminasi terjadi, enzim inti dilepaskan dan menjadi siap untuk siklus sintesis baru.
Bagaimana transkripsi memanjang?
RNA tumbuh di ujung 3'. Dengan melampirkan setiap nukleotida, inti-enzim mengambil langkah sepanjang DNA dan bergeser satu nukleotida. Karena segala sesuatu di dunia ini relatif, kita dapat mengatakan bahwa inti-enzim tidak bergerak, dan DNA "diseret" melaluinya. Yang jelas hasilnya akan sama. Tetapi kita akan berbicara tentang pergerakan sepanjang molekul DNA. Ukuran kompleks protein yang menyusun enzim inti adalah 150 . Dimensi RNA polimerase - 150x115x110Ǻ. Artinya, itu adalah mesin nano seperti itu. Kecepatan RNA polimerase hingga 50 nukleotida per detik. Kompleks enzim inti dengan DNA dan RNA disebut kompleks elongasi. Ini berisi hibrida DNA-RNA. Artinya, ini adalah situs di mana DNA dipasangkan dengan RNA, dan ujung 3' RNA terbuka untuk pertumbuhan lebih lanjut. Ukuran hibrida ini adalah 9 pasangan basa. Daerah DNA yang tidak terpilin panjangnya kira-kira 12 pasangan basa.
RNA polimerase terikat pada DNA di depan situs yang tidak dipilin. Wilayah ini disebut dupleks DNA depan dan berukuran 10 bp. Polimerase juga dikaitkan dengan bagian DNA yang lebih panjang yang disebut dupleks DNA belakang. Ukuran messenger RNA yang mensintesis RNA polimerase pada bakteri dapat mencapai 1000 nukleotida atau lebih. Pada sel eukariotik, ukuran DNA yang disintesis dapat mencapai 100.000 atau bahkan beberapa juta nukleotida. Benar, tidak diketahui apakah mereka ada dalam ukuran seperti itu dalam sel, atau dalam proses sintesis mereka dapat memiliki waktu untuk memproses.
Kompleks elongasi cukup stabil, karena dia harus melakukan pekerjaan yang hebat. Artinya, dengan sendirinya, itu tidak akan "jatuh" dengan DNA. Ia mampu bergerak melalui DNA dengan kecepatan hingga 50 nukleotida per detik. Proses ini disebut perpindahan (atau, translokasi). Interaksi DNA dengan RNA polimerase (enzim inti) tidak bergantung pada urutan DNA ini, berbeda dengan subunit . Dan enzim inti, ketika melewati sinyal terminasi tertentu, menyelesaikan sintesis DNA.
Mari kita menganalisis secara lebih rinci struktur molekul enzim inti. Seperti disebutkan di atas, enzim inti terdiri dari - dan -subunit. Mereka terhubung sedemikian rupa sehingga mereka membentuk, seolah-olah, "mulut" atau "cakar". -subunit terletak di dasar "cakar" ini, dan melakukan fungsi struktural. Mereka tampaknya tidak berinteraksi dengan DNA dan RNA. Subunit adalah protein kecil yang juga memiliki fungsi struktural. Bagian utama dari pekerjaan jatuh pada bagian - dan -subunit. Pada gambar, subunit ditampilkan di bagian atas dan subunit ditampilkan di bagian bawah.
Di dalam "mulut", yang disebut saluran utama, adalah situs aktif enzim. Di sinilah koneksi nukleotida terjadi, pembentukan ikatan baru selama sintesis RNA. Saluran utama dalam RNA polimerase adalah tempat DNA berada selama pemanjangan. Bahkan dalam struktur ini, ada yang disebut saluran sekunder di samping, di mana nukleotida disuplai untuk sintesis RNA.
Distribusi muatan pada permukaan RNA polimerase menyediakan fungsinya. Distribusinya sangat logis. Molekul asam nukleat bermuatan negatif. Oleh karena itu, rongga saluran utama, tempat DNA bermuatan negatif harus ditahan, dilapisi dengan muatan positif. Permukaan RNA polimerase dibuat dengan asam amino bermuatan negatif untuk mencegah DNA menempel padanya.
Hampir setengah abad yang lalu, pada tahun 1953, D. Watson dan F. Crick menemukan prinsip organisasi struktural (molekuler) zat gen - asam deoksiribonukleat (DNA). Struktur DNA memberikan kunci mekanisme reproduksi yang tepat - reduplikasi - dari substansi gen. Jadi ilmu baru muncul - biologi molekuler. Apa yang disebut dogma sentral biologi molekuler dirumuskan: DNA - RNA - protein. Artinya adalah bahwa informasi genetik yang direkam dalam DNA diwujudkan dalam bentuk protein, tetapi tidak secara langsung, tetapi melalui polimer terkait - asam ribonukleat (RNA), dan jalur dari asam nukleat ke protein ini tidak dapat diubah. Dengan demikian, DNA disintesis pada DNA, memberikan reduplikasinya sendiri, yaitu reproduksi materi genetik asli dalam beberapa generasi; RNA disintesis dari DNA, menghasilkan penulisan ulang, atau transkripsi, informasi genetik ke dalam bentuk banyak salinan RNA; Molekul RNA berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis protein - informasi genetik diterjemahkan ke dalam bentuk rantai polipeptida. Dalam kasus khusus, RNA dapat ditranskripsikan ke dalam bentuk DNA ("transkripsi terbalik"), dan juga disalin dalam bentuk RNA (replikasi), tetapi protein tidak pernah dapat menjadi cetakan untuk asam nukleat (lihat lebih detail).
Jadi, DNA-lah yang menentukan hereditas organisme, yaitu sekumpulan protein dan sifat-sifat terkait yang direproduksi dalam beberapa generasi. Biosintesis protein adalah proses sentral materi hidup, dan asam nukleat menyediakannya, di satu sisi, dengan program yang menentukan seluruh rangkaian dan spesifikasi protein yang disintesis, dan di sisi lain, dengan mekanisme untuk mereproduksi program ini secara akurat dari generasi ke generasi. . Akibatnya, asal usul kehidupan dalam bentuk seluler modernnya direduksi menjadi munculnya mekanisme biosintesis protein yang diturunkan.
BIOSINTESIS PROTEIN
Dogma sentral biologi molekuler hanya mendalilkan cara mentransfer informasi genetik dari asam nukleat ke protein dan, akibatnya, ke sifat dan karakteristik organisme hidup. Studi tentang mekanisme realisasi jalur ini dalam beberapa dekade setelah perumusan dogma sentral mengungkapkan fungsi RNA yang jauh lebih beragam daripada hanya sebagai pembawa informasi dari gen (DNA) ke protein dan berfungsi sebagai matriks untuk sintesis protein. .
pada gambar. 1 menunjukkan skema umum biosintesis protein dalam sel. RNA pembawa pesan(messenger RNA, messenger RNA, mRNA), protein penyandi, yang telah dibahas di atas, hanyalah salah satu dari tiga kelas utama RNA seluler. Sebagian besar mereka (sekitar 80%) adalah kelas lain dari RNA - RNA ribosom, yang membentuk kerangka struktural dan pusat fungsional partikel sintesis protein universal - ribosom. Ini adalah RNA ribosom yang bertanggung jawab - baik secara struktural maupun fungsional - untuk pembentukan mesin molekul ultramikroskopik yang disebut ribosom. Ribosom menerima informasi genetik dalam bentuk molekul mRNA dan, diprogram oleh yang terakhir, membuat protein sesuai dengan program ini.
Namun, untuk mensintesis protein, informasi atau program saja tidak cukup - Anda juga memerlukan bahan dari mana mereka dapat dibuat. Aliran bahan untuk sintesis protein menuju ke ribosom melalui kelas ketiga RNA seluler - mentransfer RNA(transfer RNA, transfer RNA, tRNA). Mereka secara kovalen mengikat - menerima - asam amino, yang berfungsi sebagai bahan bangunan untuk protein, dan memasuki ribosom dalam bentuk aminoasil-tRNA. Dalam ribosom, aminoasil-tRNA berinteraksi dengan kodon - kombinasi tiga nukleotida - dari mRNA, sebagai akibatnya kodon didekode selama translasi.
