Memecahkan masalah dalam biologi molekuler. Pembentukan ikatan hidrogen antara basa nitrogen komplementer

Genetika molekuler – cabang genetika yang berhubungan dengan studi tentang hereditas pada tingkat molekuler.

Asam nukleat. Replikasi DNA. Reaksi sintesis templat

Asam nukleat (DNA, RNA) ditemukan pada tahun 1868 oleh ahli biokimia Swiss I.F. Misher. Asam nukleat adalah biopolimer linier yang terdiri dari monomer - nukleotida.

DNA - struktur dan fungsi

Struktur kimia DNA diuraikan pada tahun 1953 oleh ahli biokimia Amerika J. Watson dan fisikawan Inggris F. Crick.

Struktur umum DNA. Molekul DNA terdiri dari 2 rantai yang dipelintir menjadi spiral (Gbr. 11) satu mengelilingi yang lain dan mengelilingi sumbu yang sama. Molekul DNA dapat mengandung 200 hingga 2x10 8 pasangan nukleotida. Sepanjang heliks DNA, nukleotida yang berdekatan terletak pada jarak 0,34 nm satu sama lain. Satu putaran penuh heliks mencakup 10 pasangan basa. Panjangnya 3,4 nm.

Beras. 11 . Diagram struktur DNA (heliks ganda)

Polimeritas molekul DNA. Molekul DNA - bioploimer terdiri dari senyawa kompleks - nukleotida.

Struktur nukleotida DNA. Nukleotida DNA terdiri dari 3 unit: salah satu basa nitrogen (adenin, guanin, sitosin, timin); deoksiribosa (monosakarida); residu asam fosfat (Gbr. 12).

Ada 2 kelompok basa nitrogen:

purin - adenin (A), guanin (G), mengandung dua cincin benzena;

pirimidin - timin (T), sitosin (C), mengandung satu cincin benzena.

DNA mengandung jenis nukleotida berikut: adenin (A); guanin (G); sitosin (C); timin (T). Nama nukleotida sesuai dengan nama basa nitrogen yang menyusunnya: nukleotida adenin - basa nitrogen adenin; guanin nukleotida basa nitrogen guanin; sitosin nukleotida basa nitrogen sitosin; timin nukleotida basa nitrogen timin.

Menggabungkan dua untai DNA menjadi satu molekul

Nukleotida A, G, C dan T dari satu rantai masing-masing terhubung ke nukleotida T, C, G dan A dari rantai lainnya ikatan hidrogen. Dua ikatan hidrogen terbentuk antara A dan T, dan tiga ikatan hidrogen terbentuk antara G dan C (A=T, G≡C).

Pasangan basa (nukleotida) A – T dan G – C disebut saling melengkapi, yaitu saling bersesuaian. Komplementaritas- ini adalah korespondensi kimia dan morfologi nukleotida satu sama lain dalam rantai DNA berpasangan.

5 ’ 3 ’

1 2 3

3’ 5’

Beras. 12 Bagian dari heliks ganda DNA. Struktur nukleotida (1 – residu asam fosfat; 2 – deoksiribosa; 3 – basa nitrogen). Menghubungkan nukleotida menggunakan ikatan hidrogen.

Rantai dalam molekul DNA antiparalel, yaitu, arahnya berlawanan, sehingga ujung 3' dari satu rantai terletak berlawanan dengan ujung 5' dari rantai lainnya. Informasi genetik dalam DNA ditulis dengan arah dari ujung 5' ke ujung 3'. Untaian ini disebut DNA indra,

karena di sinilah letak gennya. Benang kedua – 3’–5’ berfungsi sebagai standar untuk menyimpan informasi genetik.

Hubungan antara jumlah basa yang berbeda dalam DNA ditetapkan oleh E. Chargaff pada tahun 1949. Chargaff menemukan bahwa dalam DNA berbagai spesies, jumlah adenin sama dengan jumlah timin, dan jumlah guanin sama dengan jumlah sitosin.

Aturan E. Chargaff:

dalam suatu molekul DNA, jumlah nukleotida A (adenin) selalu sama dengan jumlah nukleotida T (timin) atau perbandingan ∑ A dengan ∑ T = 1. Jumlah nukleotida G (guanin) sama dengan jumlah nukleotida C (sitosin) atau perbandingan ∑ G dengan ∑ C = 1;

jumlah basa purin (A+G) sama dengan jumlah basa pirimidin (T+C) atau perbandingan ∑ (A+G) dengan ∑ (T+C)=1;

Metode sintesis DNA - replikasi. Replikasi adalah proses penggandaan diri suatu molekul DNA, yang dilakukan di dalam nukleus di bawah kendali enzim. Kepuasan diri dari molekul DNA terjadi berdasarkan saling melengkapi– korespondensi ketat nukleotida satu sama lain dalam rantai DNA berpasangan. Pada awal proses replikasi, molekul DNA terlepas (despiral) pada area tertentu (Gbr. 13), dan ikatan hidrogen dilepaskan. Pada setiap rantai terbentuk setelah putusnya ikatan hidrogen, dengan partisipasi enzim DNA polimerase untai DNA anak disintesis. Bahan sintesisnya adalah nukleotida bebas yang terkandung dalam sitoplasma sel. Nukleotida-nukleotida ini sejajar dan saling melengkapi dengan nukleotida dari dua untai DNA induk. Enzim DNA polimerase menempelkan nukleotida komplementer pada untai cetakan DNA. Misalnya saja pada nukleotida A polimerase menambahkan nukleotida ke untai cetakan T dan, karenanya, menjadi nukleotida G - nukleotida C (Gbr. 14). Ikatan silang nukleotida komplementer terjadi dengan bantuan enzim Ligase DNA. Jadi, dua untai DNA anak disintesis melalui duplikasi diri.

Dua molekul DNA yang dihasilkan dari satu molekul DNA adalah model semi-konservatif, karena mereka terdiri dari rantai induk lama dan rantai anak baru dan merupakan salinan persis dari molekul induk (Gbr. 14). Arti biologis dari replikasi terletak pada transfer akurat informasi herediter dari molekul induk ke molekul anak.

Beras. 13 . Unspiralisasi molekul DNA menggunakan enzim

1

Beras. 14 . Replikasi adalah pembentukan dua molekul DNA dari satu molekul DNA: 1 – molekul DNA anak; 2 – molekul DNA ibu (orang tua).

Enzim DNA polimerase hanya dapat bergerak sepanjang untai DNA pada arah 3’ –> 5’. Karena rantai komplementer dalam molekul DNA diarahkan ke arah yang berlawanan, dan enzim DNA polimerase dapat bergerak sepanjang rantai DNA hanya dalam arah 3'–>5', sintesis rantai baru berlangsung secara antiparalel ( sesuai dengan prinsip antiparalelisme).

Situs lokalisasi DNA. DNA ditemukan dalam inti sel dan dalam matriks mitokondria dan kloroplas.

Jumlah DNA dalam sel adalah konstan dan berjumlah 6,6x10 -12 g.

Fungsi DNA:

Penyimpanan dan transmisi informasi genetik dari generasi ke generasi ke molekul dan - RNA;

Struktural. DNA adalah dasar struktural kromosom (kromosom adalah 40% DNA).

Spesifisitas spesies DNA. Komposisi nukleotida DNA berfungsi sebagai kriteria spesies.

RNA, struktur dan fungsi.

Struktur umum.

RNA adalah biopolimer linier yang terdiri dari satu rantai polinukleotida. Ada struktur RNA primer dan sekunder. Struktur primer RNA adalah molekul beruntai tunggal, dan struktur sekunder berbentuk salib dan merupakan ciri khas t-RNA.

