Replikasi dan Perbaikan DNA

Sebelum sel membelah, ia menyalin seluruh genomnya dengan akurasi yang luar biasa, dan jaringan sistem perbaikan terus-menerus mengoreksi kerusakan dan kesalahan yang jika tidak akan merusak sekuens yang diwariskan.

Definition

Replikasi DNA adalah penyalinan genom secara semikonservatif di mana setiap untai induk menjadi templat untai komplementer baru, dan perbaikan DNA adalah serangkaian jalur enzimatik yang mendeteksi dan mengoreksi kerusakan serta kesalahan replikasi.

Scope

Topik ini mencakup replikasi semikonservatif dan percobaan Meselson-Stahl, garpu replikasi dengan untai utama (leading strand) dan untai lambat (lagging strand) serta fragmen Okazaki, peran DNA polimerase, helikase, primase, dan ligase, pembacaan koreksi (proofreading) dan fidelitas sintesis, serta jalur perbaikan utama termasuk perbaikan ketidaksesuaian (mismatch repair), perbaikan eksisi basa dan nukleotida, dan perbaikan putus untai ganda (double-strand-break repair). Ini membahas bagaimana sekuens disalin dan dipertahankan; bagaimana perubahan sekuens meskipun ada sistem ini dibahas di bawah mutasi.

Core questions

• Bagaimana percobaan Meselson-Stahl menunjukkan bahwa replikasi bersifat semikonservatif?
• Mengapa kedua untai pada garpu replikasi harus disintesis secara berbeda?
• Bagaimana pembacaan koreksi dan perbaikan ketidaksesuaian mencapai tingkat kesalahan genom yang sangat rendah?
• Jalur perbaikan mana yang menangani jenis kerusakan DNA yang mana?

Key concepts

• Replikasi semikonservatif dan percobaan Meselson-Stahl
• Garpu replikasi, untai utama dan untai lambat, fragmen Okazaki
• DNA polimerase, helikase, primase, dan ligase
• Pembacaan koreksi dan fidelitas replikasi
• Perbaikan ketidaksesuaian, eksisi, dan putus untai ganda

Mechanisms

Helikase membuka dupleks, primase meletakkan primer RNA, dan DNA polimerase memperpanjang untai baru dari arah lima-prima ke tiga-prima, secara kontinu pada untai utama dan sebagai fragmen Okazaki yang kemudian disambung oleh ligase pada untai lambat; pembacaan koreksi polimerase dan perbaikan ketidaksesuaian pasca-replikasi, bersama dengan jalur eksisi untuk kerusakan kimia dan ultraviolet, menjaga laju mutasi tetap sangat rendah.

Clinical relevance

Defek pada perbaikan DNA menyebabkan kelainan herediter dan predisposisi kanker, seperti xeroderma pigmentosum dari perbaikan eksisi nukleotida yang salah dan sindrom Lynch dari defisiensi perbaikan ketidaksesuaian, sementara enzim replikasi menjadi dasar amplifikasi DNA di laboratorium.

History

Meselson dan Stahl mengkonfirmasi replikasi semikonservatif pada tahun 1958 menggunakan DNA berlabel densitas, Kornberg mengisolasi DNA polimerase pertama, dan fragmen Okazaki yang ditemukan pada akhir tahun 1960-an menjelaskan bagaimana untai lambat dibuat; jalur perbaikan secara progresif dipetakan melalui genetika bakteri dan manusia selama dekade-dekade berikutnya.

Key figures

• Matthew Meselson
• Franklin Stahl
• Arthur Kornberg
• Reiji Okazaki

Seminal works

• meselsonStahl1958

Frequently asked questions

Apa itu fragmen Okazaki?

Fragmen Okazaki adalah segmen pendek DNA yang disintesis secara tidak kontinu pada untai lambat karena untai tersebut hanya dapat dibuat dalam arah yang berlawanan dengan pergerakan garpu; enzim yang disebut DNA ligase kemudian menyambungkannya menjadi untai kontinu.

Bagaimana sel menjaga replikasi tetap sangat akurat?

DNA polimerase melakukan pembacaan koreksi saat mensintesis, menghilangkan nukleotida yang tidak cocok, dan sistem perbaikan ketidaksesuaian terpisah memindai DNA yang baru dibuat setelahnya, bersama-sama mengurangi tingkat kesalahan menjadi sekitar satu kesalahan per miliar basa.