SINTESIS PROTEIN

Satu gen satu protein

Selama tahun 1930, meskipun kemajuan besar, genetika memiliki pertanyaan frustasi dari beberapa yang belum menjawab:

Apa sebenarnya gen?

Bagaimana cara kerjanya?

Apa yang dihasilkan fenotipe yang unik yang terkait dengan alel tertentu?

Jawaban dari fisika, kimia, dan studi tentang penyakit menular memunculkan bidang biologi molekuler. Reaksi biokimia dikendalikan oleh enzim, dan seringkali akan disusun dalam rantai reaksi yang dikenal sebagai jalur metabolisme. Kehilangan aktivitas dalam enzim tunggal dapat menonaktifkan jalur keseluruhan.

Archibald Garrod, pada 1902, pertama kali mengusulkan hubungan melalui studi alkaptonuria dan hubungannya dengan jumlah besar "alkapton". Dia beralasan orang sehat yang tidak dimetabolisme "alkapton" (asam homogentistic sekarang disebut) dengan produk lain sehingga tidak akan penumpukan dalam urin. Garrod diduga penyumbatan jalur untuk memecah kimia ini turun, dan mengusulkan syarat sebagai "kesalahan metabolisme bawaan". Dia juga menemukan alkaptonuria diwariskan sebagai sifat resesif Mendel.

George Beadle dan Edward Tatum selama akhir 1930-an dan awal 1940-an didirikan koneksi Garrod diduga antara gen dan metabolisme. Mereka menggunakan sinar X untuk menyebabkan mutasi pada strain dari Neurospora cetakan. Mutasi ini mempengaruhi sebuah gen tunggal dan enzim tunggal dalam jalur metabolik tertentu. Beadle dan Tatum mengusulkan "satu gen satu hipotesis enzim" yang mereka memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 1958.

Karena reaksi kimia yang terjadi dalam tubuh dimediasi oleh enzim, dan karena enzim adalah protein dan dengan demikian sifat diwariskan, harus ada hubungan antara gen dan protein. George Beadle, selama tahun 1940, mengusulkan bahwa warna mata mutan pada Drosophila disebabkan oleh perubahan dalam satu protein dalam jalur biosintesis.

Pada tahun 1941 Beadle dan rekan kerja Edward L. Tatum memutuskan untuk memeriksa langkah demi langkah reaksi kimia dalam jalur. Mereka menggunakan Neurospora crassa sebagai organisme eksperimental. Ia memiliki siklus hidup pendek dan mudah tumbuh. Sejak itu haploid untuk banyak siklus hidupnya, mutasi akan segera diungkapkan. Produk meiosis dapat dengan mudah diperiksa. Studi pemetaan kromosom pada organisme difasilitasi pekerjaan mereka. Neurospora dapat tumbuh pada media minimal, dan nutrisi itu dapat dipelajari oleh kemampuannya untuk memetabolisme gula dan bahan kimia lainnya ilmuwan bisa menambah atau menghapus dari campuran medium. Itu dapat mensintesis semua asam amino dan bahan kimia lainnya yang diperlukan untuk itu untuk tumbuh, sehingga mutan dalam jalur sintetis akan dengan mudah muncul. Sinar-X mutasi diinduksi dalam Neurospora, dan spora bermutasi ditempatkan pada media pertumbuhan yang diperkaya dengan semua asam amino esensial. Menyeberangi jamur bermutasi dengan bentuk non-bermutasi diproduksi spora yang kemudian ditumbuhkan pada media memasok hanya satu dari 20 asam amino esensial. Jika spora tidak memiliki kemampuan untuk mensintesis asam amino tertentu, seperti Pro (prolin), itu hanya akan tumbuh jika prolin adalah dalam medium pertumbuhan. Biosintesis asam amino (pembentuk protein) adalah proses yang kompleks dengan reaksi kimia dimediasi oleh enzim, yang jika bermutasi akan menutup jalur tersebut, sehingga tidak ada pertumbuhan. Beadle dan Tatum mengusulkan teori "satu gen satu enzim" . Satu gen kode untuk produksi satu protein. "Salah satu gen satu enzim" sejak itu telah dimodifikasi untuk "satu gen satu polipeptida" karena banyak protein (seperti hemoglobin) yang dibuat lebih dari satu polipeptida.

Struktur Hemoglobin

Linus Pauling menggunakan elektroforesis untuk molekul hemoglobin yang terpisah. Anemia sel sabit (h) adalah alel resesif di mana hemoglobin dibuat cacat , akhirnya menyebabkan sakit dan kematian bagi mereka resesif individu homozigot untuk sifat tersebut. Pauling beralasan bahwa jika Beadle dan Tatum benar, harus ada perbedaan (tapi terdeteksi) kecil antara struktur hemoglobin (hh) sel normal (KK) dan sabit karena perbedaan genetik. Heterozigot (Hh, juga sampel oleh Pauling) membuat kedua normal dan "sabit sel" hemoglobin. Kemudian, Vernon Ingram menemukan bahwa hemoglobin normal dan sel sabit berbeda hanya 1 (dari total 300) asam amino.