Polimeritas molekul RNA. Sebuah molekul RNA dapat mengandung dari 70 nukleotida hingga 30.000 nukleotida. Nukleotida penyusun RNA adalah sebagai berikut: adenil (A), guanil (G), sitidil (C), urasil (U). Dalam RNA, nukleotida timin digantikan oleh urasil (U).

Struktur nukleotida RNA.

Nukleotida RNA mencakup 3 unit:

basa nitrogen (adenin, guanin, sitosin, urasil);

monosakarida - ribosa (ribosa mengandung oksigen di setiap atom karbon);

residu asam fosfat.

Metode sintesis RNA - transkripsi. Transkripsi, seperti replikasi, adalah reaksi sintesis templat. Matriksnya adalah molekul DNA. Reaksi berlangsung berdasarkan prinsip saling melengkapi pada salah satu untai DNA (Gbr. 15). Proses transkripsi dimulai dengan despiralisasi molekul DNA di tempat tertentu. Untai DNA yang ditranskripsi mengandung promotor – sekelompok nukleotida DNA dari mana sintesis molekul RNA dimulai. Enzim menempel pada promotor RNA polimerase. Enzim mengaktifkan proses transkripsi. Menurut prinsip saling melengkapi, nukleotida yang datang dari sitoplasma sel ke rantai DNA yang ditranskripsi selesai. RNA polimerase mengaktifkan penyelarasan nukleotida menjadi satu rantai dan pembentukan molekul RNA.

Ada empat tahap dalam proses transkripsi: 1) pengikatan RNA polimerase ke promotor; 2) awal sintesis (inisiasi); 3) pemanjangan – pertumbuhan rantai RNA, yaitu nukleotida ditambahkan satu sama lain secara berurutan; 4) terminasi – penyelesaian sintesis mRNA.

Beras. 15 . Skema transkripsi

1 – molekul DNA (untai ganda); 2 – molekul RNA; 3-kodon; 4– promotor.

Pada tahun 1972, ilmuwan Amerika - ahli virologi H.M. Temin dan ahli biologi molekuler D. Baltimore menemukan transkripsi terbalik menggunakan virus dalam sel tumor. Membalikkan transkripsi– menulis ulang informasi genetik dari RNA menjadi DNA. Prosesnya terjadi dengan bantuan enzim transkriptase balik.

Jenis RNA berdasarkan fungsinya

Messenger RNA (i-RNA atau m-RNA) mentransfer informasi genetik dari molekul DNA ke tempat sintesis protein - ribosom. Ini disintesis di dalam nukleus dengan partisipasi enzim RNA polimerase. Itu membuat 5% dari semua jenis RNA dalam sel. mRNA mengandung dari 300 nukleotida hingga 30.000 nukleotida (rantai terpanjang di antara RNA).

Transfer RNA (tRNA) mengangkut asam amino ke tempat sintesis protein, ribosom. Ia berbentuk salib (Gbr. 16) dan terdiri dari 70–85 nukleotida. Jumlahnya di dalam sel adalah 10-15% dari RNA sel.

Beras. 16. Skema struktur t-RNA: A–G – pasangan nukleotida yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen; D – tempat perlekatan asam amino (situs akseptor); E – antikodon.

3. RNA ribosom (r-RNA) disintesis di nukleolus dan merupakan bagian dari ribosom. Termasuk sekitar 3000 nukleotida. Merupakan 85% RNA sel. Jenis RNA ini ditemukan di nukleus, di ribosom, di retikulum endoplasma, di kromosom, di matriks mitokondria, dan juga di plastida.

Dasar-dasar sitologi. Memecahkan masalah umum

Masalah 1

Berapa banyak nukleotida timin dan adenin yang terkandung dalam DNA jika terdapat 50 nukleotida sitosin di dalamnya, yaitu 10% dari seluruh nukleotida.

Larutan. Menurut aturan saling melengkapi dalam untai ganda DNA, sitosin selalu saling melengkapi dengan guanin. 50 nukleotida sitosin merupakan 10%, oleh karena itu, menurut aturan Chargaff, 50 nukleotida guanin juga merupakan 10%, atau (jika ∑C = 10%, maka ∑G = 10%).

Jumlah pasangan nukleotida C+G adalah 20%

Jumlah pasangan nukleotida T + A = 100% – 20% (C + G) = 80%

Untuk mengetahui berapa banyak nukleotida timin dan adenin yang terkandung dalam DNA, Anda perlu membuat perbandingan sebagai berikut:

50 nukleotida sitosin → 10%

X (T + A) →80%

X = 50x80:10=400 lembar

Menurut aturan Chargaff, ∑A= ∑T, maka ∑A=200 dan ∑T=200.

Menjawab: jumlah nukleotida timin dan adenin dalam DNA adalah 200.

Masalah 2

Nukleotida timin dalam DNA membentuk 18% dari total jumlah nukleotida. Tentukan persentase jenis nukleotida lain yang terkandung dalam DNA.

Larutan.∑Т=18%. Menurut aturan Chargaff ∑T=∑A, maka nukleotida adenin juga menyumbang 18% (∑A=18%).

Jumlah pasangan nukleotida T+A adalah 36% (18% + 18% = 36%). Per pasang nukleotida GiC terdapat: G+C = 100% –36% = 64%. Karena guanin selalu melengkapi sitosin, kandungannya dalam DNA akan sama,

yaitu ∑ Г= ∑Ц=32%.

Menjawab: kandungan guanin, seperti sitosin, adalah 32%.

Masalah 3

20 nukleotida sitosin DNA membentuk 10% dari total jumlah nukleotida. Berapa banyak nukleotida adenin yang ada dalam molekul DNA?

Larutan. Pada DNA untai ganda, jumlah sitosin sama dengan jumlah guanin, sehingga jumlahnya adalah: C + G = 40 nukleotida. Temukan jumlah total nukleotida:

20 nukleotida sitosin → 10%

X (jumlah total nukleotida) →100%

X=20x100:10=200 buah

A+T=200 – 40=160 buah

Karena adenin bersifat komplementer dengan timin, kandungannya akan sama,

yaitu 160 buah: 2=80 buah, atau ∑A=∑T=80.

Menjawab: Ada 80 nukleotida adenin dalam satu molekul DNA.

Masalah 4

Tambahkan nukleotida rantai DNA kanan jika diketahui nukleotida rantai kirinya: AGA – TAT – GTG – TCT

Larutan. Konstruksi untai kanan DNA sepanjang untai kiri tertentu dilakukan sesuai dengan prinsip saling melengkapi - korespondensi ketat nukleotida satu sama lain: adenoni - timin (A-T), guanin - sitosin (G-C). Oleh karena itu, nukleotida untai DNA kanan harus sebagai berikut: TCT - ATA - CAC - AGA.

Menjawab: nukleotida untai kanan DNA: TCT – ATA – TsAC – AGA.

Masalah 5

Tuliskan transkripsinya jika rantai DNA yang ditranskripsi memiliki urutan nukleotida sebagai berikut: AGA - TAT - TGT - TCT.

Larutan. Molekul mRNA disintesis berdasarkan prinsip saling melengkapi pada salah satu rantai molekul DNA. Kita mengetahui urutan nukleotida dalam rantai DNA yang ditranskripsi. Oleh karena itu, perlu dibangun rantai mRNA yang saling melengkapi. Harus diingat bahwa alih-alih timin, molekul RNA mengandung urasil. Karena itu:

Rantai DNA: AGA – TAT – TGT – TCT

rantai mRNA: UCU – AUA – ACA – AGA.