ASAM RIBONUKLAT
Jadi, kami memiliki satu set RNA seluler utama yang menentukan proses utama materi hidup modern - biosintesis protein. Ini adalah mRNA, RNA ribosom dan tRNA. RNA disintesis pada DNA menggunakan enzim - RNA polimerase yang melakukan transkripsi - menulis ulang bagian tertentu (segmen linier) dari DNA beruntai ganda menjadi bentuk RNA beruntai tunggal. Daerah DNA yang mengkode protein seluler ditulis ulang dalam bentuk mRNA, sedangkan untuk sintesis banyak salinan RNA ribosom dan tRNA, ada daerah khusus genom seluler tempat penulisan ulang intensif berlangsung tanpa translasi berikutnya menjadi protein.
Struktur kimia RNA. Secara kimiawi, RNA sangat mirip dengan DNA. Kedua zat tersebut merupakan polimer linier nukleotida. Setiap monomer - nukleotida - adalah N-glikosida terfosforilasi, dibangun dari residu gula lima karbon - pentosa, membawa gugus fosfat pada gugus hidroksil dari atom karbon kelima (ikatan ester) dan basa nitrogen pada atom karbon pertama ( ikatan N-glikosidik). Perbedaan kimia utama antara DNA dan RNA adalah bahwa residu gula dari monomer RNA adalah ribosa, dan monomer DNA adalah deoksiribosa, yang merupakan turunan dari ribosa, di mana tidak ada gugus hidroksil pada atom karbon kedua (Gbr. 2 ).
Ada empat jenis basa nitrogen dalam DNA dan RNA: dua basa purin - adenin (A) dan guanin (G) - dan dua basa pirimidin - sitosin (C) dan urasil (U) atau turunannya yang termetilasi timin (T).
Urasil adalah karakteristik monomer RNA, sedangkan timin adalah karakteristik monomer DNA, dan ini adalah perbedaan kedua antara RNA dan DNA. Monomer - RNA ribonucleotides atau DNA deoxyribonucleotides - membentuk rantai polimer dengan membentuk jembatan fosfodiester antara residu gula (antara atom karbon kelima dan ketiga dari pentosa). Dengan demikian, rantai polimer asam nukleat - DNA atau RNA - dapat direpresentasikan sebagai tulang punggung gula-fosfat linier dengan basa nitrogen sebagai gugus samping.
Struktur makromolekul RNA. Perbedaan makrostruktur mendasar antara dua jenis asam nukleat adalah bahwa DNA adalah heliks ganda tunggal, yaitu makromolekul dari dua untai polimer terkait yang saling melengkapi, dipilin secara heliks di sekitar sumbu yang sama (lihat [ , ]), dan RNA adalah satu - polimer beruntai. Pada saat yang sama, interaksi gugus samping - basa nitrogen - satu sama lain, serta dengan fosfat dan hidroksil dari tulang punggung gula-fosfat, mengarah pada fakta bahwa polimer RNA untai tunggal melipat ke dirinya sendiri dan memutar menjadi struktur kompak, mirip dengan lipatan rantai polipeptida protein menjadi globul kompak. Dengan cara ini, urutan nukleotida RNA yang unik dapat membentuk struktur spasial yang unik.
Struktur spasial spesifik RNA pertama kali ditunjukkan ketika menguraikan struktur atom dari salah satu tRNA pada tahun 1974 [ , ] (Gbr. 3). Lipatan rantai polimer tRNA, yang terdiri dari 76 monomer nukleotida, mengarah pada pembentukan inti globular yang sangat kompak, dari mana dua tonjolan menonjol di sudut kanan. Mereka adalah heliks ganda pendek yang mirip dengan DNA, tetapi diatur oleh interaksi bagian-bagian dari untai RNA yang sama. Salah satu tonjolan tersebut merupakan akseptor asam amino dan terlibat dalam sintesis rantai polipeptida protein pada ribosom, sedangkan tonjolan lainnya ditujukan untuk interaksi komplementer dengan triplet penyandi (kodon) mRNA pada ribosom yang sama. Hanya struktur seperti itu yang mampu secara khusus berinteraksi dengan protein-enzim yang mengikat asam amino ke tRNA dan dengan ribosom selama translasi, yaitu, secara khusus "dikenali" oleh mereka.
Studi RNA ribosom terisolasi memberikan contoh mencolok berikut dari pembentukan struktur spesifik yang kompak dari polimer linier yang lebih panjang dari jenis ini. Ribosom terdiri dari dua bagian yang tidak sama - subpartikel ribosom besar dan kecil (subunit). Setiap subunit dibangun dari satu RNA polimer tinggi dan berbagai protein ribosom. Panjang rantai RNA ribosom sangat signifikan: misalnya, RNA subunit kecil ribosom bakteri mengandung lebih dari 1500 nukleotida, dan RNA subunit besar mengandung sekitar 3000 nukleotida. Pada mamalia, termasuk manusia, RNA ini bahkan lebih besar - masing-masing sekitar 1900 nukleotida dan lebih dari 5000 nukleotida dalam subunit kecil dan besar.
Telah ditunjukkan bahwa RNA ribosom yang diisolasi, dipisahkan dari pasangan proteinnya dan diperoleh dalam bentuk murni, dengan sendirinya mampu melipat secara spontan menjadi struktur kompak yang serupa dalam ukuran dan bentuk dengan subunit ribosom]. Bentuk subpartikel besar dan kecil berbeda, dan, karenanya, bentuk RNA ribosom besar dan kecil berbeda (Gbr. 4). Dengan demikian, rantai linier RNA ribosom mengatur dirinya sendiri menjadi struktur spasial spesifik yang menentukan ukuran, bentuk, dan, tampaknya, struktur internal subpartikel ribosom, dan, akibatnya, seluruh ribosom.
RNA kecil. Ketika komponen sel hidup dan fraksi individu dari total RNA seluler dipelajari, menjadi jelas bahwa masalah ini tidak terbatas pada tiga jenis utama RNA. Ternyata di alam ada banyak jenis RNA lainnya. Ini adalah, pertama-tama, yang disebut "RNA kecil", yang mengandung hingga 300 nukleotida, seringkali dengan fungsi yang tidak diketahui. Sebagai aturan, mereka terkait dengan satu atau lebih protein dan hadir dalam sel sebagai ribonukleoprotein - "RNP kecil".
RNA kecil hadir di semua bagian sel, termasuk sitoplasma, nukleus, nukleolus, dan mitokondria. Sebagian besar RNP kecil yang fungsinya diketahui terlibat dalam mekanisme pemrosesan pascatranskripsi jenis utama RNA (pemrosesan RNA) - transformasi prekursor mRNA menjadi mRNA matang (penyambungan), pengeditan mRNA, biogenesis tRNA, dan pematangan ribosom. RNA. Salah satu jenis RNP kecil (SRP) yang paling melimpah dalam sel memainkan peran kunci dalam pengangkutan protein yang disintesis melintasi membran sel. Jenis RNA kecil yang diketahui yang berfungsi fungsi regulasi dalam siaran. Sebuah RNA kecil khusus adalah bagian dari enzim yang paling penting yang bertanggung jawab untuk menjaga replikasi DNA dalam generasi sel - telomerase. Harus dikatakan bahwa ukuran molekulnya sebanding dengan ukuran protein globular seluler. Dengan demikian, secara bertahap menjadi jelas bahwa fungsi sel hidup ditentukan tidak hanya oleh variasi protein yang disintesis di dalamnya, tetapi juga oleh keberadaan satu set kaya berbagai RNA, di mana RNA kecil sebagian besar meniru kekompakan dan ukuran sel. protein.
