DNA dan kode genetik

Berdasarkan informasi genetik, DNA menempati tempat yang unik dan sentral dalam biologi makromolekul. Susunan nukleotida DNA akhirnya menjelaskan struktur utama semua RNA sel dan protein, dan enzim secara tidak langsung dapat mempengaruhi sintesis seluruh unsur-unsur pokok sel, menentukan ukuran, bentuk, dan fungsi dari setiap benda-benda hidup.

Struktur DNA merupakan alat yang bagus sekali untuk penyimpanan stabil informasi genetic. Ungkapan penyimpanan stabil mejelaskan gambaran statis dan tidak lengkap tentang peranan biokimia DNA dalam sel. Penjelasan tepat tentang fungsi DNA harus juga menjelaskan bagaimana informasi genetic dipancarkan dari satu generasi sel ke generasi berikutnya. Istilah Metabolisme DNA dapat digunakan untuk menjelaskan dari mana salinan molekul DNA yang tepat dibuat (replikasi), melalui proses yang mempengaruhi struktur informasi didalamnya (perbaikan dan penggabungan ulang). Dua hal tersebut akan menjadi fokus pembahasan dalam bab ini.

Mungkin selain faktor-faktor tersebut, ada persyaratan untuk tingkatan akurasi yang baik yang membentuk proses-proses tersebut. Pada level penggabungan satu nukleotida dengan nukleotida yang lain, kimia replikasi DNA sangatlah sederhana dan bagus, hampir menipu. Namun seperti yang akan kita lihat, sintesis semua makromolekul yang mengandung informasi melibatkan alat kompleks untuk memasukkan informasi dipancarkan dengan utuh. Jika terjadi kesalahan, kekeliruan pada sintesis DNA dapat menimbulkan konsekuensi menakutkan yakni kesalahan tersebut bisa permanen. Enzim-enzim yang mensintesa DNA harus menyalin molekul DNA yang sering mengandung banyak basa, dan enzim-enzim ini melakukannya dengan tepat dan cepat. Enzim-enzim tersebut juga harus bekerja pada substrat DNA yang memadat dan terikat dengan protein lain. Enzim yang mengkatalisasi formasi tali pospodiester hanyalah bagian dari sistem elaborasi yang melibatkan banyak protein dan enzim.

Pentinganya menjaga integritas informasi pada DNA sangat ditekankan ketika pembahasan berikutnya diperbaiki. DNA sangat rentan terhadap reaksi yang membahayakan. Meskipun bahaya tersebut lambat, namun sangat berarti karena perubahan susunan DNA yang sangat rendah biologi toleransinya. DNA merupakan satu-satunya makromolekul yang menyebabkan sistem itu ada, dan jumlah sistem, perbedaan, dan kerumitan yang menunjukan luasnya wilayah dimana molekul DNA ada.

Proses dimana informasi genetic disusun kembali, secara kolektif disebut rekombinasi, sepertinya mengingkari prinsip yang baru saja dibentuk. Jika integritas informasi genetic merupakan sesuatu yang penting, kenapa harus disusun kembali? Salah satu penjelasan sepertinya dibutuhkan untuk menjaga level perbedaan genetic dengan menyediakan kombinasi allele baru, kemungkinan lain dari bentuk gen tunggal. Meskipun tanpa penjelasan, rekombinasi bukanlah proses yang buruk. Sebagian besar rekombinasi konservatif pada satu hal bahwa informasi genetic tidak boleh dihilangkan ataupun ditambah. Meskipun, pengamatan lebih dalam tentang rekombinasi, proses perbaikan DNA atau regulasi gen dilakukan secara diam-diam.

Penekanan khusus yang akan diberikan pada bab ini adalah tentang enzim yang mengkatalisasi proses tersebut. Enzim-enzim tersebut sangat bernilai untuk diperkenalkan keseharian enzim ini digunakan sebagai bahan reaksi pada teknologi biokimia modern. Karena banyak penemuan tentang metabolisme DNA ditemukan pada E. coli, enzim yang terkenal disediakan oleh bakteri ini umumnya digunakan untuk menggambarkan aturan dasar. Pengamatan dangkal tentang gen-gen yang relevan pada pemetaan genetic E. coli (Gb. 24-1) hanya memberikan gambaran singkat tentang apa yang akan terjadi.

Sebelum berpindah pada replikasi, kita harus melihat dua penyimpangan kecil. Yang pertama mengenai penggunaan akronim untuk menamai gen dan protein. Genetic bakteri merupakan alat yang luarbiasa yang memudahkan banyak kegiatan pada bab ini. Gen bakteri yang mempengaruhi proses sel yang diujiseperti replikasi sering diidentifikasi sebelum peranan dari produk proteinnya dimengerti. Dengan persetujuan, akronim yang digunakan untuk memperkenalkan gen bakteri (dan terkadang eukrayotik) umumnya dengan tiga huruf kecil, huruf miring yag menggambarkan fungsinya, seperti dna, wvr, atau rec untuk gen yang mempengaruhi replikasi DNA, kekuatan melawan kerusakan akibat radiasi UV, atau rekombinasi. Pada kasus gen ganda yang mempengaruhi proses yang sama, penandaan A, B, C, dll ditambahkan, biasanya menggambarkan, susunan sementara gen yang ditemukan dari pada susunan reaksi. Sebagian besar kasus produk protein dari masing-masing gen akhirnya terisolasi dan tercirikan. Kadang produknya teridentifikasi seperti isolasi protein sebelumnya. Gen dnaE contohnya, ditemukan untuk mengkode polimerisasi subunit DNA polymerase III; akibatnya, gen dnaE diganti namanya menjadi polC untuk menggambarkan fungsinya lebih baik. Pada banyak kasus, produk protein ternyata menjadi baru, dengan aktivitas yang sulit digambarkan enzim sederhana. Pada prakteknya yang dapat membingungkan, protein-protein ini sering memakai nama gennya; sebagai contoh , produk gen dnaA dan recA secara sederhana dinamai protein DnaA dan RecA. Banyak contoh dari paktek ini ditemukan di bab ini. Kami menggunakan nama dalam tulis miring yang mengacu pada gen atau susunan DNA penting, dan tulisan romawi digunakan ketika nama mengacu pada protein*

Penyimpangan kedua dibutuhkan untuk memasukan enzim yang menurunkan DNA dari pada mensintesa DNA, karena penyimpangan DNA secara langsung memegang peranan penting pada semua proses yang akan dijelaskan dalam bab ini. Enzim ini disebut nukleoses atau Dnases jika enzim ini secara khusus untuk DNA. Setiap sel mengandung beberapa nukleases berbeda, dan dibedakan menjadi dua kelas; eksonuklease dan endonukleases. Exonuklease menurunkan DNA dari salah satu ujung molekul. Banyak exonukleases secara khusus untuk penyimpangan baik arah 5′→3′ dan 3′→5′; enzim ini menghilangkan nukleotida secara khusus dari ujung 5′ atau 3′ dari salah satu strand asam nukleik strand ganda (lihat Gb. 12-7). Endonukleases bekerja di dalam asam nukleik, menjadikan asam ini menjadi fragmen kecil. Sejumlah kecil exonuklease dan endonukleases hanya menurunkan DNA strand tunggal. Ada juga kelas endonuklease penting yang hanya membelah susunan nukleotida khusus (contohnya: restriksi endonuklease).