Menjawab: urutan nukleotida i-RNA adalah sebagai berikut: UCU – AUA – ACA – AGA.

Masalah 6

Tuliskan transkripsi baliknya, yaitu membuat sebuah fragmen molekul DNA untai ganda berdasarkan usulan fragmen i-RNA, jika rantai i-RNA memiliki urutan nukleotida berikut:

GCG – ACA – UUU – UCG – TsGU – AGU – AGA

Larutan. Transkripsi terbalik adalah sintesis molekul DNA berdasarkan kode genetik mRNA. MRNA yang mengkode molekul DNA memiliki urutan nukleotida sebagai berikut: GCH - ACA - UUU - UCG - TsGU - AGU - AGA. Rantai DNA pelengkapnya adalah: CGC – TGT – AAA – AGC – GCA – TCA – TCT. Untai DNA kedua: HCH–ACA–TTT–TCG–CHT–AGT–AGA.

Menjawab: sebagai hasil transkripsi terbalik, dua rantai molekul DNA disintesis: CGC - TTG - AAA - AGC - GCA - TCA dan GCH - ACA - TTT - TCG - CGT - AGT - AGA.

Kode genetik. Biosintesis protein.

Gen– bagian dari molekul DNA yang berisi informasi genetik tentang struktur utama satu protein tertentu.

Struktur ekson-intron suatu geneukariota

promotor– bagian DNA (panjang hingga 100 nukleotida) tempat enzim menempel RNA polimerase, diperlukan untuk transkripsi;

2) zona regulasi– zona yang mempengaruhi aktivitas gen;

3) bagian struktural dari suatu gen– informasi genetik tentang struktur utama protein.

Urutan nukleotida DNA yang membawa informasi genetik tentang struktur utama protein - ekson. Mereka juga merupakan bagian dari mRNA. Urutan nukleotida DNA yang tidak membawa informasi genetik tentang struktur primer suatu protein – intron. Mereka bukan bagian dari mRNA. Selama transkripsi, dengan bantuan enzim khusus, salinan intron dipotong dari i-RNA dan salinan ekson dijahit bersama untuk membentuk molekul i-RNA (Gbr. 20). Proses ini disebut penyambungan.

Beras. 20 . Pola penyambungan (pembentukan mRNA matang pada eukariota)

Kode genetik - sistem urutan nukleotida dalam molekul DNA, atau RNA, yang sesuai dengan urutan asam amino dalam rantai polipeptida.

Sifat-sifat kode genetik:

Tiga puluh(ACA – GTG – GCH...)

Kode genetiknya adalah tiga serangkai, karena masing-masing dari 20 asam amino dikodekan oleh urutan tiga nukleotida ( tiga serangkai, kodon).

Ada 64 jenis kembar tiga nukleotida (4 3 =64).

Keunikan (kekhususan)

Kode genetiknya tidak ambigu karena setiap triplet nukleotida (kodon) mengkode hanya satu asam amino, atau satu kodon selalu berhubungan dengan satu asam amino (Tabel 3).

Multiplisitas (redundansi, atau degenerasi)

Asam amino yang sama dapat dikodekan oleh beberapa kembar tiga (dari 2 hingga 6), karena terdapat 20 asam amino pembentuk protein dan 64 kembar tiga.

Kontinuitas

Pembacaan informasi genetik terjadi dalam satu arah, dari kiri ke kanan. Jika salah satu nukleotida hilang, maka ketika dibaca, tempatnya akan digantikan oleh nukleotida terdekat dari triplet tetangganya, yang akan menyebabkan perubahan informasi genetik.

Keserbagunaan

Kode genetik umum terjadi pada semua organisme hidup, dan kembar tiga yang sama mengkode asam amino yang sama pada semua organisme hidup.

Memiliki kembar tiga awal dan terminal(mulai triplet - AUG, terminal triplet UAA, UGA, UAG). Jenis kembar tiga ini tidak mengkode asam amino.

Tidak tumpang tindih (diskresi)

Kode genetik tidak tumpang tindih, karena nukleotida yang sama tidak dapat menjadi bagian dari dua kembar tiga yang bertetangga secara bersamaan. Nukleotida hanya dapat dimiliki oleh satu triplet, dan jika disusun ulang menjadi triplet lain, informasi genetiknya akan berubah.

Tabel 3 – Tabel kode genetik

Catatan: nama singkatan asam amino diberikan sesuai dengan terminologi internasional.

Biosintesis protein

Biosintesis protein – jenis pertukaran plastik zat dalam sel yang terjadi pada organisme hidup di bawah aksi enzim. Biosintesis protein didahului oleh reaksi sintesis matriks (replikasi - sintesis DNA; transkripsi - sintesis RNA; translasi - perakitan molekul protein pada ribosom). Ada 2 tahap dalam proses biosintesis protein:

transkripsi

siaran

Selama transkripsi, informasi genetik yang terkandung dalam DNA yang terletak di kromosom nukleus ditransfer ke molekul RNA. Setelah proses transkripsi selesai, mRNA memasuki sitoplasma sel melalui pori-pori di membran inti, terletak di antara 2 subunit ribosom dan berpartisipasi dalam biosintesis protein.

Translasi adalah proses menerjemahkan kode genetik menjadi rangkaian asam amino. Translasi terjadi di sitoplasma sel ke ribosom yang terletak di permukaan RE (retikulum endoplasma). Ribosom merupakan butiran bulat dengan diameter rata-rata 20 nm, terdiri dari subunit besar dan kecil. Molekul mRNA terletak di antara dua subunit ribosom. Proses translasi melibatkan asam amino, ATP, mRNA, t-RNA, dan enzim amino-asil t-RNA sintetase.

kodon- bagian dari molekul DNA, atau mRNA, yang terdiri dari tiga nukleotida yang tersusun berurutan, mengkode satu asam amino.

Antikodon– bagian dari molekul t-RNA, terdiri dari tiga nukleotida berurutan dan saling melengkapi dengan kodon molekul i-RNA. Kodon-kodon tersebut saling melengkapi dengan antikodon yang bersesuaian dan dihubungkan dengannya menggunakan ikatan hidrogen (Gbr. 21).

Sintesis protein dimulai dengan mulai kodon AUG. Dari situ ribosom

bergerak sepanjang molekul mRNA, triplet demi triplet. Asam amino disediakan sesuai dengan kode genetik. Integrasi mereka ke dalam rantai polipeptida pada ribosom terjadi dengan bantuan t-RNA. Struktur primer t-RNA (rantai) berubah menjadi struktur sekunder yang bentuknya menyerupai salib, dan pada saat yang sama nukleotida yang saling melengkapi tetap terjaga di dalamnya. Di bagian bawah tRNA terdapat situs akseptor tempat asam amino melekat (Gbr. 16). Aktivasi asam amino dilakukan dengan menggunakan enzim sintetase aminoasil tRNA. Inti dari proses ini adalah enzim ini berinteraksi dengan asam amino dan ATP. Dalam hal ini, kompleks terner terbentuk, diwakili oleh enzim ini, asam amino dan ATP. Asam amino diperkaya dengan energi, diaktifkan, dan memperoleh kemampuan untuk membentuk ikatan peptida dengan asam amino tetangga. Tanpa proses aktivasi asam amino, rantai polipeptida dari asam amino tidak dapat terbentuk.

Sebaliknya, bagian atas molekul tRNA mengandung triplet nukleotida antikodon, dengan bantuan tRNA yang melekat pada kodon komplementernya (Gbr. 22).