Ribozim. Semua kehidupan aktif dibangun di atas metabolisme - metabolisme, dan semua reaksi biokimia metabolisme terjadi pada tingkat yang sesuai untuk kehidupan hanya berkat katalis spesifik yang sangat efisien yang diciptakan oleh evolusi. Selama beberapa dekade, ahli biokimia telah yakin bahwa katalisis biologis selalu dan di mana-mana dilakukan oleh protein yang disebut enzim, atau enzim. Dan pada tahun 1982-1983. ditunjukkan bahwa di alam ada jenis RNA, yang, seperti protein, memiliki aktivitas katalitik yang sangat spesifik [ , ]. Katalis RNA semacam itu disebut ribozim. Gagasan eksklusivitas protein dalam katalisis reaksi biokimia berakhir.
Saat ini, ribosom juga dianggap sebagai ribozim. Memang, semua data eksperimen yang tersedia menunjukkan bahwa sintesis rantai polipeptida protein di ribosom dikatalisis oleh RNA ribosom, dan bukan oleh protein ribosom. Sebuah wilayah katalitik RNA ribosom besar yang bertanggung jawab untuk katalisis reaksi transpeptidasi, di mana rantai polipeptida protein diperpanjang selama translasi, telah diidentifikasi.
Adapun replikasi DNA virus, mekanismenya tidak jauh berbeda dengan reduplikasi materi genetik - DNA - sel itu sendiri. Dalam kasus RNA virus, proses direalisasikan yang ditekan atau sama sekali tidak ada dalam sel normal, di mana semua RNA disintesis hanya pada DNA sebagai cetakan. Ketika terinfeksi virus yang mengandung RNA, situasinya bisa berlipat ganda. Dalam beberapa kasus, DNA disintesis pada RNA virus sebagai cetakan ("transkripsi terbalik"), dan banyak salinan RNA virus ditranskripsi pada DNA ini. Dalam kasus lain yang paling menarik bagi kami, rantai RNA komplementer disintesis pada RNA virus, yang berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis - replikasi - salinan baru RNA virus. Jadi, selama infeksi virus yang mengandung RNA, kemampuan dasar RNA untuk menentukan reproduksi strukturnya sendiri terwujud, seperti halnya dengan DNA.
Multifungsi RNA. Menyimpulkan dan meninjau pengetahuan tentang fungsi RNA, kita dapat berbicara tentang multifungsi luar biasa dari polimer ini di alam. Daftar berikut dari fungsi utama RNA yang diketahui dapat diberikan.
Fungsi replikatif genetik: kemampuan struktural untuk menyalin (mereplikasi) urutan linier nukleotida melalui urutan komplementer. Fungsi ini diwujudkan dalam infeksi virus dan mirip dengan fungsi utama DNA dalam kehidupan organisme seluler - reduplikasi materi genetik.
Fungsi pengkodean: pemrograman sintesis protein dengan urutan linier nukleotida. Ini adalah fungsi yang sama seperti DNA. Dalam DNA dan RNA, triplet nukleotida yang sama mengkodekan 20 asam amino protein, dan urutan triplet dalam rantai asam nukleat adalah program untuk pengaturan berurutan dari 20 jenis asam amino dalam rantai polipeptida protein.
Fungsi pembentuk struktur: pembentukan struktur tiga dimensi yang unik. Molekul RNA kecil yang terlipat kompak pada dasarnya mirip dengan struktur tiga dimensi protein globular, sementara molekul RNA yang lebih panjang juga dapat membentuk partikel biologis yang lebih besar atau intinya.
Fungsi pengenalan: interaksi spasial yang sangat spesifik dengan makromolekul lain (termasuk protein dan RNA lain) dan dengan ligan kecil. Fungsi ini mungkin yang utama dalam protein. Ini didasarkan pada kemampuan polimer untuk melipat dengan cara yang unik dan membentuk struktur tiga dimensi tertentu. Fungsi pengenalan adalah dasar dari katalisis spesifik.
Fungsi katalitik: katalisis spesifik reaksi kimia oleh ribozim. Fungsi ini mirip dengan fungsi enzimatik protein enzim.
Secara umum, RNA tampak bagi kita sebagai polimer yang luar biasa sehingga, tampaknya, waktu evolusi Alam Semesta, maupun intelek Sang Pencipta seharusnya tidak cukup untuk penemuannya. Seperti dapat dilihat, RNA mampu melakukan fungsi kedua polimer yang secara fundamental penting bagi kehidupan - DNA dan protein. Tidak mengherankan bahwa pertanyaan muncul sebelum sains: dapatkah kemunculan dan keberadaan dunia RNA yang mandiri mendahului munculnya kehidupan dalam bentuk protein-DNA modernnya?
ASAL KEHIDUPAN
Teori protein-coacervate Oparin. Mungkin teori ilmiah pertama yang dipikirkan dengan matang tentang asal usul kehidupan dengan cara abiogenik diusulkan oleh ahli biokimia A.I. Oparin kembali di 20-an abad terakhir [,]. Teori ini didasarkan pada gagasan bahwa segala sesuatu dimulai dengan protein, dan pada kemungkinan, dalam kondisi tertentu, sintesis kimia spontan dari monomer protein - asam amino - dan polimer mirip protein (polipeptida) dengan cara abiogenik. Publikasi teori tersebut mendorong banyak eksperimen di sejumlah laboratorium di seluruh dunia, yang menunjukkan realitas sintesis semacam itu dalam kondisi buatan. Teori ini dengan cepat menjadi diterima secara umum dan sangat populer.
Postulat utamanya adalah bahwa senyawa seperti protein yang muncul secara spontan dalam "kaldu" primer digabungkan "menjadi tetes coacervate - sistem koloid (sol) terpisah yang mengambang dalam larutan berair yang lebih encer. Ini memberikan prasyarat utama untuk munculnya organisme - isolasi sistem biokimia tertentu dari lingkungan , kompartementalisasinya. Karena beberapa senyawa mirip protein dari tetes coacervate dapat memiliki aktivitas katalitik, menjadi mungkin untuk menjalani reaksi sintesis biokimia di dalam tetes - ada kemiripan asimilasi, dan karenanya pertumbuhan dari coacervate dengan disintegrasi berikutnya menjadi beberapa bagian - reproduksi coacervate dianggap sebagai prototipe sel hidup (Gbr. 5).
Semuanya dipikirkan dengan baik dan dibuktikan secara ilmiah dalam teori, kecuali satu masalah, yang untuk waktu yang lama menutup mata bagi hampir semua ahli di bidang asal usul kehidupan. Jika konstruksi molekul protein tunggal yang berhasil (misalnya, katalis efektif yang memberikan keuntungan bagi koaservat ini dalam pertumbuhan dan reproduksi) muncul secara spontan, melalui sintesis bebas templat acak dalam koaservat, bagaimana mereka dapat disalin untuk didistribusikan di dalam koaservat? , dan terlebih lagi untuk transmisi ke coacervates turunan? Teori tersebut tidak mampu menawarkan solusi untuk masalah reproduksi yang tepat - dalam coacervate dan dalam generasi - struktur protein efektif tunggal yang muncul secara acak.
Dunia RNA sebagai cikal bakal kehidupan modern. Akumulasi pengetahuan tentang kode genetik, asam nukleat, dan biosintesis protein mengarah pada persetujuan gagasan baru yang mendasar tentang TOM, bahwa semuanya dimulai bukan dengan protein sama sekali, tetapi dengan RNA [ - ]. Asam nukleat adalah satu-satunya jenis polimer biologis yang struktur makromolekulnya, karena prinsip saling melengkapi dalam sintesis rantai baru (untuk lebih jelasnya, lihat), memberikan kemampuan untuk menyalin urutan linier unit monomernya sendiri, dengan kata lain, kemampuan untuk mereproduksi (menggandakan) polimer, struktur mikronya. Oleh karena itu, hanya asam nukleat, tetapi bukan protein, dapat berupa materi genetik, yaitu molekul yang dapat direproduksi yang mengulangi struktur mikro spesifiknya dalam beberapa generasi.
Untuk sejumlah alasan, RNA, dan bukan DNA, yang dapat mewakili materi genetik primer.
Pertama, dalam sintesis kimia dan reaksi biokimia, ribonukleotida mendahului deoksiribonukleotida; deoksiribonukleotida adalah produk modifikasi ribonukleotida (lihat Gambar 2).
