Kode genetik organisme hidup terkandung dalam DNA makhluk hidup kromosom. Molekul DNA adalah heliks ganda yang terdiri dari pasangan nukleotida, masing-masing terdiri dari gugus fosfat, gugus gula dan basa nitrogen. Struktur nukleotida tidak simetris, artinya dua untai DNA heliks ganda memiliki arah yang berlawanan.
Ketika sintesis DNA berlangsung selama replikasi DNA, dua untai heliks ganda dipisahkan. Replikasi hanya dapat terjadi dalam arah maju dari setiap untai. Akibatnya, satu untai disalin terus menerus ke arah depan sementara yang lain disalin secara terputus-putus di segmen yang kemudian digabungkan.
Mengapa Untaian DNA Memiliki Arah
Sisi-sisi molekul DNA heliks ganda terdiri dari: gugus fosfat dan gula sedangkan anak tangga terdiri dari basa nitrogen. Dengan konvensi, atom karbon dalam rantai karbon atau cincin molekul organik diberi nomor secara berurutan. Atom karbon dalam basa nitrogen diberi nomor 1, 2, 3, dst. Untuk membedakan atom karbon bernomor dari gugus gula, karbon ini diberi nomor menggunakan simbol prima, yaitu 1', 2', 3', dst., atau satu prima dst.
Ada lima atom karbon dalam gugus gula, bernomor 1 'sampai 5'. Atom 5' memiliki gugus fosfat melekat padanya sementara karbon 3' terhubung ke sebuah gugus OH. Untuk membentuk sisi heliks, fosfat 5' di satu sisi gugus gula terhubung ke 3'OH nukleotida berikutnya. Urutan untaian ini adalah 5' sampai 3'.
Anak tangga molekul heliks terbentuk dari basa nitrogen terkait. Empat basa dalam molekul DNA adalah adenin, guanin, sitosin dan timin disingkat A, G, C dan T. Basis A dan T dapat membentuk tautan, dan G dan C dapat terhubung.
Ketika sebuah nukleotida dari rantai urutan 5' sampai 3' terhubung ke nukleotida lain untuk membentuk anak tangga, nukleotida lainnya memiliki urutan fosfat/OH yang berlawanan. Ini berarti satu sisi heliks berjalan dalam arah 5' ke 3' sementara sisi lainnya berjalan di 3' sampai 5' arah.
Replikasi DNA Terputus Versus Replikasi Berkelanjutan
Sintesis DNA hanya dapat terjadi ketika dua untai heliks ganda dipisahkan. Selama replikasi DNA, enzim membuka heliks dan DNA polimerase menyalin setiap untai. Untai yang berjalan dalam arah 5' hingga 3' disebut untai utama sedangkan untai lainnya, dengan urutan 3' hingga 5', adalah untai tertinggal.
Polimerase hanya dapat menyalin DNA di arah 5' ke 3'. Ini berarti bahwa ia dapat terus-menerus mereplikasi untai utama saat bergerak dari titik awal pemisahan di sepanjang untai. Untuk menyalin untai tertinggal, polimerase harus mereplikasi mundur sepanjang untai ke titik awal pemisahan.
Replikasi kemudian berhenti, bergerak ke atas untai dan bergerak mundur lagi ke segmen yang telah disalin. Serangkaian salinan segmen DNA yang terputus disebut Fragmen Okazaki dihasilkan dari untai yang tertinggal.
DNA Ligase
Saat replikasi DNA berlangsung, Enzim DNA ligase menggabungkan fragmen Okazaki menjadi untaian kontinu. Kombinasi sintesis berkelanjutan dari untai utama dan replikasi sepotong demi sepotong atau terputus-putus dari untai tertinggal menghasilkan dua heliks DNA baru setelah segmen untai tertinggal bergabung bersama.
Setiap heliks ganda baru memiliki untai induk dari molekul DNA asli dan untai baru yang direplikasi, disintesis oleh DNA polimerase. Ketika replikasi telah selesai dengan sukses, tidak ada perbedaan dalam dua salinan DNA asli molekul, meskipun satu diturunkan melalui replikasi terus menerus sementara yang lain memiliki DNA terputus-putus replikasi.