Struktur DNA
DNA adalah polimer, lebih tepatnya, suatu
himpunan dua polimer yang terbelit. Tiap-tiap monomer yang menyusun polimer ini
adalah nukleotida yang terdiri dari tiga elemen: fosfat, gula dan basa [2].
Gula dan fosfat dari seluruh nukleotida seluruhnya sama, tetapi nukleotida
dapat dibedakan dengan meninjau komponen basanya menjadi empat tipe, termasuk
dua kategori, purin: Adenine (A) dan Guanine (G) yang memiliki dua siklus
organik dan pirimidin: Cytosine (C) dan Thymine (T), yang memiliki satu siklus
organik [2].
Satu pengamatan penting yang menuntun Watson
dan Crick ke penemuan terkenal dari struktur heliks ganda DNA adalah, basa
cenderung berpasangan melalui ikatan hidrogen, dan pasangan yang terbentuk oleh
purin dan pirimidin memiliki ukuran yang hampir sama, sehingga
pasangan-pasangan demikian membentuk struktur dua rantai nukleotida berikatan
hidrogen yang sangat teratur. Untuk memahami mengapa dua rantai nukleotida
terkait membentuk heliks ganda, maka harus ditinjau interaksi antara grup
penyusun nukleotida [2].
Terdapat dua kelas interaksi dasar yang
menstabilkan struktur heliks ganda [2]:
- ikatan hidrogen antara basa-basa komplementer;
- interaksi tumpukan (stacking interaction) dari plateu pasangan basa.
Barisan pasangan basa dalam
DNA mengkode informasi untuk mensintesa protein, adalah polimer yang terdiri
dari 20 asam amino berbeda. Dalam kaitan dengan gen, DNA mengandung daerah tak
terkode yang peranannya belum sepenuhnya dipahami. Selama replikasi DNA, yang
terjadi selama pembelahan sel, misalnya, molekul dikopi dengan cara membukanya
seperti ritsleting. Transkripsi DNA adalah pembacaan gen tunggal untuk
mensintesa protein
Model DNA
DNA adalah entitas yang sangat dinamis dan
srtukturnya tidak beku. ?Pernapasan (breathing)? DNA terkandung dalam pembukaan
temporer pasangan-pasangan basa [2]. Dalam pemodelan gerak fungsional DNA,
dianalogikan dengan gerak mekanis. Terdapat banyak variasi model yang
mendeskripsikan gerak DNA: kontinyu dan diskrit, spiral dan tak spiral, gerak
tiruan dari setiap atau hampir setiap atom, model homogen dan model-model yang
memasukkan keberadaan barisan basa [3].
Model batang elastis dicirikan oleh tiga tipe
gerak internal: gerak longitudinal, gerak rotasi atau berpilin, dan gerak
transversal [3]. Model DNA tingkat kedua memasukkan perhitungan bahwa molekul
DNA terdiri dari dua rantai polinukleotida, dapat dimodelkan dengan dua batang
elastis yang berinteraksi lemah di antara mereka serta tergulung ke dalam
spiral ganda. Analogi diskrit dari model demikian mewakili dua rantai dari
cakram yang terkait oleh pegas longitudinal dan transversal serta kekakuan
pegas longitudinal yang jauh lebih kuat ketimbang pegas transversal [3].
Model DNA tingkat ketiga memperhitungkan
tiap-tiap rantai terdiri dari tiga subunit: gula, fosfat dan basa. Model DNA
tingkat keempat diwakili oleh model kisi DNA dan mendeskripsikan gerak atom
yang menyusun sel kisi. Solusi tipe model DNA tingkat keempat ini dapat
diselesaikan dengan aproksimasi (harmonik) linier. Model DNA tingkat kelima
mensimulasi struktur dan gerak DNA dengan akurasi maksimum dalam model dinamika
molekuler [3].
Untuk mendeskripsikan gerak internal DNA,
digunakan model aproksimasi berbeda. Model yang paling sederhana dari DNA,
katakanlah, model batang elastis dan versi diskritnya. Untuk mendeskripsikan
dinamika internal dari batang elastis, cukup dengan menuliskan tiga pasang
persamaan diferensial: satu persamaan untuk gerak longitudinal, satu persamaan
untuk gerak puntiran (torsional) dan satu persamaan untuk gerak transversal.