Kedua, dalam proses metabolisme vital yang paling kuno dan universal, adalah ribonukleotida, dan bukan deoksiribonukleotida, yang banyak diwakili, termasuk pembawa energi utama seperti ribonukleosida polifosfat (ATP, dll.).
Ketiga, Replikasi RNA dapat terjadi tanpa keterlibatan DNA, dan mekanisme replikasi DNA, bahkan di dunia kehidupan modern, memerlukan partisipasi wajib primer RNA dalam inisiasi sintesis rantai DNA.
Keempat, Memiliki semua templat dan fungsi genetik yang sama seperti DNA, RNA juga mampu melakukan sejumlah fungsi yang melekat pada protein, termasuk katalisis reaksi kimia. Jadi, ada banyak alasan untuk mempertimbangkan DNA sebagai akuisisi evolusi selanjutnya - sebagai modifikasi RNA, khusus untuk melakukan fungsi mereproduksi dan menyimpan salinan unik gen dalam genom seluler tanpa partisipasi langsung dalam biosintesis protein.
Setelah RNA yang aktif secara katalitik ditemukan, gagasan tentang keunggulan RNA dalam asal usul kehidupan mendapat dorongan kuat untuk pengembangan, dan konsep itu dirumuskan. dunia RNA mandiri, kehidupan modern sebelumnya [ , ]. Skema yang mungkin untuk munculnya dunia RNA ditunjukkan pada gambar. 6.
Sintesis abiogenik ribonukleotida dan asosiasi kovalennya menjadi oligomer dan polimer tipe RNA dapat terjadi dalam kondisi yang kurang lebih sama dan dalam pengaturan kimia yang sama yang didalilkan untuk pembentukan asam amino dan polipeptida. Baru-baru ini A.B. Chetverin dkk (Protein Institute, Russian Academy of Sciences) secara eksperimental menunjukkan bahwa setidaknya beberapa poliribonukleotida (RNA) dalam media berair biasa mampu melakukan rekombinasi spontan, yaitu, pertukaran segmen rantai, melalui trans-esterifikasi. Pertukaran segmen rantai pendek dengan yang panjang harus mengarah pada pemanjangan poliribonukleotida (RNA), dan rekombinasi seperti itu sendiri harus berkontribusi pada keragaman struktural molekul-molekul ini. Molekul RNA yang aktif secara katalitik juga dapat muncul di antara mereka.
Bahkan kemunculan molekul RNA tunggal yang sangat langka yang mampu mengkatalisis polimerisasi ribonukleotida atau penyambungan oligonukleotida pada rantai komplementer seperti pada templat [ , ] menandakan pembentukan mekanisme replikasi RNA. Replikasi katalis RNA itu sendiri (ribozim) seharusnya menyebabkan munculnya populasi RNA yang mereplikasi diri. Dengan membuat salinan dari diri mereka sendiri, RNA dikalikan. Kesalahan yang tak terhindarkan dalam penyalinan (mutasi) dan rekombinasi dalam populasi RNA yang mereplikasi diri menciptakan keragaman yang terus meningkat di dunia ini. Jadi dunia kuno RNA yang seharusnya adalah "dunia biologis mandiri di mana molekul RNA berfungsi baik sebagai materi genetik maupun sebagai katalis mirip enzim" .
Munculnya biosintesis protein. Selanjutnya, berdasarkan dunia RNA, pembentukan mekanisme biosintesis protein, munculnya berbagai protein dengan struktur dan sifat yang diwariskan, kompartementalisasi sistem biosintesis protein dan set protein, mungkin dalam bentuk koaservat, dan evolusi yang terakhir menjadi struktur seluler - sel hidup (lihat Gambar 6) seharusnya terjadi. ).
Masalah transisi dari dunia RNA kuno ke dunia sintesis protein modern adalah yang paling sulit bahkan untuk solusi teoretis murni. Kemungkinan sintesis abiogenik polipeptida dan zat seperti protein tidak membantu dalam memecahkan masalah, karena tidak ada cara khusus di mana sintesis ini dapat dikaitkan dengan RNA dan berada di bawah kendali genetik. Sintesis polipeptida dan protein yang dikendalikan secara genetik harus berkembang secara independen dari sintesis abiogenik primer, dengan caranya sendiri, berdasarkan dunia RNA yang sudah ada. Beberapa hipotesis tentang asal usul mekanisme modern biosintesis protein di dunia RNA telah diajukan dalam literatur, tetapi, mungkin, tidak satupun dari mereka dapat dianggap sebagai pemikiran yang matang dan sempurna dalam hal kemampuan fisikokimia. Saya akan menyajikan versi saya tentang proses evolusi dan spesialisasi RNA, yang mengarah pada munculnya peralatan biosintesis protein (Gbr. 7), tetapi tidak berpura-pura lengkap.
Skema hipotetis yang diusulkan mengandung dua poin penting yang tampaknya mendasar.
Pertama, didalilkan bahwa oligoribonukleotida yang disintesis secara abiogenik secara aktif bergabung kembali melalui mekanisme transesterifikasi non-enzimatik spontan, yang mengarah pada pembentukan rantai RNA yang memanjang dan menimbulkan keragamannya. Dengan cara inilah kedua jenis RNA (ribozim) yang aktif secara katalitik dan jenis RNA lain dengan fungsi khusus dapat muncul dalam populasi oligonukleotida dan polinukleotida (lihat Gambar 7). Selain itu, rekombinasi non-enzimatik dari ikatan komplementer oligonukleotida ke templat polinukleotida dapat memberikan ikatan silang (penyambungan) fragmen yang melengkapi templat ini menjadi rantai tunggal. Dengan cara ini, dan bukan dengan polimerisasi mononukleotida yang dikatalisasi, penyalinan primer (propagasi) RNA dapat dilakukan. Tentu saja, jika ribozim muncul yang memiliki aktivitas polimerase, maka efisiensi (ketepatan, kecepatan, dan produktivitas) penyalinan bersifat komplementer. matriks seharusnya meningkat secara signifikan.
Kedua Poin mendasar dalam versi saya adalah bahwa peralatan utama untuk biosintesis protein muncul berdasarkan beberapa jenis RNA khusus sebelum munculnya peralatan untuk replikasi enzimatik (polimerase) bahan genetik - RNA dan DNA. Aparatus utama ini termasuk RNA proribosomal aktif katalitik dengan aktivitas transferase peptidil; satu set pro-tRNA yang secara khusus mengikat asam amino atau peptida pendek; RNA proribosomal lain yang mampu berinteraksi secara simultan dengan RNA proribosom katalitik, pro-mRNA, dan pro-tRNA (lihat Gambar 7). Sistem seperti itu sudah dapat mensintesis rantai polipeptida karena reaksi transpeptidasi yang dikatalisasi olehnya. Di antara protein katalitik aktif lainnya - enzim primer (enzim) - juga muncul protein yang mengkatalisis polimerisasi nukleotida - replika, atau NK polimerase.
Namun, ada kemungkinan bahwa hipotesis dunia kuno RNA sebagai pendahulu dunia kehidupan modern tidak akan pernah dapat memperoleh pembenaran yang cukup untuk mengatasi kesulitan utama - deskripsi yang masuk akal secara ilmiah tentang mekanisme transisi dari RNA dan replikasinya. untuk biosintesis protein. Ada hipotesis alternatif yang menarik dan dipikirkan dengan matang dari A.D. Altshtein (Institute of Gene Biology, Russian Academy of Sciences), yang mendalilkan bahwa replikasi materi genetik dan terjemahannya - sintesis protein - muncul dan berevolusi secara simultan dan terkonjugasi, dimulai dengan interaksi oligonukleotida yang disintesis secara abiogenik dan aminoasil-nukleotidilat - anhidrida campuran dari asam amino dan nukleotida. Tapi itu cerita selanjutnya... "Dan Scheherazade menangkap pagi, dan dia menghentikan pidato yang diizinkan".)
literatur
. Watson J.D., Crick F.H.C. Struktur molekul asam nukleat // Alam. 1953. V. 171. P. 738-740.
. Watson J.D., Crick F.H.C. Implikasi genetik dari struktur asam nukleat deoksiribosa // Alam 1953 V. 171. P. 964-967.