Molekul t-RNA pertama, dengan asam amino aktif yang melekat padanya, menempelkan antikodonnya ke kodon i-RNA, dan satu asam amino berakhir di ribosom. Kemudian tRNA kedua dilekatkan dengan antikodonnya ke kodon mRNA yang sesuai. Dalam hal ini, ribosom sudah mengandung 2 asam amino, di antaranya terbentuk ikatan peptida. TRNA pertama meninggalkan ribosom segera setelah ia menyumbangkan asam amino ke rantai polipeptida pada ribosom. Kemudian asam amino ke-3 ditambahkan ke dipeptida, dibawa oleh tRNA ketiga, dan seterusnya. Sintesis protein berhenti di salah satu kodon terminal - UAA, UAG, UGA (Gbr. 23).

1 – kodon mRNA; kodonUCGUCG; CUACUA; CGU -Universitas Negeri Pusat;

2– antikodon tRNA; antikodon GAT - GAT

Beras. 21 . Fase translasi: kodon mRNA tertarik ke antikodon tRNA oleh nukleotida komplementer yang sesuai (basa)

Pengikatan dua untai DNA merupakan proses pembentukan keterkaitan rantai DNA selama siklisasinya. Ketika sepasang atau lebih rantai polimer tertutup, mereka dapat membentuk berbagai jenis interkoneksi. Secara khusus, saling bertautan dibentuk oleh untaian heliks ganda dalam bentuk DNA melingkar tertutup (di sini heliks ganda DNA akan dianggap terutama sebagai rantai polimer tunggal). Molekul DNA yang terhubung cukup umum di alam dan dapat diproduksi di laboratorium. Tautan dua rantai, secara umum, memiliki tipe topologi yang tidak setara secara tak terhingga banyaknya. Konsep tatanan keterkaitan secara jelas hanya mencirikan tautan dari kelas tertentu yang terbentuk dalam DNA tertutup sirkular. Gambaran keseluruhan terlihat jauh lebih rumit.

Ketika rantai polimer mengalami siklisasi acak dalam larutan, rantai tersebut dapat berakhir pada keadaan topologi yang berbeda. Dalam kasus sirkuit terisolasi, mis. Tanpa memperhitungkan tautan yang dihasilkan, pertanyaan tentang kemungkinan keadaan topologi ini bermuara pada kemungkinan pembentukan berbagai node selama penutupan acak. Jika kita memperhitungkan kemungkinan keterjeratan, pertama-tama kita harus mempertimbangkan pertanyaan tentang kemungkinan pembentukan keadaan terjerat (atau keadaan tidak terjerat) ketika dua rantai ditutup secara acak dengan jarak tertentu antara pusat massanya. , R (Klenin K.V. ea, 1988, Frank-Kamenetskii M.D. ea, 1975, Vologodsky A.V. dkk., 1974a dan Iwata K., 1983). Hasil perhitungan untuk model rantai tipis tak terhingga (Klenin K.V. ea, 1988) ditunjukkan pada. Kurva yang berbeda berhubungan dengan jumlah segmen yang berbeda di masing-masing rantai (kedua rantai diasumsikan terdiri dari jumlah segmen yang sama): 1 - 20 segmen, 2 - 40, 3 - 80 segmen. Probabilitas yang signifikan dari pembentukan hubungan pada R kecil berarti bahwa jumlah keadaan suatu sistem dari dua rantai yang tidak terhubung berkurang secara signifikan ketika mereka saling mendekat. Akibatnya, solusi rantai polimer cincin tipis tak terhingga yang tidak terikat tidak akan ideal. Di dalamnya timbul tolakan antar rantai, yang bersifat entropis. Dalam mekanika statistik, tolakan seperti itu biasanya dicirikan secara kuantitatif oleh koefisien virial kedua B (Landau L. dan Lifshitz E.M., 1964). Nilai B untuk solusi cincin tidak terikat dapat dihitung dari data pada Gambar. Kemungkinan terbentuknya belitan antara dua rantai. Nilai-nilai ini (lihat Gambar. Perhitungan koefisien virial kedua) ternyata mendekati nilai B, sesuai dengan partikel berbentuk bola yang kedap satu sama lain, memiliki radius yang sama dengan akar rata-rata-kuadrat radius girasi a rantai polimer tertutup (Klenin K.V. ea, 1988). Jadi, bahkan sirkuit tertutup ideal yang sangat tipis pun harus mengalami tolakan timbal balik yang kuat, yang sepenuhnya disebabkan oleh pembatasan topologi.

Catenanes, yaitu keterlibatan molekul DNA ditemukan di beberapa sel (Clayton D.A. dan Vinograd J., 1967, Hudson B. dan Vinograd J., 1967). Contoh struktur topologi dengan belitan diberikan oleh jaringan raksasa kinetoplas DNA sirkular yang saling bertautan (lihat ulasan oleh Borst P. dan Hoeijmakers J.H.J., 1979). Jaringan ini mencakup puluhan ribu molekul DNA sirkular, yang sebagian besar memiliki struktur yang identik.

Metode utama untuk mempelajari topologi DNA beruntai ganda adalah mikroskop elektron dan elektroforesis gel. Namun, dalam foto mikroskop elektron DNA biasa, cukup sulit untuk menganalisis topologi molekul, karena sulit untuk menilai untaian mana pada titik perpotongannya pada substrat yang lebih tinggi dan mana yang lebih rendah. Untuk sebagian besar, kesulitan ini diatasi untuk pertama kalinya karena pengikatan heliks ganda ke protein recA (Krasnow M.A.ea, 1983). Dalam hal ini, untai DNA menebal sedemikian rupa sehingga struktur perpotongan segmen DNA terlihat jelas di foto. Di sisi lain, molekul DNA yang terikat berbeda dalam mobilitasnya dalam gel dari molekul yang tidak terikat, yang memungkinkan mereka dipisahkan selama elektroforesis (lihat Wasserman S.A. dan Cozzarelli N.R., 1986). Metode ini, tentu saja, memerlukan kalibrasi khusus, karena tidak mungkin untuk mengatakan sebelumnya posisi apa yang harus ditempati oleh struktur topologi tertentu dalam gel relatif terhadap bentuk DNA sirkular yang tidak terikat. Namun saat ini, sejumlah besar bahan percobaan tentang mobilitas berbagai struktur topologi relatif terhadap topoisomer DNA yang diteliti telah terakumulasi. Secara alami, ketika mempelajari molekul DNA yang saling bertautan dengan metode ini, mereka harus mengandung pemutusan untai tunggal, karena jika tidak, mobilitas akan bergantung pada urutan untaian heliks ganda yang saling bertautan.

Kelanjutan. Lihat Nomor 11, 12, 13, 14, 15/2005

Pelajaran biologi di kelas sains

Perencanaan lanjutan, kelas 10

Nukleotida terhubung satu sama lain selama reaksi kondensasi. Dalam hal ini, timbul ikatan ester antara atom karbon 3" dari residu gula satu nukleotida dan residu asam fosfat nukleotida lainnya. Akibatnya, terbentuk rantai polinukleotida tidak bercabang. Salah satu ujung rantai polinukleotida (disebut 5" ujung) diakhiri dengan molekul asam fosfat yang terikat pada atom karbon 5", ujung lainnya (disebut ujung 3") adalah ion hidrogen yang terikat pada atom karbon 3". Rantai nukleotida yang berurutan membentuk struktur utama DNA .

