Bagaimana sel menyalin heliks ganda dengan polimerase, primer, garpu, pengoreksian, dan perbaikan
DNA replikasi
Replikasi DNA adalah proses sel yang menyalin informasi genetik sebelum pembelahan sel, menggunakan setiap untai heliks ganda sebagai templat untuk membangun untai komplementer baru dengan akurasi tinggi.
Apa yang dilakukan replikasi DNA
Sebelum sel membelah, ia harus menyalin DNA sehingga setiap sel anak menerima serangkaian instruksi genetik yang lengkap. DNA replikasi adalah proses yang membuat salinan itu. Penting untuk pertumbuhan, perbaikan jaringan, reproduksi, dan keturunan. Pada manusia, setiap sel yang membelah harus menyalin miliaran pasangan basa DNA, sementara bakteri dan virus menyalin genom yang lebih kecil menggunakan mesin yang terkait namun terkadang berbeda.
Mengapa heliks ganda itu penting
DNA memiliki dua helai yang dililitkan menjadi heliks ganda. Basa berpasangan dengan cara yang dapat diprediksi: adenin berpasangan dengan timin, dan sitosin berpasangan dengan guanin. Karena aturan pemasangan basa ini, setiap untai asli dapat berfungsi sebagai templat untuk membangun kembali untai pasangan yang hilang. Replikasi disebut semikonservatif karena setiap molekul DNA yang telah selesai mengandung satu untai asli dan satu untai baru.
Tempat replikasi dimulai
Replikasi dimulai pada urutan DNA tertentu yang disebut asal replikasi. Protein mengenali asal-usul ini, membuka heliks ganda, dan menciptakan gelembung replikasi. Di setiap ujung gelembung terdapat garpu replikasi, wilayah berbentuk Y tempat DNA dilepas dan disalin. Bakteri sering kali memiliki satu asal utama pada kromosom sirkular, sedangkan sel eukariotik seperti sel tumbuhan dan hewan menggunakan banyak asal usul pada kromosom linier panjang.
Mesin replikasi
Beberapa enzim bekerja sama. Helicase melepaskan heliks ganda. Protein pengikat untai tunggal menjaga agar untaian yang terpisah tidak menyatu kembali. Topoisomerase mengurangi tegangan puntir di depan garpu. Primase membuat primer RNA pendek karena DNA polymerase tidak dapat memulai untai baru dengan sendirinya. DNA polymerase memanjang dari primer dengan menambahkan nukleotida. Ligase DNA menutup celah sehingga sugar-phosphate backbone menjadi kontinu.
Untaian terdepan dan tertinggal
DNA polymerase dapat menambahkan nukleotida hanya pada ujung 3-prime dari untai yang sedang tumbuh, sehingga DNA baru dibuat dalam arah 5-prime hingga 3-prime. Karena dua untai cetakan berjalan berlawanan arah, satu untai baru disalin secara terus menerus ke arah garpu; ini adalah untaian terdepan. Yang lainnya disalin dari fork dengan singkat Okazaki fragments; ini adalah untaian tertinggal. Kemudian, primer dihilangkan, diganti dengan DNA, dan fragmen digabungkan dengan ligase.
Mengoreksi dan memperbaiki
Replikasi akurat karena DNA polymerases memilih basa berdasarkan pasangan templat dan banyak polimerase yang mengoreksi saat berfungsi. Jika basa yang ditambahkan salah, pemeriksaan ulang dapat menghapusnya sebelum sintesis dilanjutkan. Sistem perbaikan tambahan dapat memperbaiki ketidakcocokan atau kerusakan setelah replikasi. Sistem ini tidak sempurna, sehingga beberapa perubahan menjadi mutasi. Mutasi bisa bersifat netral, berbahaya, atau terkadang bermanfaat bagi evolusi, namun dalam sel tubuh, mutasi juga dapat menyebabkan kanker.
Telomer dan stres replikasi
Kromosom eukariotik berbentuk linier, sehingga menimbulkan masalah pada ujungnya karena replikasi biasa tidak dapat sepenuhnya menyalin ujung paling ujung dari untaian lagging. Telomer adalah urutan DNA berulang yang melindungi ujung kromosom, dan telomerase dapat memperluasnya di beberapa sel. Stres replikasi terjadi ketika penyalinan melambat atau terhenti karena kerusakan DNA, urutan yang sulit, pasokan nukleotida yang rendah, atau tabrakan dengan proses sel lainnya. Sel harus mengelola stres ini untuk menjaga stabilitas genom.
Mengapa itu penting
Replikasi DNA penting karena kehidupan bergantung pada penyalinan informasi genetik dengan cukup akurat untuk mempertahankan identitas, namun cukup fleksibel untuk evolusi dalam jangka waktu yang lama. Memahami replikasi membantu menjelaskan pewarisan, perkembangan, penuaan, kanker, target antibiotik, infeksi virus, penyakit genetik, bioteknologi, dan pengurutan DNA. Saat replikasi berhasil, sel meneruskan instruksi. Jika gagal, konsekuensinya dapat berkisar dari variasi yang tidak berbahaya hingga penyakit yang serius.