. Spirin A.S. Biologi modern dan keamanan biologis // Buletin Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia. 1997. Nomor 7.
. Spirin A.S. Pada struktur makromolekul asam ribonukleat polimer tinggi asli dalam larutan // Journal of Molecular Biology. 1960. V. 2. P. 436-446.
. Kirn S.H., Suddath F.L., Quigley GJ. dkk. Struktur tersier tiga dimensi RNA transfer fenilalanin ragi // Sains. 1974. V. 185. P. 435-40.
. Robertas J.D., Ladner J.E., Finch J.T. dkk. Struktur tRNA fenilalanin ragi pada resolusi 3 A // Alam. 1974. V. 250. P. 546-551.
. Vasiliev V.D., Serdyuk I.N., Gudkov A.T., SPIRin A.S. Self-organisasi RNA ribosom // Struktur, Fungsi dan Genetika Ribosom / Eds. Hardesty B. dan Kramer G. New York: Springer-Verlag, 1986, hlm. 129-142.
. Baserga SJ., Steitz J.A. Dunia beragam ribo-nukleoprotein kecil // Dunia RNA / Eds. Gesteland R.F. dan Atkins J.F. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, 1993, hlm. 359-381.
. Kruger K., Grabowski PJ., Zaug AJ. dkk. Self-splicing RNA: Autoexcision dan autocyclization dari urutan intervensi RNA ribosomal dari Tetrahimena
. Bartel D.P., Szostak J.W. Isolasi ribozim baru dari kumpulan besar urutan acak // Sains. 1993. V. 261. P. 1411-1418.
. Ekland E.H., Bartel D.P. Polimerisasi RNA yang dikatalisis RNA menggunakan nukleosida trifosfat // Alam. 1996 V. 382. P. 373-376.
. Orgel L.E. Asal usul kehidupan - tinjauan fakta dan spekulasi //Tren dalam Ilmu Biokimia. 1998. V.23. hal. 491-495.
. Altstein AD Asal usul sistem genetik: hipotesis progen // Biologi Molekuler. 1987. T.21.S.309-322.
Spirin Alexander Sergeevich - Akademisi, Direktur Institut Penelitian Protein Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, anggota Presidium Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia.
Proses realisasi informasi herediter dalam biosintesis dilakukan dengan partisipasi tiga jenis asam ribonukleat (RNA): informasi (matriks) - mRNA (mRNA), ribosom - rRNA dan tRNA transportasi. Semua asam ribonukleat disintesis di daerah yang sesuai dari molekul DNA. Mereka jauh lebih kecil dari DNA dan merupakan rantai tunggal nukleotida. Nukleotida mengandung residu asam fosfat (fosfat), gula pentosa (ribosa) dan salah satu dari empat basa nitrogen - adenin, sitosin, guanin, urasil. Basa nitrogen, urasil, melengkapi adenin.
Proses biosintesis mencakup sejumlah langkah - transkripsi, penyambungan, dan translasi.
Langkah pertama disebut transkripsi. Transkripsi terjadi di inti sel: mRNA disintesis di lokasi gen tertentu dari molekul DNA. Kompleks enzim terlibat dalam sintesis, yang utamanya adalah RNA polimerase.
Sintesis mRNA dimulai dengan deteksi oleh RNA polimerase dari situs khusus dalam molekul DNA, yang menunjukkan situs awal transkripsi - promotor. Setelah menempel pada promotor, RNA polimerase melepaskan putaran heliks DNA yang berdekatan. Dua untai DNA menyimpang pada titik ini, dan sintesis mRNA terjadi pada salah satunya. Perakitan ribonukleotida menjadi rantai terjadi sesuai dengan komplementaritasnya dengan nukleotida DNA, dan juga antiparalel dengan rantai DNA templat. Karena fakta bahwa RNA polimerase mampu merakit polinukleotida hanya dari ujung 5' ke ujung 3', hanya satu dari dua untai DNA yang dapat berfungsi sebagai cetakan untuk transkripsi, yaitu yang menghadap enzim dengan 3-nya. ' akhir. Rantai seperti itu disebut kodogenik.
Antiparalelisme koneksi dua rantai polinukleotida dalam molekul DNA memungkinkan RNA polimerase untuk memilih template dengan benar untuk sintesis mRNA.
Bergerak di sepanjang rantai DNA kodogenik, RNA polimerase melakukan penulisan ulang informasi yang akurat secara bertahap hingga menemukan urutan nukleotida tertentu - terminator transkripsi. Di wilayah ini, RNA polimerase dipisahkan dari cetakan DNA dan mRNA yang baru disintesis. Sebuah fragmen dari molekul DNA, termasuk promotor, urutan yang ditranskripsi, dan terminator, membentuk unit transkripsi, sebuah transcripton.
Studi lebih lanjut telah menunjukkan bahwa apa yang disebut pro-mRNA disintesis selama transkripsi, prekursor mRNA matang yang terlibat dalam terjemahan. Pro-mRNA jauh lebih besar dan mengandung fragmen yang tidak mengkode sintesis rantai polipeptida yang sesuai. Dalam DNA, bersama dengan daerah yang mengkode rRNA, tRNA, dan polipeptida, ada fragmen yang tidak mengandung informasi genetik. Mereka disebut intron, berbeda dengan fragmen pengkodean, yang disebut ekson. Intron ditemukan di banyak daerah molekul DNA. Misalnya, satu gen, daerah DNA yang mengkode ovalbumin ayam, mengandung 7 intron, sedangkan gen albumin serum tikus mengandung 13 intron. Panjang intron berbeda - dari 200 hingga 1000 pasang nukleotida DNA. Intron dibaca (ditranskripsi) pada saat yang sama dengan ekson, sehingga pori-mRNA lebih panjang daripada mRNA matang. Pematangan, atau pemrosesan, mRNA melibatkan modifikasi transkrip primer dan penghapusan daerah intron non-coding darinya, diikuti oleh koneksi urutan pengkodean - ekson. Selama pemrosesan, intron "dipotong" dari pro-mRNA oleh enzim khusus, dan fragmen ekson "disambung" bersama dalam urutan yang ketat. Selama penyambungan, mRNA matang terbentuk, yang berisi informasi yang diperlukan untuk sintesis polipeptida yang sesuai, yaitu bagian informatif dari gen struktural.
Arti dan fungsi intron belum sepenuhnya dijelaskan, tetapi telah ditetapkan bahwa jika hanya bagian ekson yang dibaca dalam DNA, mRNA matang tidak terbentuk. Proses penyambungan telah dipelajari menggunakan ovalbumin sebagai contoh. Ini berisi satu ekson dan 7 intron. Pertama, pro-mRNA yang mengandung 7700 nukleotida disintesis pada DNA. Kemudian jumlah nukleotida pro-mRNA menurun menjadi 6800, kemudian menjadi 5600, 4850, 3800, 3400, dst. hingga 1372 nukleotida sesuai dengan ekson. MRNA yang mengandung 1372 nukleotida meninggalkan nukleus ke dalam sitoplasma, memasuki ribosom dan mensintesis polipeptida yang sesuai.
Tahap biosintesis selanjutnya - terjemahan - terjadi di sitoplasma pada ribosom dengan partisipasi tRNA.
RNA transfer disintesis dalam nukleus, tetapi berfungsi dalam keadaan bebas di sitoplasma sel. Satu molekul tRNA mengandung 75-95 nukleotida dan memiliki struktur yang agak kompleks menyerupai daun semanggi. Ini memiliki empat bagian yang sangat penting. "Tangkai" akseptor dibentuk oleh hubungan komplementer dari dua bagian terminal tRNA. Memiliki 7 pasangan basa. Ujung 3' dari batang ini agak lebih panjang dan membentuk daerah untai tunggal, yang diakhiri dengan rangkaian CCA dengan gugus OH bebas - ujung akseptor. Asam amino yang dapat diangkut melekat pada ujung ini. Tiga cabang yang tersisa adalah urutan nukleotida berpasangan komplementer yang berakhir pada bagian tidak berpasangan yang membentuk loop. Bagian tengah cabang ini - antikodon - terdiri dari 5 pasang dan berisi antikodon di tengah lingkarannya. Antikodon adalah 3 nukleotida yang melengkapi kodon mRNA, yang mengkode asam amino yang diangkut oleh tRNA ini ke tempat sintesis peptida.