Jadi, kerangka rantai polinukleotida adalah karbohidrat-fosfat, karena nukleotida dihubungkan satu sama lain melalui pembentukan ikatan kovalen (jembatan fosfodiester), di mana gugus fosfat membentuk jembatan antara atom C3 dari satu molekul gula dan atom C5 berikutnya. Ikatan kovalen yang kuat antar nukleotida mengurangi risiko “pecahnya” asam nukleat.

Jika suatu polinukleotida yang dibentuk oleh empat jenis nukleotida mengandung 1000 unit, maka banyaknya kemungkinan varian komposisinya adalah 4.1000 (ini adalah angka dengan 6 ribu nol). Oleh karena itu, hanya empat jenis nukleotida yang dapat menghasilkan beragam asam nukleat dan informasi yang dikandungnya.

Pada tahun 1950, fisikawan Inggris Maurice Wilkins memperoleh pola difraksi sinar-X dari DNA. Dia menunjukkan bahwa molekul DNA memiliki struktur tertentu, yang penguraiannya akan membantu untuk memahami mekanisme fungsinya. Gambar sinar-X yang diperoleh dari DNA yang sangat murni memungkinkan Rosalind Franklin melihat pola berbentuk salib yang jelas - tanda pengenal heliks ganda. Diketahui bahwa nukleotida terletak pada jarak 0,34 nm satu sama lain, dan ada 10 nukleotida per putaran heliks.

Diameter molekul DNA sekitar 2 nm. Namun, dari data sinar-X, tidak jelas bagaimana kedua rantai tersebut disatukan.

Gambarannya menjadi sangat jelas pada tahun 1953, ketika ahli biokimia Amerika James Watson dan fisikawan Inggris Francis Crick, setelah mempertimbangkan totalitas data yang diketahui tentang struktur DNA, sampai pada kesimpulan bahwa tulang punggung gula fosfat terletak di pinggiran DNA. Molekul DNA, dan basa purin dan pirimidin berada di tengah.

D. Watson dan F. Crick menemukan bahwa dua rantai polinukleotida DNA dipelintir satu sama lain dan mengelilingi sumbu yang sama. Rantai DNA bersifat antiparalel (multiarah), yaitu. di seberang ujung 3" dari satu rantai terdapat ujung 5" dari rantai lainnya (bayangkan dua ular dipilin menjadi spiral - kepala yang satu ke ekor yang lain). Spiral biasanya dipelintir ke kanan, tetapi ada kasus pembentukan spiral ke kiri.

Bahkan sebelum penemuan Watson dan Crick, pada tahun 1950, ahli biokimia Australia Edwin Chargaff menemukan bahwa dalam DNA organisme apa pun, jumlah nukleotida adenil sama dengan jumlah nukleotida timidil, dan jumlah nukleotida guanil sama dengan jumlah nukleotida sitosil (A=T, G=C), atau jumlah total basa nitrogen purin sama dengan jumlah total basa nitrogen pirimidin (A+G=C+T) . Pola-pola ini disebut “aturan Chargaff.”

Faktanya adalah ketika heliks ganda terbentuk, basa nitrogen timin selalu dipasang berlawanan dengan basa nitrogen adenin dalam satu rantai, dan sitosin dipasang berlawanan dengan guanin, yaitu rantai DNA tampaknya saling melengkapi. Dan nukleotida berpasangan ini yang saling melengkapi satu sama lain (dari lat. pelengkap- tambahan). Kita telah beberapa kali menjumpai manifestasi saling melengkapi (pusat aktif enzim dan molekul substrat saling melengkapi; antigen dan antibodi saling melengkapi).

Mengapa prinsip ini diikuti? Untuk menjawab pertanyaan ini, kita perlu mengingat sifat kimia basa nitrogen heterosiklik. Adenin dan guanin termasuk dalam purin, sedangkan sitosin dan timin termasuk dalam pirimidin, yaitu ikatan tidak terbentuk antara basa nitrogen yang sifatnya sama. Selain itu, basa-basis komplementer bersesuaian satu sama lain secara geometris, yaitu. dalam ukuran dan bentuk.

Dengan demikian, Komplementaritas nukleotida adalah korespondensi kimia dan geometris dari struktur molekulnya satu sama lain.

Basa nitrogen mengandung atom oksigen dan nitrogen yang sangat elektronegatif, yang membawa muatan parsial negatif, serta atom hidrogen, yang membawa muatan parsial positif. Karena muatan parsial ini, ikatan hidrogen muncul antara basa nitrogen dari rangkaian antiparalel molekul DNA.

Pembentukan ikatan hidrogen antara basa nitrogen komplementer

Ada dua ikatan hidrogen antara adenin dan timin (A=T), dan tiga (G=C) antara guanin dan sitosin. Sambungan nukleotida seperti itu memastikan, pertama, pembentukan jumlah maksimum ikatan hidrogen, dan kedua, jarak antar rantai adalah sama di sepanjang heliks.

Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa dengan mengetahui urutan nukleotida pada satu heliks, kita dapat mengetahui urutan nukleotida pada heliks lainnya.

Untai komplementer ganda merupakan struktur sekunder DNA. Bentuk heliks DNA adalah struktur tersiernya.

Percakapan umum sambil mempelajari materi baru; penyelesaian masalah.

Tugas 1. Bagian dari salah satu rantai molekul DNA dipelajari di laboratorium. Ternyata terdiri dari 20 monomer yang tersusun dengan urutan sebagai berikut: G-T-G-T-A-A-C-G-A-C-C-G-A-T-A-C-T-G -T-A.
Apa yang dapat dikatakan tentang struktur bagian yang sesuai dari rantai kedua dari molekul DNA yang sama?

Mengetahui bahwa rantai molekul DNA saling melengkapi satu sama lain, kita menentukan urutan nukleotida dari rantai kedua dari molekul DNA yang sama: C-A-C-A-T-T-G-C-T-G-G-C-T-A-T- G-A-C-A-T.

Tugas 2. Pada suatu fragmen satu untai DNA, nukleotida terletak pada urutan: A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T...

1. Gambarlah diagram struktur untai kedua molekul DNA ini.
2. Berapa panjang nm dari fragmen DNA ini jika satu nukleotida menempati sekitar 0,34 nm?
3. Berapa banyak nukleotida (dalam%) yang terdapat pada fragmen molekul DNA ini?

1. Kami melengkapi untai kedua dari fragmen molekul DNA ini, menggunakan aturan saling melengkapi: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A.
2. Tentukan panjang fragmen DNA ini: 12x0,34 = 4,08 nm.
3. Hitung persentase nukleotida dalam fragmen DNA tersebut.

24 nukleotida – 100%
8A – x%, maka x=33,3%(A);
Karena menurut aturan Chargaff A=T yang berarti kandungan T=33,3%;
24 nukleotida – 100%
4G – x%, maka x=16,7%(G);
Karena menurut aturan Chargaff G=C yang berarti kandungan C=16,6%.

Jawaban: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A; 4,08nm; A=T=33,3%; G=C=16,7%

Soal 3. Berapakah komposisi untai DNA kedua jika untai pertama mengandung 18% guanin, 30% adenin, dan 20% timin?

1. Mengetahui bahwa rantai molekul DNA saling melengkapi, kita menentukan kandungan nukleotida (dalam%) pada rantai kedua:

Karena pada rantai pertama G = 18%, artinya pada rantai kedua C = 18%;
Karena pada rantai pertama A=30%, artinya pada rantai kedua T=30%;
Karena pada rantai pertama T=20%, artinya pada rantai kedua A=20%;

2. Tentukan kandungan sitosin pada rantai pertama (dalam%).

tentukan proporsi sitosin pada untai pertama DNA: 100% – 68% = 32% (C);

jika pada rantai pertama C = 32%, maka pada rantai kedua G = 32%.