Virus Mengandung DNA
"Kemeja" dari virus bertindak sebagai antigen, memulai suatu respon antibodi antigen-spesifik. Ingatlah bahwa pekerjaan vaksin dengan baik mendorong sistem kekebalan tubuh untuk membuat antibodi atau dengan menyediakan antibodi. Jika virus (atau apa pun dalam hal ini) bermutasi antigen, sistem kekebalan tubuh selamanya bermain catch-up.

RNA Links Informasi dalam DNA dengan Urutan Asam Amino Protein dalam
Asam ribonukleat (RNA) ditemukan setelah DNA.
DNA, dengan pengecualian dalam kloroplas dan mitokondria, dibatasi ke inti (pada eukariota, wilayah nucleoid di prokariota). RNA terjadi dalam inti maupun sitoplasma (juga ingat bahwa itu terjadi sebagai bagian dari ribosom yang melapisi retikulum endoplasma kasar).

Para ilmuwan selama beberapa waktu telah menduga seperti hubungan antara DNA dan protein. Sel embrio berkembang mengandung kadar tinggi dari RNA. Berkembang pesat E. coli memiliki setengah massa sebagai ribosom. Ribosom adalah 2/3 RNA (sejenis RNA yang dikenal sebagai RNA ribosomal atau rRNA) dan 1/3 protein. RNA disintesis dari DNA virus dalam sel yang terinfeksi sebelum sintesis protein dimulai. Beberapa virus, misalnya Tembakau Mosaic Virus (TMV) memiliki RNA di tempat DNA. Jika RNA diekstraksi dari virus disuntikkan ke dalam sel inang sel mulai membuat virus baru. Jelas RNA yang terlibat dalam sintesis protein.

Crick sentral dogma. Arus informasi (dengan pengecualian transkripsi balik) adalah dari DNA ke RNA melalui proses transkripsi, dan dari situ ke protein melalui terjemahan. Transkripsi adalah pembuatan sebuah molekul RNA dari template DNA. Terjemahan adalah pembangunan urutan asam amino (polipeptida) dari sebuah molekul RNA. Meskipun awalnya disebut dogma, ide ini telah diuji berulang kali dengan hampir tidak ada pengecualian untuk aturan yang ditemukan (menyimpan retrovirus).

Dogma sentral.

RNA Messenger (mRNA) adalah cetak biru untuk pembangunan protein. RNA ribosomal (rRNA) adalah situs konstruksi di mana protein dibuat. RNA transfer (tRNA) adalah truk memberikan asam amino yang tepat ke situs pada waktu yang tepat

RNA memiliki gula ribosa bukan gula deoksiribosa. Para urasil dasar (U) menggantikan timin (T) pada RNA. Kebanyakan RNA tunggal terdampar, meskipun tRNA akan membentuk "daun semanggi" struktur karena pasangan basa komplementer.

Transkripsi: membuat salinan RNA dari urutan DNA
RNA polimerase membuka bagian dari DNA yang akan ditranskripsi. Hanya satu untai DNA (untai template) ditranskripsi. Nukleotida RNA yang tersedia di daerah kromatin (proses ini hanya terjadi selama Interphasa) dan dihubungkan bersama sama dengan proses DNA.

Kode Genetik: Terjemahan dari kode RNA menjadi protein
Kode terdiri dari setidaknya tiga basis, menurut astronom George Gamow. Untuk kode untuk 20 asam amino esensial kode genetik harus terdiri dari setidaknya satu set 3-basis (triplet) dari 4 basa. Jika seseorang mempertimbangkan kemungkinan mengatur empat hal 3 sekaligus (4x4x4), kita mendapatkan 64 kata kode mungkin, atau kodon (urutan 3-berdasarkan mRNA yang mengkode baik asam amino tertentu atau kata kontrol).

Kode genetik itu dipecahkan oleh Marshall Nirenberg dan Heinrich Matthaei, satu dekade setelah bekerja Watson dan Crick. Nirenberg menemukan bahwa RNA, terlepas dari organisme sumbernya, bisa memulai sintesis protein bila dikombinasikan dengan isi sel E. coli yang rusak. Dengan menambahkan poli-U untuk setiap dari 20 uji-tabung (tabung masing-masing memiliki berbeda "tag" asam amino) Nirenberg dan Matthaei mampu menentukan bahwa kodon UUU (satu-satunya di poli-U) kode untuk asam amino fenilalanin .

Langkah-langkah dalam memecahkan kode genetik: yang mengartikan dari mRNA poli-U.

Demikian juga, sebuah mRNA buatan yang terdiri dari balik A dan C akan basis kode untuk asam amino histidin bergantian dan treonin. Secara bertahap, listing lengkap dari kodon kode genetik dikembangkan.