Antara cabang akseptor dan antikodon adalah dua cabang samping. Dalam loopnya, mengandung basa yang dimodifikasi - dihydrouridine (D-loop) dan triplet T C, di mana adalah pseudouridine (T C-loop). Di antara cabang antikodon dan T C ada loop tambahan, termasuk dari 3-5 hingga 13-21 nukleotida.
Penambahan asam amino ke tRNA didahului oleh aktivasinya oleh enzim aminoasil-tRNA sintetase. Enzim ini spesifik untuk setiap asam amino. Asam amino yang diaktifkan menempel pada tRNA yang sesuai dan dikirim olehnya ke ribosom.
Tempat sentral dalam terjemahan adalah ribosom - organel ribonukleoprotein sitoplasma, yang banyak terdapat di dalamnya. Ukuran ribosom pada prokariota rata-rata 30 * 30 * 20 nm, pada eukariota - 40 * 40 * 20 nm. Biasanya ukurannya ditentukan dalam satuan sedimentasi (S) - laju sedimentasi selama sentrifugasi dalam media yang sesuai. Pada bakteri E. coli, ribosom memiliki ukuran 70S dan terdiri dari 2 subpartikel, salah satunya memiliki konstanta 30S, yang kedua 50S, dan mengandung 64% RNA ribosom dan 36% protein.
Molekul mRNA keluar dari nukleus ke dalam sitoplasma dan menempel pada subunit kecil ribosom. Penerjemahan dimulai dengan apa yang disebut kodon awal (inisiator sintesis) - AUG -. Ketika tRNA mengirimkan asam amino teraktivasi ke ribosom, antikodonnya adalah hidrogen yang terikat pada nukleotida kodon komplementer mRNA. Ujung akseptor tRNA dengan asam amino yang sesuai melekat pada permukaan subunit besar ribosom. Setelah asam amino pertama, tRNA lain memberikan asam amino berikutnya, dan dengan demikian rantai polipeptida disintesis pada ribosom. Molekul mRNA biasanya bekerja pada beberapa (5-20) ribosom sekaligus, terhubung ke polisom. Awal sintesis rantai polipeptida disebut inisiasi, pertumbuhannya disebut elogasi. Urutan asam amino dalam rantai polipeptida ditentukan oleh urutan kodon dalam mRNA. Sintesis rantai polipeptida berhenti ketika salah satu kodon - terminator - UAA -, - UAG - atau - UGA - muncul pada mRNA. Akhir dari sintesis rantai polipeptida tertentu disebut terminasi.
Telah ditetapkan bahwa pada sel hewan rantai polipeptida memanjang sebanyak 7 asam amino dalam satu detik, dan mRNA bergerak maju di ribosom sebanyak 21 nukleotida. Pada bakteri, proses ini berlangsung 2-3 kali lebih cepat.
Akibatnya, sintesis struktur utama molekul protein - rantai polipeptida - terjadi pada ribosom sesuai dengan urutan pergantian nukleotida dalam matriks asam ribonukleat - mRNA.
Biosintesis protein (translasi) adalah tahap paling penting dalam implementasi program genetik sel, di mana informasi yang dikodekan dalam struktur utama asam nukleat diterjemahkan ke dalam urutan asam amino dari protein yang disintesis. Dengan kata lain, terjemahan adalah penerjemahan empat huruf (menurut jumlah nukleotida) "bahasa" asam nukleat menjadi dua puluh huruf (menurut jumlah asam amino proteinogenik) "bahasa" protein. Penerjemahan dilakukan sesuai dengan aturan kode genetik.
Pentingnya M. Nirenberg dan J. Mattei, dan kemudian S. Ochoa dan G. Qurans, yang mereka mulai pada tahun 1961, harus mengungkap kode genetik. di Amerika Serikat. Mereka mengembangkan metode dan secara eksperimental menetapkan urutan nukleotida dalam kodon mRNA yang mengontrol lokasi asam amino tertentu dalam rantai polipeptida. Dalam media bebas sel yang mengandung semua asam amino, ribosom, tRNA, ATP dan enzim, M. Nirenberg dan J. Mattei memperkenalkan biopolimer tipe mRNA yang disintesis secara artifisial, yang merupakan rantai nukleotida identik - UUU - UUU - UUU - UUU - dll. biopolimer mengkodekan sintesis rantai polipeptida yang hanya mengandung satu asam amino, fenilalanin; rantai seperti itu disebut polifenilalanin. Jika mRNA terdiri dari kodon yang mengandung nukleotida dengan basa nitrogen sitosin - CCC - CCC - CCC - CCC -, maka rantai polipeptida yang mengandung asam amino prolin - poliprolin disintesis. Biopolimer mRNA buatan yang mengandung kodon - AGU - AGU - AGU - AGU - mensintesis rantai polipeptida dari asam amino serin - poliserin, dll.
Transkripsi terbalik.
Transkripsi terbalik adalah proses pembentukan DNA untai ganda pada template RNA untai tunggal. Proses ini disebut transkripsi balik, karena transfer informasi genetik terjadi dalam arah "terbalik" relatif terhadap transkripsi.
Reverse transcriptase (revertase atau RNA-dependent DNA polymerase) adalah enzim yang mengkatalisis sintesis DNA pada template RNA dalam proses yang disebut transkripsi balik. Transkripsi balik diperlukan, khususnya, untuk menjalankan siklus hidup retrovirus, misalnya , virus human immunodeficiency dan limfoma manusia sel T tipe 1 dan 2. Setelah RNA virus memasuki sel, transkriptase balik yang terkandung dalam partikel virus mensintesis DNA komplementer untuk itu, dan kemudian pada rantai DNA ini, seperti pada matriks, selesai. rantai kedua Retrovirus adalah virus yang mengandung RNA, yang siklus hidupnya meliputi tahap pembentukan DNA oleh reverse transcriptase dan pengenalannya ke dalam genom sel inang dalam bentuk provirus.
Tidak ada situs yang disukai untuk pengenalan provirus ke dalam genom. Hal ini memungkinkan untuk mengklasifikasikannya sebagai elemen genetik bergerak Retrovirus mengandung dua molekul RNA yang identik. Ada tutup di ujung 5" dan ekor poli A di ujung 3". Enzim reverse transcriptase membawa virus bersamanya.
Genom retrovirus mengandung 4 gen: nucleoid gag protein, pol reverse transcriptase, env capsid (shell) protein, oncogene.str5 = str3-short terminal repeat; U5, U3-unique sequences, PB (primer binding site) - binding site priming. tRNA duduk di RV (karena saling melengkapi) dan berfungsi sebagai benih untuk sintesis DNA.Sepotong kecil DNA disintesis.
Reverse transcriptase, juga memiliki aktivitas RNase H, menghilangkan RNA dalam hibrida dengan DNA, dan karena identitas str3 dan str5, wilayah DNA untai tunggal ini berinteraksi dengan ujung 3' dari molekul RNA kedua, yang berfungsi sebagai cetakan untuk melanjutkan sintesis rantai DNA.
Kemudian template RNA dihancurkan dan rantai DNA komplementer dibangun di sepanjang rantai DNA yang dihasilkan.
Molekul DNA yang dihasilkan lebih panjang dari RNA. Ini berisi LTR (U3 str 3(5) U5). Dalam bentuk provirus, terletak di genom sel inang. Selama mitosis dan meiosis, itu ditransmisikan ke sel anak dan keturunan.
Beberapa virus (seperti HIV, yang menyebabkan AIDS) memiliki kemampuan untuk mentranskripsi RNA menjadi DNA. HIV memiliki genom RNA yang terintegrasi ke dalam DNA. Akibatnya, DNA virus dapat digabungkan dengan genom sel inang. Enzim utama yang bertanggung jawab untuk sintesis DNA dari RNA disebut reversetase. Salah satu fungsi reversetase adalah membuat DNA komplementer (cDNA) dari genom virus. Enzim terkait ribonuklease H memotong RNA, dan reversetase mensintesis cDNA dari heliks ganda DNA. cDNA diintegrasikan ke dalam genom sel inang oleh integrase. Hasilnya adalah sintesis protein virus oleh sel inang, yang membentuk virus baru.