Jawaban: C=18%; T=30%; SEBUAH=20%; G=32%

Soal 4. Dalam sebuah molekul DNA terdapat 23% adenil nukleotida dari jumlah total nukleotida. Tentukan jumlah nukleotida timidil dan sitosil.

1. Dengan menggunakan aturan Chargaff, kita menemukan kandungan nukleotida timidil dalam molekul DNA tertentu: A=T=23%.
2. Tentukan jumlah (dalam%) kandungan nukleotida adenil dan timidil dalam molekul DNA tertentu: 23% + 23% = 46%.
3. Tentukan jumlah (dalam%) kandungan nukleotida guanil dan sitosil dalam molekul DNA tertentu: 100% – 46% = 54%.
4. Menurut aturan Chargaff, dalam molekul DNA G = C, totalnya berjumlah 54%, dan secara individual: 54% : 2 = 27%.

Jawaban: T=23%; C=27%

Soal 5. Diberikan sebuah molekul DNA dengan berat molekul relatif 69 ribu, dimana 8625 di antaranya adalah nukleotida adenil. Berat molekul relatif satu nukleotida rata-rata 345. Berapa banyak nukleotida individu yang ada dalam DNA ini? Berapa panjang molekulnya?

1. Tentukan berapa banyak adenil nukleotida dalam molekul DNA tertentu: 8625: 345 = 25.
2. Menurut aturan Chargaff, A = G, yaitu. dalam molekul DNA tertentu A=T=25.
3. Tentukan berapa berat molekul total DNA ini yang merupakan bagian nukleotida guanyl: 69.000 – (8625x2) = 51.750.
4. Tentukan jumlah nukleotida guanyl dan sitosil pada DNA ini: 51.750:345=150.
5. Tentukan kandungan nukleotida guanil dan sitosil secara terpisah: 150:2 = 75;
6. Tentukan panjang molekul DNA ini: (25 + 75) x 0,34 = 34 nm.

Jawaban: A=T=25; G=C=75; 34 nm.

Soal 6. Menurut beberapa ilmuwan, panjang total seluruh molekul DNA dalam inti satu sel germinal manusia adalah sekitar 102 cm Berapa banyak pasangan nukleotida yang terkandung dalam DNA satu sel (1 nm = 10–6 mm)?

1. Ubah sentimeter ke milimeter dan nanometer: 102 cm = 1020 mm = 1.020.000.000 nm.
2. Mengetahui panjang satu nukleotida (0,34 nm), kita menentukan jumlah pasangan nukleotida yang terdapat dalam molekul DNA gamet manusia: (10 2 x 10 7): 0,34 = 3 x 10 9 pasang.

Jawaban: 3x109 pasang.

Pelajari paragraf buku teks dan catatan yang dibuat di kelas (isi, berat molekul asam nukleat, struktur nukleotida, aturan Chargaff, prinsip saling melengkapi, pembentukan molekul DNA untai ganda), selesaikan masalah setelah teks paragraf.

Peralatan: tabel biologi umum; diagram struktur nukleotida; model struktur DNA; diagram dan gambar yang menggambarkan struktur RNA, proses replikasi dan transkripsi.

Bekerja dengan kartu

Kartu 1. Tunjukkan perbedaan mendasar struktur molekul DNA dengan molekul biopolimer lain (protein, karbohidrat).

Kartu 2. Berdasarkan apa kapasitas informasi DNA yang sangat besar? Misalnya, DNA mamalia mengandung 4–6 miliar bit informasi, yang setara dengan perpustakaan sebanyak 1,5–2 ribu volume. Bagaimana fungsi ini tercermin dalam struktur?

Kartu 3. Saat dipanaskan, DNA, seperti protein, mengalami denaturasi. Menurut Anda apa yang terjadi pada heliks ganda?

Kartu 4. Isilah bagian yang kosong pada teks: “Dua untai molekul DNA saling berhadapan... . Rantainya terhubung..., dan di seberang nukleotida yang mengandung adenin selalu ada nukleotida yang mengandung..., dan di seberang nukleotida yang mengandung sitosin - mengandung.... Prinsip ini disebut prinsip… . Urutan susunannya... dalam molekul... untuk setiap organisme... menentukan urutan... dalam... . Jadi, DNA adalah…. DNA terlokalisasi terutama di... sel pada eukariota dan di... sel pada prokariota."

1. Asam nukleat, kandungannya dalam makhluk hidup, berat molekul.
2. NC – polimer non-periodik. Struktur nukleotida, jenis nukleotida.
3. Koneksi nukleotida menjadi rantai.
4. Pembentukan molekul DNA beruntai ganda.
5. Aturan Chargaff. Inti dari prinsip saling melengkapi.

Memeriksa kebenaran penyelesaian masalah yang diberikan dalam buku teks.

Protein membentuk dasar kehidupan. Fungsinya di dalam sel sangat beragam. Namun, tupai “tidak bisa” bereproduksi. Dan semua informasi tentang struktur protein terkandung dalam gen (DNA).

Pada organisme tingkat tinggi, protein disintesis di sitoplasma sel, dan DNA tersembunyi di balik cangkang nukleus. Oleh karena itu, DNA tidak dapat secara langsung berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis protein. Peran ini dilakukan oleh asam nukleat lain – RNA.

Molekul RNA adalah polinukleotida tidak bercabang dengan struktur tersier. Ia dibentuk oleh satu rantai polinukleotida, dan meskipun nukleotida komplementer yang termasuk dalam komposisinya juga mampu membentuk ikatan hidrogen satu sama lain, ikatan ini timbul antara nukleotida dari rantai yang sama. Rantai RNA jauh lebih pendek daripada rantai DNA. Meskipun kandungan DNA dalam sel relatif konstan, kandungan RNA sangat berfluktuasi. Jumlah RNA terbesar dalam sel diamati selama sintesis protein.

RNA memainkan peran utama dalam transmisi dan implementasi informasi herediter. Sesuai dengan fungsi dan ciri strukturalnya, beberapa kelas RNA seluler dibedakan.

Ada tiga kelas utama RNA seluler.

1. Informasi (mRNA), atau matriks (mRNA). Molekulnya sangat beragam dalam ukuran, berat molekul (dari 0,05x10 6 hingga 4x10 6) dan stabilitas. Mereka membentuk sekitar 2% dari jumlah total RNA di dalam sel. Semua mRNA adalah pembawa informasi genetik dari nukleus ke sitoplasma, ke tempat sintesis protein. Mereka berfungsi sebagai matriks (gambar kerja) untuk sintesis molekul protein, karena mereka menentukan urutan asam amino (struktur primer) dari molekul protein.

2. RNA ribosom (rRNA). Mereka membentuk 80–85% dari total konten RNA di dalam sel. RNA ribosom terdiri dari 3–5 ribu nukleotida. Ini disintesis di nukleolus nukleus. Dalam kompleks dengan protein ribosom, rRNA membentuk ribosom - organel tempat berkumpulnya molekul protein. Arti utama rRNA adalah memastikan pengikatan awal mRNA dan ribosom dan membentuk pusat aktif ribosom, di mana pembentukan ikatan peptida antara asam amino terjadi selama sintesis rantai polipeptida.