Mengartikan kode: poli CA.

Kode genetik terdiri dari 61 asam amino kodon coding dan tiga kodon terminasi, yang menghentikan proses penerjemahan. Kode genetik demikian berlebihan (merosot dalam arti memiliki beberapa negara sebesar hal yang sama), dengan, misalnya, glisin disandikan oleh GGU, GGC, GGA, dan kodon GGG. Jika kodon bermutasi, dikaatakan dari GGU untuk CGU, adalah asam amino yang sama yang ditentukan?

Kode genetik

Protein Sintesis
Regulasi gen prokariotik berbeda dari peraturan eukariotik, tapi karena prokariota jauh lebih mudah untuk bekerja dengan, kita fokus pada prokariota pada saat ini. Promotor adalah urutan DNA yang sinyal awal untuk transkripsi mRNA. Terminator adalah sinyal berhenti. molekul mRNA yang panjang (500 - 10.000 nukleotida).

Ribosom adalah organel (di semua sel) di mana protein disintesis. Mereka terdiri dari dua pertiga rRNA dan sepertiga protein. Ribosom terdiri dari (50S) subunit kecil (dalam E. coli, 30S) dan lebih besar. Panjang rRNA berbeda di masing-masing. Unit 30S memiliki 16S rRNA dan 21 protein yang berbeda. Subunit 50S terdiri dari 5S dan 23S rRNA dan 34 protein yang berbeda. Subunit kecil memiliki situs pengikatan untuk mRNA. Subunit yang lebih besar memiliki dua situs pengikatan untuk tRNA.

Subunit ribosom.


RNA transfer (tRNA) pada dasarnya berbentuk daun semanggi. tRNA membawa asam amino ke ribosom yang tepat ketika kodon panggilan untuk mereka. Di bagian atas dari loop besar adalah tiga basis, antikodon, yang merupakan komplemen dari kodon tersebut. Ada 61 tRNA yang berbeda, masing-masing memiliki situs pengikatan berbeda untuk asam amino dan antikodon yang berbeda. Untuk UUU kodon, yang antikodon komplementer adalah AAA. Asam amino hubungan dengan tRNA yang tepat dikendalikan oleh aminoasil-tRNA sintetase. Energi untuk mengikat asam amino dengan tRNA berasal dari konversi ATP menjadi adenosin monofosfat (AMP).

Dua model dari tRNA.


translasi adalah proses mengubah urutan mRNA kodon menjadi urutan asam amino. Kodon inisiator (AUG) Kode untuk asam amino N-formilmetionin (f-Met). Transkripsi tidak terjadi tanpa kodon Agustus f-Met selalu asam amino pertama dalam rantai polipeptida, meskipun sering tersebut akan dihapus setelah penerjemahan. TRNA intitator / mRNA / unit ribosom kecil ini disebut kompleks inisiasi. Subunit besar menempel pada kompleks inisiasi. Setelah fase inisiasi pesan mendapatkan lagi selama fase elongasi.

Translation

TRNA membawa asam amino baru mereka ke kompleks ribosom / mRNA, membentuk ikatan peptida antara asam amino. Kompleks ini kemudian bergeser sepanjang mRNA untuk triplet berikutnya, membuka situs A. TRNA baru masuk di lokasi A. Ketika kodon di situs adalah kodon terminasi, faktor melepaskan mengikat ke situs, berhenti terjemahan dan melepaskan kompleks ribosom dan mRNA.

Seringkali banyak ribosom akan membaca pesan yang sama, sebuah struktur yang dikenal sebagai bentuk polysome. Dengan cara ini sel dapat dengan cepat membuat banyak protein.

Banyak ribosom menterjemahkan pesan yang sama,


Ilustrasi di bawah ini dari situs Excellence Genentech

Mutasi
Sebelumnya telah didefinisikan sebagai perubahan mutasi pada DNA. Kami sekarang dapat memperbaiki definisi bahwa: mutasi adalah perubahan urutan basa DNA yang menghasilkan perubahan asam amino (s) dalam kode polipeptida oleh gen itu. Alel adalah urutan alternatif dari basa DNA (gen), dan dengan demikian pada tingkat molekul produk alel berbeda (sering dengan hanya satu asam amino tunggal, yang dapat memiliki efek riak pada organisme dengan mengubah). Penambahan, penghapusan, atau penambahan nukleotida dapat mengubah polipeptida. Mutasi titik adalah hasil dari substitusi sebuah basa tunggal. Frame-pergeseran mutasi terjadi ketika bingkai membaca gen digeser dengan penambahan atau penghapusan satu atau lebih basa. Dengan pengecualian dari mitokondria, semua organisme menggunakan kode genetik yang sama. Powerfull bukti untuk leluhur umum dari semua makhluk hidup.

semoga bermanfaat ^ _ ^