Untuk mendeskripsikan versi diskrit diperlukan 3N persamaan [5].
Model yang lebih kompleks, dengan meninjau
molekul DNA yang terdiri dari dua rantai polinukleotida. Model pertama terdiri
dari dua batang elastis yang secara lemah berinteraksi dan melilit satu sama
lain untuk menghasilkan heliks ganda. Model kedua adalah versi diskritnya.
Untuk mendeskripsikan model yang terdiri dari
dua batang elastis yang berinteraksi lemah (dengan mengabaikan helisitas
struktur DNA), diperlukan enam persamaan diferensial tergandeng: dua persamaan
untuk gerak longitudinal, dua persamaan untuk gerak torsional dan dua persamaan
untuk gerak transversal dalam kedua batang. Deskripsi model untuk versi
diskritnya terdiri dari 6N persamaan tergandeng.
Model berikutnya dengan memasukkan dalam
perhitungan bahwa masing-masing rantai polinukleotida terdiri dari tiga tipe
grup atom (basa, gula dan fosfat). Dalam model-model DNA tersebut di atas, grup
berbeda ditunjukkan dengan bentuk geometri yang berbeda, dan untuk
penyederhanaan helisitas struktur DNA diabaikan.
Daftar model aproksimasi dapat diteruskan
dengan model struktur dan dinamika DNA yang lebih kompleks, hingga model yang
paling akurat dicapai dengan memasukkan dalam perhitungan seluruh atom, gerak
dan interaksi [5].
Englander, Kallenbach, Heeger dan Krumhansl
(1980) melakukan penelitian rintisan dalam pengujian dinamika internal DNA.
Metode pertukaran hidrogen-tritium digunakan untuk menunjukkan kemungkinan
utama pembentukan keadaan terbuka (open state) dalam DNA yang didefinisikan
sebagai daerah lokal yang bergerak (dari satu hingga beberapa pasang basa),
dimana ikatan hidrogen dibuka.
Pembentukan keadaan terbuka DNA dihubungkan
dengan deviasi sudut basa dari keadaan kesetimbangan. Proses ini dideskripsikan
dengan menggunakan formalisme Hamiltonian.
Di dalam pemodelan gerak internal DNA, tidak
terbatas pada pemodelan deviasi kecil dari keadaan kesetimbangan (harmonik atau
aproksimasi linier), tetapi juga meninjau gerak internal dengan amplitudo besar
(aproksimasi nonlinier atau nonharmonik). Solusi persamaan nonlinier dari gerak
internal DNA dengan amplitudo besar (persamaan sine-Gordon), merupakan
deskripsi yang menunjukkan keadaan terbuka DNA.
Modifikasi model Englander (Yakushevich,
1998) mendeskripsikan gerak rotasi amplitudo besar dari basa mengelilingi
rantai gula-fosfat. Gerak ini memumpun ke putusnya ikatan hidrogen dan
pembentukan keadaan terbuka DNA.
Analogi antara molekul DNA dan rantai bandul
digunakan untuk mendeskripsikan sifat-sifat gerak internal DNA. Basa terkait
dengan gula memegang peranan bandul berotasi dalam DNA, rantai gula-fosfat
memainkan peranan rantai horisontal, dan medan gravitasi eksternal diperankan
oleh medan yang diinduksi oleh benang kedua DNA yang secara lemah berinteraksi
dengan benang pertama DNA melalui ikatan hidrogen di antara basa.
Dalam skema penguraian DNA,
dua rantai gula-fosfat digambarkan oleh dua garis panjang, sementara basa
ditandai dengan banyak garis pendek. Kusutan (kink) berhubungan dengan daerah
lokal dengan pasangan basa yang terbuka. Solusi tipe kink mendeskripsikan
deformasi lokal (pembukaan pasangan-pasangan basa) bergerak sepanjang molekul
DNA
Tidak ada komentar:
Posting Komentar
Silahkan tinggalkan komentar anda di bawah ini