3. Transfer RNA(T RNA). Molekul tRNA biasanya mengandung 75-86 nukleotida. Berat molekul molekul tRNA adalah sekitar 25 ribu Molekul tRNA berperan sebagai perantara dalam biosintesis protein - mereka mengantarkan asam amino ke tempat sintesis protein, yaitu ke ribosom. Sel berisi lebih dari 30 jenis tRNA. Setiap jenis tRNA memiliki urutan nukleotida yang unik. Namun, semua molekul memiliki beberapa daerah komplementer intramolekul, sehingga semua tRNA memiliki struktur tersier yang menyerupai bentuk daun semanggi.

Siswa mengisi tabel lalu memeriksanya.

Salah satu sifat unik dari molekul DNA adalah kemampuannya untuk menggandakan diri - untuk mereproduksi salinan persis dari molekul aslinya. Berkat ini, transfer informasi herediter dari sel induk ke sel anak terjadi selama pembelahan. Proses penggandaan diri suatu molekul DNA disebut replikasi (reduplikasi).

Replikasi adalah proses kompleks yang melibatkan enzim (DNA polimerase). Agar replikasi dapat terjadi, heliks ganda DNA harus dilepaskan terlebih dahulu. Ini juga dilakukan oleh enzim khusus - heliks, memutus ikatan hidrogen antar basa. Namun daerah yang belum terurai sangat sensitif terhadap faktor perusak. Untuk memastikan bahwa mereka tetap dalam keadaan tidak terlindungi dalam waktu sesingkat mungkin, sintesis pada kedua rantai terjadi secara bersamaan.

Namun pada DNA induk, kedua untai heliks ganda bersifat antiparalel - berlawanan dengan ujung 3' dari satu untai terdapat ujung 5' dari untai lainnya, dan enzim DNA polimerase hanya dapat “bergerak” dalam satu arah – dari 3 untai. 'ujung ke ujung 5' dari untai templat. Oleh karena itu, replikasi separuh molekul induk, dimulai dengan 3'-nukleotida, diaktifkan setelah heliks ganda terlepas dan diyakini berlangsung terus menerus. Replikasi paruh kedua molekul dimulai sedikit kemudian dan bukan dari awal (di mana nukleotida 5' berada, yang mencegah reaksi), tetapi pada jarak tertentu darinya. Dalam hal ini, DNA polimerase bergerak ke arah yang berlawanan, mensintesis fragmen yang relatif pendek. Struktur yang muncul pada saat ini disebut garpu replikasi. Saat heliks ganda terlepas, garpu replikasi bergerak - sintesis bagian berikutnya dimulai pada untai kedua, bergerak menuju awal fragmen sebelumnya yang sudah disintesis. Kemudian fragmen-fragmen individu ini pada rantai matriks kedua (disebut pecahan Okazaki) dijahit bersama oleh enzim DNA ligase menjadi satu rantai.

Diagram struktur garpu replikasi DNA

Selama replikasi, energi molekul ATP tidak dikonsumsi, karena untuk sintesis rantai anak selama replikasi, bukan deoksiribonukleotida (mengandung satu residu asam fosfat) yang digunakan, tetapi deoksiribonukleosida trifosfat(mengandung tiga residu asam fosfat). Ketika deoksiribonukleosida trifosfat dimasukkan ke dalam rantai polinukleotida, kedua fosfat terminal dipisahkan, dan energi yang dilepaskan digunakan untuk membentuk ikatan ester antara nukleotida.

Sebagai hasil replikasi, dua heliks “anak” ganda terbentuk, yang masing-masing mempertahankan (mempertahankan) salah satu bagian DNA “ibu” asli yang tidak berubah. Rantai kedua molekul “anak” disintesis dari nukleotida lagi. Ini mendapat namanya semi-konservatif DNA.

Membaca RNA dari cetakan DNA disebut transkripsi(dari lat. transkripsi– menulis ulang). Itu dilakukan oleh enzim khusus - RNA polimerase. Tiga RNA polimerase berbeda telah ditemukan dalam sel eukariotik, mensintesis kelas RNA yang berbeda.

Transkripsi juga merupakan contoh reaksi sintesis templat. Rantai RNA sangat mirip dengan rantai DNA: ia juga terdiri dari nukleotida (ribonukleotida, sangat mirip dengan deoksiribonukleotida). RNA dibaca dari bagian DNA di mana ia dikodekan, sesuai dengan prinsip saling melengkapi: RNA urasil menjadi adenin berlawanan dalam DNA, sitosin berlawanan dengan guanin, adenin berlawanan dengan timin, dan guanin berlawanan dengan sitosin.

Dalam gen tertentu, hanya satu untai dari dua untai DNA komplementer yang berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis RNA. Rangkaian ini disebut rangkaian kerja.

Sesuai dengan konvensi yang diterima, permulaan gen dalam diagram digambarkan di sebelah kiri. Dalam hal ini, untai molekul DNA yang tidak berfungsi (tidak mengkode) akan memiliki ujung “kiri”, sedangkan untai yang bekerja (mengkode) akan memiliki ujung yang berlawanan.Enzim RNA polimerase menempel pada promotor(urutan spesifik nukleotida DNA yang “dikenali” oleh enzim karena afinitas kimianya dan terletak di ujung 3" dari bagian yang sesuai dari untai cetakan DNA). Hanya dengan bergabung dengan promotor RNA polimerase dapat memulai sintesis RNA dari ribonukleosida trifosfat bebas yang ada di dalam sel Energi untuk sintesis RNA terkandung dalam ikatan makroenergi ribonukleosida trifosfat.

Meringkas percakapan sambil mempelajari materi baru. Solusi dari masalah tersebut.

Tugas. Molekul DNA terdiri dari dua rantai - rantai utama tempat mRNA disintesis, dan rantai komplementer. Tuliskan urutan nukleotida pada mRNA yang disintesis jika urutan nukleotida pada untai DNA utama (yang berfungsi) adalah sebagai berikut: C-G-C-T-G-A-T-A-G.

Dengan menggunakan prinsip saling melengkapi, kami menentukan urutan susunan nukleotida dalam mRNA yang disintesis sepanjang untai DNA yang berfungsi: G-C-G-A-C-U-A-U-C.

Jawaban: G-C-G-A-C-U-A-U-C

Pelajari paragraf buku teks (RNA, kelas utama dan fungsinya, perbedaan DNA dan RNA, replikasi dan transkripsi).

Peralatan: tabel biologi umum, diagram struktur nukleotida, model struktur DNA, diagram dan gambar yang menggambarkan struktur RNA, proses replikasi dan transkripsi.

1. RNA dan signifikansinya dalam sel.
2. Kelas RNA seluler dan fungsinya ( tiga siswa).
3. Replikasi, mekanisme dan signifikansinya.
4. Transkripsi, mekanisme dan signifikansinya.

Guru membacakan abstrak di bawah angka, siswa menuliskan di buku catatannya nomor-nomor abstrak yang sesuai dengan isi versinya.

Opsi 1 – DNA; opsi 2 – RNA.

1. Molekul rantai tunggal.
2. Molekul beruntai ganda.
3. Mengandung adenin, urasil, guanin, sitosin.
4. Mengandung adenin, timin, guanin, sitosin.
5. Nukleotida mengandung ribosa.
6. Nukleotida mengandung deoksiribosa.
7. Terkandung dalam nukleus, kloroplas, mitokondria, sentriol, ribosom, sitoplasma.
8. Terkandung dalam nukleus, kloroplas, mitokondria.
9. Berpartisipasi dalam penyimpanan, reproduksi dan transmisi informasi turun-temurun.
10. Berpartisipasi dalam transmisi informasi turun-temurun.

Opsi 1 – 2; 4; 6; 8; 9;

Opsi 2 – 1; 3; 5; 7; 10.

