Nucleic acids and protein synthesis · ⁨Asam nukleat dan sintesis protein⁩

Asam nukleat (DNA dan RNA) adalah polimer dari unit-unit kecil yang disebut nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari tiga bagian yang bergabung:

• gugus fosfat,
• gula (gula 5-karbon),
• basis yang mengandung nitrogen.

ATP adalah nukleotida khusus. Ia memiliki basis adenin, gula ribose, dan tiga gugus fosfat. Memutus fosfat terakhir melepaskan energi bagi sel.

Terdapat lima basis, dalam dua kelompok:

• purin memiliki cincin ganda (dua cincin): adenin dan guanin.
• pirimidin memiliki cincin tunggal (satu cincin): sitosin, timin dan urasil.

Molekul DNA adalah dua untai yang terpilin menjadi heliks ganda.

Setiap untai memiliki tulang punggung gula (di sini gulanya adalah deoksiribosa) dan fosfat yang berselang-seling. Gula satu nukleotida terhubung ke fosfat berikutnya melalui ikatan fosfodiester.

Kedua untai diikat bersama oleh basis mereka, yang bertemu di tengah. Pasangan bersifat presisi — ini adalah pasangan basis komplementer:

• A selalu berpasangan dengan T, diikat oleh dua ikatan hidrogen.
• C selalu berpasangan dengan G, diikat oleh tiga ikatan hidrogen (sehingga pasangan basis C–G lebih sulit dipisahkan).

Kedua untai berjalan berlawanan arah: satu dari 5′ ke 3′ sementara yang lain dari 3′ ke 5′. Kita katakan bahwa mereka antiparalel.

Tangga datar di atas dipilin menjadi spiral. Model pengisi ruang ini, di mana setiap atom adalah bola, menunjukkan bentuk nyata dari heliks ganda:

DNA replikasi (penyalinan) terjadi selama fase S siklus sel. Ini semi-konservatif: setiap molekul baru menyimpan satu untai lama dan satu untai baru. Tahapannya adalah:

1. heliks ganda terbuka dan ikatan hidrogen putus, sehingga kedua untai terpisah.
2. setiap untai lama bertindak sebagai cetakan. Nukleotida bebas berpasangan dengan basis yang terekspos melalui pasangan basis komplementer.
3. enzim DNA polimerase menghubungkan nukleotida baru menjadi sebuah untai. Enzim hanya dapat menambahkan nukleotida dalam arah 5′ ke 3′.

Karena aturan 5′ ke 3′ itu, dua untai baru dibuat berbeda:

• untai leading dibangun secara kontinu, mengikuti pembukaan.
• untai lagging dibangun dalam potongan-potongan pendek, bekerja menjauhi titik pembukaan. Enzim DNA ligase kemudian menghubungkan potongan-potongan ini bersama-sama.

RNA juga tersusun atas nukleotida, namun berbentuk untai tunggal, gulungnya adalah ribosa, dan ia menggunakan urasil menggantikan timin. Jenis yang paling penting di sini adalah RNA pembawa pesan (mRNA), yang membawa salinan instruksi gen keluar dari inti sel untuk digunakan.

Gen adalah urutan nukleotida DNA yang mengkode satu polipeptida.

Kode ini dibaca dalam triplet—kelompok tiga basa. Setiap tripleteventualnya mengkode satu asam amino tertentu, atau berfungsi sebagai sinyal mulai atau berhenti. Kode ini bersifat universal: hampir semua makhluk hidup menggunakan triplet yang sama untuk asam amino yang sama.

Terdapat 64 kemungkinan triplet tetapi hanya 20 asam amino umum, sehingga sebagian besar asam amino dikodekan oleh lebih dari satu triplet.

Transkripsi (di dalam inti sel)

Gen DNA disalin menjadi mRNA. Proses ini disebut transkripsi.

• untai DNA yang disalin adalah untai templat; untai pasangannya adalah untai non-transkripsi.
• enzim RNA polimerase menggabungkan nukleotida RNA yang berpasangan dengan basa templat (dengan urasil berpasangan dengan adenin).
• pada eukariota, RNA pertama yang dihasilkan (transkrip primer) mengandung bagian pengkodean yang disebut ekson dan bagian non-pengkodean yang disebut intron. Intron dipotong dan ekson digabungkan untuk membentuk mRNA matang.

Translasi (di ribosom)

mRNA meninggalkan inti sel dan menempel pada ribosom. Membangun polipeptida dari kode mRNA adalah translasi.

• mRNA dibaca dalam kodon (setiap kodon adalah satu triplet basa mRNA).
• molekul RNA transfer (tRNA) membawa asam amino ke ribosom. Setiap tRNA memiliki antikodon yang berpasangan dengan kodon yang sesuai.
• saat kodon dibaca secara berurutan, ribosom menghubungkan asam amino dengan ikatan peptida, membangun polipeptida.

Contoh terarah. Untai templat DNA membaca TAC GGA CTT. Berikan kodon mRNA, dan sebutkan berapa panjang polipeptidanya. Transkripsikan melalui pasangan basa komplementer, ingatlah bahwa RNA menggunakan urasil menggantikan timin: TAC memberikan AUG, GGA memberikan CCU, CTT memberikan GAA. Jadi mRNA membaca AUG CCU GAA. AUG adalah kodon mulai (metionin), sehingga polipeptida tersebut tiga asam amino panjang - dua setelah metionin awal dihapus. Dua kesalahan menghabiskan sebagian besar nilai di sini: memasangkan A dengan T alih-alih U saat menulis mRNA, dan menyalin untai pengkodean alih-alih untai templat. mRNA komplementer terhadap templat, dan identik dengan untai pengkodean kecuali U menggantikan T.

Mutasi gen adalah perubahan pada urutan basa molekul DNA. Hal ini dapat mengubah polipeptida yang dihasilkan. Ada tiga jenis:

• substitusi — satu basa diganti dengan basa lain. Ini memaksimalkan mengubah satu asam amino, dan terkadang tidak ada (karena sebagian besar asam amino memiliki lebih dari satu triplet).
• delesi — sebuah basa dihilangkan.
• insersi — sebuah basa tambahan ditambahkan.

Delesi atau insersi menggeser cara setiap triplet selanjutnya dibaca, sehingga biasanya mengubah banyak asam amino setelah titik itu dan memiliki efek besar pada polipeptida.

• DNA bersifat antiparalel, diikat oleh ikatan hidrogen (A=T dua, C≡G tiga); replikasi bersifat semi-konservatif (setiap produk mempertahankan satu untai lama).
• Nyatakan di mana dan apa: transkripsi (inti → mRNA), translasi (ribosom, mRNA + tRNA → polipeptida).
• Jelaskan kode dengan keempat istilah: triplet, tak-berlapang, degeneratif, universal.
• Untuk mutasi gen (substitusi, insersi, delesi) jelaskan efeknya pada protein—dan mengapa substitusi bisa menjadi diam (degenerasi).