Dogma sentral biologi molekuler - adalah arus informasi dari DNA melalui RNA di protein : informasi ditransfer dari asam nukleat ke protein, tetapi tidak sebaliknya. Aturan tersebut dirumuskan oleh Francis Crick pada tahun 1958. Transfer informasi genetik dari DNA ke RNA dan dari RNA ke protein bersifat universal untuk semua organisme seluler tanpa kecuali, dan mendasari biosintesis makromolekul. Replikasi genom sesuai dengan DNA → transisi informasi DNA. Di alam, ada juga transisi RNA → RNA dan RNA → DNA (misalnya, pada beberapa virus).
DNA, RNA, dan protein adalah polimer linier, yaitu setiap monomer yang dikandungnya bergabung dengan maksimal dua monomer lainnya. Urutan monomer mengkodekan informasi, aturan transmisi yang dijelaskan oleh dogma pusat.
Umum - ditemukan di sebagian besar organisme hidup; Khusus - terjadi sebagai pengecualian, pada virus dan elemen bergerak dari genom atau dalam kondisi percobaan biologis; Tidak diketahui - tidak ditemukan.
Replikasi DNA (DNA → DNA)Transkripsi (DNA → RNA)Terjemahan (RNA → protein) MRNA matang dibaca oleh ribosom selama translasi.Kompleks faktor inisiasi dan elongasi mengantarkan RNA transfer aminoasilasi ke kompleks mRNA-ribosom.
Transkripsi terbalik (RNA → DNA) transfer informasi dari RNA ke DNA, suatu proses yang merupakan kebalikan dari transkripsi normal, yang dilakukan oleh enzim reverse transcriptase. Terjadi pada retrovirus seperti HIV. Replikasi RNA (RNA → RNA) menyalin rantai RNA ke rantai RNA komplementernya menggunakan enzim RNA-dependent RNA polymerase. Virus yang mengandung untai tunggal (misalnya, virus penyakit mulut dan kuku) atau RNA untai ganda bereplikasi dengan cara yang sama. Translasi langsung protein pada cetakan DNA (DNA → protein) Terjemahan langsung telah ditunjukkan dalam ekstrak sel E. coli yang mengandung ribosom tetapi tidak ada mRNA. Ekstrak semacam itu mensintesis protein dari DNA yang dimasukkan ke dalam sistem, dan antibiotik neomisin meningkatkan efek ini.
11. Jenis sintesis matriks sebagai proses sentral dalam transmisi, penyimpanan dan implementasi materi turun-temurun.
matriks sifat sintesis asam nukleat dan protein memberikan akurasi tinggi reproduksi informasi .
genetik informasi genotip mendefinisikan fenotipik tanda-tanda sel genotipe berubah menjadi fenotipe .
Arah arus informasi ini meliputi: tiga jenismatriks sintesis:
1. Sintesis DNA - replikasi
2. sintesis RNA- transkripsi
3. sintesis protein - siaran
1) Replikasi DNA (DNA → DNA) duplikasi (replikasi) DNA yang tepat. Replikasi dilakukan oleh kompleks protein yang melepaskan kromatin, kemudian heliks ganda. Setelah itu, DNA polimerase dan protein terkait membangun salinan identik pada masing-masing dari dua untai. Pemutaransumber materi genetik dari generasi ke generasi.2) Transkripsi (DNA → RNA) proses biologis di mana informasi yang terkandung dalam sepotong DNA disalin ke molekul mRNA yang disintesis. Transkripsi dilakukan oleh faktor transkripsi dan RNA polimerase. 3) Terjemahan (RNA → protein) Informasi genetik diterjemahkan ke dalam rantai polipeptida. Kompleks faktor inisiasi dan faktor elongasi mengantarkan RNA transfer aminoasilasi ke kompleks mRNA-ribosom. 4) Dalam kasus khusus, RNA dapat ditulis ulang dalam bentuk DNA (transkripsi terbalik) dan juga disalin dalam bentuk RNA (replikasi), tetapi protein tidak pernah dapat menjadi cetakan untuk asam nukleat.
Memperbaiki- ini matriks sintesis yang mengoreksi kesalahan dalam struktur DNA , pilihan replikasi terbatas. Memulihkan awal struktur DNA. Matriks adalah plot utuh untaian DNA.
Struktur nukleotida. Isomer spasial (2'-endo-, 3'-endo-, dll., anti, syn)
nukleotida- kelompok kimia kompleks yang ditemukan dalam keadaan alami. Nukleotida adalah blok bangunan untuk asam nukleat (DNA dan RNA). Nukleotida dibangun dari tiga komponen: basa pirimidin atau purin, pentosa, dan asam fosfat. Nukleotida dihubungkan bersama dalam rantai oleh ikatan fosfodiester. Ini terbentuk karena esterifikasi gugus OH C-3` dari pentosa satu nukleotida dan gugus OH dari residu fosfat dari nukleotida lain. Akibatnya, salah satu ujung rantai polinukleotida berakhir dengan fosfat bebas (P-terminus atau 5'-terminus). Di ujung lain, ada gugus OH yang tidak teresterifikasi pada C-3'pentosa (ujung 3'). Dalam sel hidup, nukleotida bebas juga ditemukan, disajikan dalam bentuk berbagai koenzim, yang meliputi ATP. 
Semua 5 basa heterosiklik yang termasuk dalam asam nukleat penyusunnya memiliki konformasi datar, tetapi ini secara energetik tidak menguntungkan. Oleh karena itu, 2 konformasi diwujudkan dalam polinukleotida C3`-endo dan C2`-endo. C1, 0 dan C4 terletak di bidang yang sama, C2 dan C3 berada dalam konformasi endo ketika mereka dibawa keluar di atas bidang ini, yaitu. ke arah komunikasi 4-С5. 
Fitur yang paling penting dalam menentukan konformasi unit nukleotida adalah pengaturan timbal balik dari bagian karbohidrat dan heterosiklik, yang ditentukan oleh sudut rotasi di sekitar ikatan N-glikosidik. Ada 2 wilayah konformasi yang diizinkan, sin- dan anti-.
Semua makhluk hidup bergantung pada tiga molekul dasar untuk semua fungsi biologisnya. Molekul-molekul ini adalah DNA, RNA dan protein. Dua untai DNA berputar dalam arah yang berlawanan dan terletak bersebelahan (anti-paralel). Ini adalah urutan empat basa nitrogen diarahkan sepanjang tulang punggung yang mengkodekan informasi biologis. Menurut kode genetik, untaian RNA diubah untuk menentukan urutan asam amino dalam protein. Untaian RNA ini awalnya dibuat menggunakan untaian DNA sebagai cetakan, suatu proses yang disebut transkripsi.
Tanpa DNA, RNA, dan protein, tidak akan ada kehidupan biologis di Bumi. DNA adalah molekul cerdas yang mengkode set lengkap instruksi genetik (genom) yang diperlukan untuk merakit, memelihara, dan mereproduksi setiap makhluk. RNA memainkan banyak peran penting dalam penyandian, penguraian kode, pengaturan, dan ekspresi genetika. Tugas utama RNA adalah membuat protein sesuai dengan set instruksi yang dikodekan dalam DNA sel.
DNA terdiri dari gula, basa nitrogen, dan gugus fosfat. RNAnya sama.
Dalam DNA, basa nitrogen terdiri dari asam nukleat: sitosin (C), guanin (G), adenin (A), dan timin (T). Secara metafisik, masing-masing asam nukleat ini dikaitkan dengan zat unsur planet ini: Udara, Air, Api, dan Bumi. Ketika kita mencemari keempat elemen ini di Bumi, kita mencemari asam nukleat yang sesuai dalam DNA kita.