Penyelesaian masalah

Tugas 1. Analisis kimia menunjukkan bahwa 28% dari total jumlah nukleotida mRNA ini adalah adenin, 6% adalah guanin, dan 40% adalah urasil. Bagaimana seharusnya komposisi nukleotida dari bagian DNA untai ganda yang sesuai, yang informasinya “ditulis ulang” oleh mRNA ini?

1. Mengetahui bahwa rantai molekul RNA dan rantai kerja molekul DNA saling melengkapi, kita menentukan kandungan nukleotida (dalam%) dalam rantai DNA kerja:

pada rantai mRNA G = 6% yang berarti pada rantai DNA kerja C = 6%;

pada rantai mRNA A = 28% yang berarti pada rantai DNA kerja T = 28%;

pada rantai mRNA Y = 40% yang berarti pada rantai DNA kerja A = 40%;

2. Tentukan kandungan sitosin pada rantai mRNA (dalam %).

tentukan proporsi sitosin pada rantai mRNA: 100% – 74% = 26% (C);

jika pada rantai mRNA C = 26%, maka pada rantai DNA kerja G = 26%.

Jawaban: C=6%; T=28%; J=40%; G=26%

Tugas 2. Pada suatu fragmen satu untai DNA, nukleotida terletak pada urutan: A-A-G-T-C-T-A-A-C-G-T-A-T. Gambarlah diagram struktur molekul DNA beruntai ganda. Berapa panjang fragmen DNA ini? Berapa banyak nukleotida (dalam%) yang ada dalam rantai DNA ini?

1. Menurut prinsip saling melengkapi, ia membangun untai kedua dari molekul DNA tertentu: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A.

2. Mengetahui panjang satu nukleotida (0,34 nm), kita menentukan panjang fragmen DNA ini (dalam DNA, panjang satu rantai sama dengan panjang seluruh molekul): 13x0,34 = 4,42 nm.

3. Hitung persentase nukleotida dalam rantai DNA tertentu:

13 nukleotida – 100%
5 SEBUAH – x%, x=38% (SEBUAH).
2G – x%, x=15,5% (G).
4 T – x%, x=31% (T).
2 C – x%, x=15,5% (C).

Jawaban: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A; 4,42nm; SEBUAH=38; T=31%; G=15,5%; C=15,5%.

Pilihan 1

1. Diberikan fragmen dari satu rantai molekul DNA: C-A-A-A-T-T-G-G-A-C-G-G-G. Tentukan kandungan (dalam%) setiap jenis nukleotida dan panjang fragmen molekul DNA tersebut.

2. Apakah 880 nukleotida guanil ditemukan dalam molekul DNA, yang merupakan 22% dari jumlah total nukleotida dalam DNA ini? Tentukan berapa banyak nukleotida lain (satu per satu) yang terkandung dalam molekul DNA ini. Berapa panjang DNA ini?

pilihan 2

1. Diberikan fragmen dari satu rantai molekul DNA: A-G-C-C-G-G-G-A-A-T-T-A. Tentukan kandungan (dalam%) setiap jenis nukleotida dan panjang fragmen molekul DNA tersebut.

2. 250 nukleotida timidil ditemukan dalam molekul DNA, yang merupakan 22,5% dari jumlah total nukleotida DNA ini. Tentukan berapa banyak nukleotida lain (satu per satu) yang terkandung dalam molekul DNA ini. Berapa panjang DNA ini?

Mengulas materi tentang golongan utama zat organik yang terdapat pada makhluk hidup.

Bersambung

Ikatan yang lemah, digambarkan sebagai garis melintang putus-putus, menghubungkan untaian DNA menjadi satu. Gambar tersebut menunjukkan bahwa kerangka rantai DNA terdiri dari residu asam fosfat dan deoksiribosa bergantian, yang mana basa purin dan pirimidin terikat di sampingnya. Ikatan hidrogen lemah (garis putus-putus) antara basa purin dan pirimidin menghubungkan kedua untai DNA satu sama lain. Penting untuk memperhatikan hal berikut di sini.

1. Setiap molekul basa purin adenin pada salah satu untai DNA selalu berikatan dengan molekul basa pirimidin timin pada untai lainnya.
2. Setiap molekul basa purin guanin selalu berikatan dengan molekul basa pirimidin sitosin.

Ikatan hidrogen sangat lemah, sehingga dua untai DNA dapat dengan mudah terpisah satu sama lain, yang berulang berkali-kali selama DNA berfungsi di dalam sel.

Arti DNA adalah melalui apa yang disebut kode genetik, menentukan sintesis berbagai protein seluler. Ketika dua untai DNA menyimpang, basa purin dan pirimidin akhirnya menghadap ke arah yang sama. Kelompok sampingan inilah yang menjadi dasar kode genetik.

Kode genetik adalah rangkaian triplet basa nitrogen, yang setiap tripletnya terdiri dari tiga basa nitrogen berurutan yang membentuk kodon. Urutan triplet basa nitrogen pada akhirnya menentukan urutan asam amino dalam molekul protein yang disintesis di dalam sel. Urutan ketiga kembar tiga ini bertanggung jawab untuk menempelkan tiga asam amino satu demi satu ke molekul protein yang disintesis: prolin, serin, dan asam glutamat.

DNA Terletak di inti sel, dan sebagian besar reaksi seluler terjadi di sitoplasma, jadi harus ada mekanisme yang memungkinkan gen mengendalikan reaksi ini. Mekanismenya adalah di dalam inti sel, berdasarkan DNA, asam nukleat lain disintesis - RNA, yang juga menjadi pembawa kode genetik. Proses ini disebut transkripsi. Melalui pori-pori membran inti, RNA yang baru disintesis dipindahkan dari nukleus ke sitoplasma, di mana sintesis protein terjadi berdasarkan RNA ini.

Untuk sintesis RNA kedua untai DNA perlu terpisah selama beberapa waktu, dan hanya satu dari untai ini yang akan digunakan sebagai cetakan untuk sintesis RNA. Berdasarkan setiap triplet DNA, terbentuk triplet RNA komplementer (kodon), yang urutannya, pada gilirannya, menentukan urutan asam amino dalam molekul protein yang disintesis dalam sitoplasma.

Elemen struktural dasar DNA. Elemen struktural dasar RNA dan DNA hampir sama, dengan dua pengecualian: pertama, alih-alih deoksiribosa, RNA mengandung gula yang strukturnya serupa - ribosa, yang memiliki ion hidroksil tambahan; kedua, alih-alih timin, RNA mengandung pirimidin lain - urasil.

Pembentukan nukleotida RNA. Pembentukan nukleotida RNA dari elemen strukturalnya terjadi dengan cara yang persis sama seperti pembentukan nukleotida DNA. RNA juga mengandung 4 nukleotida yang mengandung 4 basa nitrogen: adenin, guanin, sitosin, dan urasil. Mari kita tekankan sekali lagi bahwa alih-alih timin, RNA mengandung urasil, dan basa nitrogen yang tersisa dalam RNA dan DNA adalah sama.

Aktivasi nukleotida RNA. Pada tahap sintesis RNA berikutnya, nukleotidanya diaktifkan oleh aksi enzim RNA polimerase. Proses ini melibatkan penambahan dua gugus fosfat tambahan ke setiap nukleotida untuk membentuk trifosfat. Dua fosfat ditambahkan ke nukleotida dengan membentuk ikatan fosfat makroergik menggunakan energi ATP.
Akibat aktivasi, masing-masing nukleotida mengumpulkan sejumlah besar energi yang diperlukan untuk mengikatnya ke rantai RNA yang sedang tumbuh.