DNA adalah heliks ganda yang menyimpan informasi genetik. Struktur dan topologinya fundamental untuk fungsinya dalam replikasi, transkripsi, dan perbaikan, dan molekul ini dapat mengadopsi konformasi yang berbeda tergantung pada sekuens dan kondisi lingkungan.
Blok Bangunan Nukleotida
DNA adalah polimer deoksiribonukleotida, masing-masing terdiri dari tiga komponen. Basa nitrogen, baik purin (adenin atau guanin) atau pirimidin (sitosin atau timin), terikat pada karbon 1-prime deoksiribosa. Gugus fosfat diesterifikasi ke karbon 5-prime. Nukleotida dihubungkan oleh ikatan fosfodiester antara fosfat 5-prime dari satu nukleotida dan hidroksil 3-prime dari nukleotida berikutnya, menciptakan tulang punggung gula-fosfat dengan directionalitas.
Heliks Ganda
Struktur B-DNA klasik, yang dijelaskan oleh Watson dan Crick pada tahun 1953, adalah heliks ganda tangan kanan dengan beberapa fitur kunci. Dua untai polinukleotida berjalan antiparalel, dengan satu berorientasi 5-prime ke 3-prime dan yang lainnya 3-prime ke 5-prime. Tulang punggung gula-fosfat berada di luar, sementara basa berpasangan di interior melalui ikatan hidrogen. Adenin berpasangan dengan timin melalui dua ikatan hidrogen, dan guanin berpasangan dengan sitosin melalui tiga ikatan hidrogen, membuat sekuens kaya GC lebih stabil. Heliks memiliki diameter sekitar 2 nm, kenaikan 0,34 nm per pasangan basa, dan menyelesaikan satu putaran setiap 10,5 pasangan basa.
Konformasi DNA Alternatif
B-DNA adalah bentuk yang paling umum dalam kondisi fisiologis, tetapi DNA dapat mengadopsi konformasi lain. A-DNA adalah heliks tangan kanan yang lebih pendek dan lebih lebar yang terbentuk dalam kondisi dehidrasi dan relevan untuk hibrida DNA-RNA. Z-DNA adalah heliks tangan kiri dengan tulang punggung zigzag yang terbentuk pada sekuens purin-pirimidin bergantian, terutama pengulangan CG. Pembentukan Z-DNA difavoritkan oleh supercoiling negatif dan mungkin memiliki peran regulasi dalam transkripsi.
Supercoiling DNA
DNA dalam sel harus dipadatkan agar muat di dalam nukleus atau sel. Molekul DNA sirkuler, seperti kromosom bakteri dan plasmid, menjadi supercoil ketika terlalu tergulung atau kurang tergulung. Supercoiling negatif, di mana DNA kurang tergulung, adalah keadaan alami sebagian besar DNA seluler dan memfasilitasi pemisahan untai yang diperlukan untuk replikasi dan transkripsi. Supercoiling positif terjadi di depan garpu replikasi dan harus dihilangkan.
Topoisomerase adalah enzim yang mengelola topologi DNA. Topoisomerase I menciptakan putus untai tunggal sementara untuk menghilangkan stres torsional, mengubah nomor penghubung satu per satu. Topoisomerase II menciptakan putus untai ganda dan melewatkan segmen DNA lain, mengubah nomor penghubung dua. Enzim ini menjadi target obat antikanker seperti etoposida dan kamptotesin.
Struktur Kromatin
DNA eukariotik dikemas menjadi kromatin melalui asosiasi dengan protein histon. Unit dasarnya adalah nukleosom, terdiri dari 147 pasangan basa DNA yang melilit di sekitar oktamer histon inti masing-masing dua dari H2A, H2B, H3, dan H4. Histon penghubung H1 mengikat di antara nukleosom, mempromosikan pelipatan orde lebih tinggi. Pengemasan ini memadatkan DNA sekitar 10.000 kali lipat dan mengatur akses ke informasi genetik.
Denaturasi dan Renaturasi DNA
Kedua untai DNA dapat dipisahkan dengan pemanasan atau kondisi alkali yang mengganggu ikatan hidrogen. Elektroforesis gel agarosa menggunakan sifat-sifat ini untuk memisahkan fragmen DNA berdasarkan ukuran. Suhu leleh tergantung pada kandungan GC, dengan DNA kaya GC membutuhkan suhu lebih tinggi untuk denaturasi. Renaturasi DNA, juga disebut anil, terjadi ketika pendinginan memungkinkan untai komplementer untuk membentuk kembali heliks ganda. Proses ini adalah dasar untuk teknik hibridisasi, termasuk Southern blot dan microarray DNA.
Kode Genetik
Informasi genetik dikodekan dalam sekuens basa linier dalam DNA. Tiga nukleotida berurutan membentuk kodon, menentukan salah satu dari dua puluh asam amino. Kode genetik bersifat degeneratif, artinya sebagian besar asam amino ditentukan oleh beberapa kodon, dengan dua posisi pertama biasanya paling penting. Kode ini hampir universal di semua organisme yang dikenal, sangat mendukung asal usul evolusi yang sama.
