Molekul DNA membentuk dasar dari semua kehidupan yang dikenal karena strukturnya memungkinkan untuk dengan mudah disalin dalam sel-sel hidup, yang memungkinkan mereka untuk mereproduksi. Informasi genetik organisme yang terkandung dalam DNA-nya, dan duplikasi akurat diperlukan untuk menyampaikan informasi ini kepada generasi berikutnya. Menyalin materi genetik dalam inti sel disebut replikasi DNA.

Mekanisme yang terjadi dikenal sebagai replikasi semi-konservatif, dan melibatkan pemisahan molekul menjadi dua bagian, yang masing-masing membentuk template untuk molekul baru yang lengkap. Bahan yang tersedia di dalam sel kemudian ditambahkan ke template ini untuk menyelesaikan proses.

Struktur DNA

Setiap molekul DNA terdiri dari dua helai, yang terdiri dari gula dan gugus fosfat, dengan molekul yang dikenal sebagai basa membentuk hubungan antara mereka. Ada empat basa yang berbeda: adenin (A), guanine (G), sitosin (C) dan timin (T).

Setiap basa, bersama dengan gula dan gugus fosfat yang terpasang, dikenal sebagai nukleotida. Dua helai yang diselenggarakan bersama oleh ikatan hidrogen antara basa; Ikatan A dengan T dan C dengan G, sehingga mereka membentuk pasangan yang dikenal sebagai pasangan basa komplementer.

Helai membentuk heliks ganda, atau dua struktur spiral paralel, sedangkan pasangan basa membuat celah antara helai. Molekul-molekul DNA biasanya erat melingkar, berkali-kali, dan struktur membentuk yang dikenal sebagai kromosom. Informasi genetik yang lengkap, atau genom untuk organisme yang terkandung dalam satu set kromosom; genom manusia mengandung sekitar tiga miliar pasangan basa.

Replikasi DNA membentuk satu set baru kromosom, sebelum pembelahan sel. Proses replikasi dapat dipecah menjadi beberapa tahap, masing-masing dikendalikan oleh enzim.

Pemisahan

Untuk mereplikasi, untai DNA harus dipisahkan. Ikatan hidrogen antara pasangan basa yang cukup untuk menahan helai bersama kuat dalam keadaan normal, tapi cukup lemah yang memungkinkan mereka dapat ditarik terpisah dengan mudah bila diperlukan. Karena molekul biasanya dalam keadaan yang sangat melingkar, dua helai tidak akan berpisah tanpa bantuan.

Enzim yang disebut gyrases bekerja untuk memecah, atau menguraikan DNA, sedangkan enzim yang disebut helikase memulai membuka, memecah ikatan hidrogen antara pasangan basa. Protein khusus kemudian mengikat ke untaian yang terpisah untuk menjaga mereka terpisah dan memungkinkan replikasi terjadi.

Duplikasi

Nukleotida ada secara independen dari DNA di dalaminti sel atau, dalam kasus bakteri, dalam cairan sel. Ketika molekul DNA telah terpecah, nukleotida bebas mulai membetuk ikatan dengan pasangan basa baru dengan melengkapi setiap helai – A ke T dan C ke G – membentuk molekul untai ganda baru. Proses ini diaktifkan oleh enzim yang dikenal sebagai DNA polimerase.

Dua salinan yang dihasilkan masing-masing memiliki satu untai baru dan salah satu dari molekul aslinya. Inilah sebabnya mengapa replikasi DNA disebut semi-konservatif – setengah dari setiap molekul baru setengah diselamatkan dari induknya.

Proses pemecahan dan duplikasi terjadi tumpang tindih. Saat helai datang terpisah, untai komplementer baru dibangun sementara pemisahan terus sepanjang heliks ganda. Molekul DNA di sebagian besar organisme akan sangat panjang, sehingga lebih efisien untuk membelah dan proses duplikasi terjadi di banyak tempat sekaligus. Titik-titik ini dikenal sebagai asal replikasi. Ketika dua asal seperti bertemu, enzim yang disebut ligases bergabung dengan untai baru bersama-sama.

Pemeriksaan kesalahan

Proses replikasi ini sangat akurat, namun kesalahan dapat terjadi. Kadang-kadang, ikatan dapat terbentuk antara kombinasi yang salah dari basa. Sebagai contoh, G sesekali dapat berikatan dengan T bukannya A. Basa juga bisa eksis dalam bentuk yang sedikit berbeda yang dapat berikatan pada pasangan yang tidak benar.

Biasanya, ada sekitar satu kesalahan untuk setiap 100 juta ikatan pasangan basa. Pada manusia, ini akan menghasilkan sekitar 30 kesalahan untuk setiap replikasi lengkap. Namun demikian, sejumlah pemeriksaan kesalahan dan mekanisme koreksi yang mendeteksi kesalahan dan memperbaiki dengan sangat efektif. Sebagai contoh, ikatan antara pasangan basa serasi relatif stabil, dan enzim polimerase yang membantu proses duplikasi juga dapat melepaskan sebuah nukleotida yang salah, sehingga salah satu yang baru, benar, akan ditambahkan. Ini mengurangi jumlah rata-rata kesalahan per replikasi sekitar tiga.

Kesalahan replikasi: Mutasi, Kanker, dan Evolusi

Kesalahan dalam replikasi DNA biasanya hal yang buruk pada tingkat individu. Mereka dapat menyebabkan mutasi, yang umumnya tidak menguntungkan; mereka dapat menyebabkan kanker atau penyakit yang mengancam kehidupan lainnya. Di sisi lain, tanpa kesalahan ini, manusia dan organisme lain seperti yang dikenal saat ini tidak akan berada di sini. Kadang-kadang, mutasi dapat memberikan keuntungan, meningkatkan kemungkinan suatu organisme untuk bertahan hidup cukup lama untuk mereproduksi dan lulus pada perubahan yang menguntungkan, yang kemudian akan menjadi lebih umum. Ini adalah bagaimana evolusi bekerja: kesalahan replikasi memungkinkan organisme untuk beradaptasi dengan perubahan lingkungan dan berkembang menjadi bentuk kehidupan baru.