Namun, dalam RNA, basa nitrogen terdiri dari asam nukleat: sitosin (C), guanin (G), adenin (A), dan urasil (U). Selain itu, masing-masing asam nukleat RNA dikaitkan dengan zat unsur planet ini: Udara, Air, Api, dan Bumi. Dalam DNA dan RNA, DNA mitokondria sesuai dengan elemen dasar kelima Eter Kosmik, t keluar hanya dari Ibu. Ini adalah contoh alotropi, yang merupakan fitur dari jumlah kecil unsur kimia berada dalam dua atau lebih bentuk yang berbeda, yang dikenal sebagai alotrop dari unsur-unsur tersebut. Alotrop adalah berbagai modifikasi struktural suatu elemen. DNA kita adalah alotrop dari empat elemen dasar planet.
Fungsi biologis utama dari basa nitrogen dalam DNA adalah untuk menghubungkan asam nukleat. Adenin selalu bergabung dengan timin, dan guanin selalu bergabung dengan sitosin. Mereka dikenal sebagai basa berpasangan. Urasil hanya ada dalam RNA, menggantikan timin dan bergabung dengan adenin.
Baik RNA dan DNA menggunakan pasangan basa (jantan + betina) sebagai bahasa tambahan yang dapat dikonversi ke kedua arah antara DNA dan RNA oleh aksi enzim yang sesuai. Bahasa pria-wanita atau struktur pasangan basa ini menyediakan salinan cadangan dari semua informasi genetik yang dikodekan dalam DNA untai ganda.
Basis kembar terbalik
Semua fungsi DNA dan RNA berdasarkan prinsip gender dari pasangan basa, menciptakan ikatan hidrogen. Basa berpasangan harus bergabung secara berurutan, memungkinkan DNA dan RNA untuk berinteraksi (sesuai dengan desain asli dari 12 Strands DNA kami, Diamond Sun Body) dan juga memungkinkan RNA untuk menghasilkan protein yang berfungsi yang membangun tautan yang mensintesis dan memperbaiki DNA ganda. spiral. DNA manusia telah dirusak oleh mutasi pasangan basa dan perubahan pasangan penyunting urutan atau sisipan oleh organisme yang direkayasa seperti virus. Intervensi dalam basis berpasangan menyangkut teknologi pemisahan gender dari jaringan terbalik Nephilim (NRG), yang memengaruhi semua bahasa pria dan wanita dan hubungan mereka. Salinan DNA dibuat dengan menggabungkan subunit asam nukleat dengan pasangan basa pria-wanita pada setiap untai molekul DNA asli. Koneksi seperti itu selalu terjadi dalam kombinasi tertentu. Perubahan senyawa DNA dasar, serta banyak tingkat modifikasi genetik dan kontrol genetik, berkontribusi pada penekanan sintesis DNA. Ini adalah penekanan yang disengaja dari aktivasi 12 untai DNA dari cetak biru asli, Matriks Silikon, yang dirakit dan dibangun oleh protein. Penekanan genetik ini telah dilakukan secara agresif sejak bencana Atlantis. Ini terkait langsung dengan penekanan penyatuan hierogami, yang dicapai dengan koneksi yang benar dari basis DNA, yang dengannya dimungkinkan untuk membuat dan merakit protein untuk mengembalikan tulisan api DNA.
Pengeditan RNA dengan aspartam
Salah satu contoh modifikasi genetik dan eksperimen populasi adalah penggunaan aspartam*. Aspartam disintesis secara kimia dari aspartat, yang merusak fungsi ikatan urasil-timin dalam DNA, dan juga mengurangi fungsi sintesis protein RNA dan komunikasi antara RNA dan DNA. Pengeditan RNA dengan menambahkan atau menghapus urasil dan timin mengkode ulang mitokondria sel, di mana kerusakan mitokondria berkontribusi pada penyakit neurologis. Timin adalah pelindung kuat integritas DNA. Selain itu, menurunkan urasil menghasilkan substrat aspartat, karbon dioksida dan amonia.
Gangguan pada siklus nitrogen
Sebagai hasil dari Revolusi Industri, penyebaran kompleks militer melalui kontak NEA, siklus nitrogen keseluruhan telah berubah secara signifikan selama abad yang lalu. Sementara nitrogen sangat penting untuk semua kehidupan yang diketahui di Bumi, ada perang bahan bakar fosil yang sengaja dipaksakan oleh NAA, mencemari Bumi dan merusak DNA. Nitrogen adalah komponen dari semua asam amino yang membentuk protein dan hadir dalam basa yang membentuk asam nukleat RNA dan DNA. Namun, dengan mengobarkan perang atas bahan bakar fosil, memaksa penggunaan mesin pembakaran internal, membuat pupuk kimia dan mencemari lingkungan kendaraan dan industri, orang telah berkontribusi terhadap toksisitas serius nitrogen dalam bentuk biologis. Oksida nitrat, karbon dioksida, metana, amonia - semua ini menciptakan gas rumah kaca yang meracuni Bumi, air minum dan lautan. Kontaminasi ini menyebabkan kerusakan DNA dan mutasi.
Perubahan Elemen dari Tubuh Sakit
Jadi, banyak dari kita telah mengalami perubahan mendasar dalam darah kita, bagian tubuh (terutama pada permukaan kulit yang merespons perubahan darah) dan perubahan besar pada sel dan jaringan kita. Revitalisasi materi sebagai hasil dari perubahan magnetik juga menembus tingkat tubuh unsur emosional kita, secara signifikan mempengaruhi reaksi seluler dan memori yang tersimpan dalam Tubuh Insting (Tubuh Rasa Sakit).
Siklus baru ini memaksa kita masing-masing untuk memperhatikan tubuh naluriah kita, tubuh rasa sakit elemen emosional kita, dan apa yang terjadi padanya. Hubungan gaya matahari dan bulan dan efek gabungannya pada polaritas gaya benda planet disesuaikan dengan efek ini pada medan magnet.
Sayangnya, kegagalan untuk memahami prinsip-prinsip Hukum Alam yang lebih tinggi mengakibatkan kekacauan dan penderitaan besar bagi mereka yang terus terlibat dalam perusakan, perpecahan dan kekerasan, terlepas dari metode yang digunakan.
Namun, eksodus massal kekuatan bulan, makhluk rantai bulan, Malaikat Jatuh dari planet kita dan tata surya saat ini sedang berlangsung. Saat tata surya dikarantina, mereka yang Ascended (atau murni hatinya) akan mengalami penataan kembali pusat energi suci mereka dari pengaruh bulan ke matahari. Pembelahan kekuatan matahari dan bulan ini terus berubah tidak hanya di tubuh unsur-emosional, tetapi juga di pusat sakral dan semua organ reproduksi. Ini membawa penyesuaian atau wawasan ke banyak masalah yang terkait dengan penderitaan seksual yang telah diprogram berdasarkan sejarah tersembunyi yang terkait dengan entitas rantai bulan. Set perintah magnetik ibu dan mitokondria mengembalikan Feminitas Matahari untuk anak-anak duniawi mereka juga.
sintesis DNA
Memahami bahwa tubuh elemen emosional kita bergerak dari atom berbasis karbon ke elemen berbasis lebih tinggi melalui aktivasi frekuensi tinggi dan perubahan magnetik planet, kita dapat menghubungkan titik-titik dalam perkembangan spiritual tubuh kita sendiri yang terkait dengan proses alkimia pribadi. Dalam pemulihan tubuh sophianic, transformasi alkimia dari evolusi kesadaran kita menyatu dengan pemahaman ilmiah tentang sintesis DNA. Sintesis DNA sama pentingnya dengan aktivasi DNA, yang memainkan peran penting dan langsung dalam kenaikan spiritual. Sang Ibu membawa kembali catatan DNA mitokondria melalui pembalikan arus magnet, memulihkan cetak biru darah, otak, dan sistem saraf kita agar berfungsi lebih tinggi dengan DNA asli kita yang sebenarnya.
*TETAPI spartam adalah bahan kimia rekayasa genetika yang didistribusikan dan dipasarkan sebagai suplemen makanan
Terjemahan: Oreanda Web