Gaya-gaya Listrik pada Biologi Molekular : Struktur DNA dan Replikasi

Gaya-gaya Listrik pada Biologi Molekular : Struktur DNA dan Replikasi

            Studi mengenai struktur dan fungsi sel hidup pada tingkat molekuler disebut biologi molekuler. Bidang ini penting untuk penerapan fisika. Karena bagian dalam sel terutama terdiri dari air, kita dapat membayangkannya sebagai larutan molekul yang sangat luas yang terus bergerak (seperti pada teori kinetic), yang saling bertumbukan denganenergi kinetic yang beragam besarnya. Molekul-molekul ini berinteraksi satu sama lain dengan berbagai cara—reaksi kimia (membentuk dan memutus ikatan antar atom) dan interaksi atau penggabungan yang lebih singkat yang terjadi karena adanya tarik menarik elektrostatik molekul.

            Banyaknya proses yang terjadi di dalam sel sekarang dianggap sebagai akibat dari gerak molekul acak ditambah efek penyusunan gaya elektrostatik. Kita sekarang menggunakan gagasan-gagasan ini untuk menganalisa beberapa proses seluler dasar yang melibatkan molekul makro (molekul besar). Gambaran ini merupakan model dari apa yang terjadi berdasarkan teori fisika yang pada saat ini diterima dan berbagai macam hasil eksperimen.

            Informasi genetic yang diteruskan dari generasi ke generasi semua benda hidup terdapat dalam kromosom, yang terbuat dari gen-gen. setiap gen berisi informasi yang diperlukan untuk menghasilkan jenis molekul protein tertentu. Informasi genetic yangada pada gen dibentuk menjadi molekul inti pada kromosom, yaitu DNA (deoxyribonucleic acid). Molekul DNA terdiri dari rangkaian panjang molekul-molekul kecil yang dikenal sebagai basa nukleotid. Hanya ada empat jenis basa : Adenine , Cystosine, Guanine dan Thymine.

            DNA pada kromosom umumnya terdiri dari dua rangkaian DNA yang panjang yang saling melilit dengan bentuk “heliks ganda”. Kedua rangkaian diikat oleh gaya elektrostatik yaitu, oleh tarik menarik antar muatan positif dan negative. Bentuk keempat molekul A,T,C dan G adalah sedemikian rupa sehingga T hanya bias berdekatan dengan A, dan G dengan C; dan hanya pada kasus kedekatan bagian yang bermuatan inilah gaya elektrostatik cukup besar untuk mengikat merek bahkan untuk waktu yang singkat sekali pun. Gaya elektrostatik antara A dan T, dan antara C dan G, ada karena molekul-molekul ini mempunyai bagian-bagian yang bermuatan yang disebabkan oleh beberapa electron pada masing-masingnya yang menghabiskan waktu lebih lama untuk mengorbit satu atom dibandingkan dengan lainnya.

            Kromosom membentuk replica dari dirinya sendiri persis sebelum pembagian sel. Dan memang, susunan A berseberangan dengan T dan G bersebrangan dengan C meyakinkan bahwa informasi genetic diteruskan dengan akurat ke generasi selanjutnya. Kedua rangkaian DNA terpisah ((dengan bantuan enzim , yang juga beroprasi melalui gaya elektrostatik), meninggalkan bagian yang bermuatan dari basa terbuka. Tanpa merinci bagaimana replikasi dimulai.

            Gaya elektrostatik tidak hanya mengikat kedua rangkaian, gaya elektrostatik juga bekerja untuk memilih basa dengan urutan yang benar selama replikasi, sehingga informasi genetic diteruskan dengan akurat ke generasi selanjutnya. Kesalahan pada urutan basa memungkinkan untuk terjadi mutasi spontan dan perubahan yang mungkin pada karateristik organism. Nilai kesalahan sebesar nol adalah penting bagi kelangsungan hidup organism, tetapi tidak mungkin bias menjadi nol jika evolusi terjadi.

            Proses replikasi DNA ini sering digambarkan seakan-akan terjadi dengan cara kerja jam seakan-akan setiap molekul mengetahui peranannya dan pergi ke tempatnya yang sudah ditentukan, seperti se ekor lebah pada sarangnya. Tetapi hal ini tidak demikian. Gaya listrik antara muatan listrik molekul agak lemah dan hanya tampak jika molekul-molekul dapat mendekat dan beberapa “ikatan lemah” terbuat. Dan memang, jika bentuknya tidak tepat, hampir ada beberapa kesalahan . intinya adalah ada banyak moleku pada sel semuanya berkeliaran, tetapi hanya sejenis yang memiliki bentuk yang tepat yang akan tertarik sehingga tetap terikat cukup lama pada rangkaian yang tumbuh. Dengan demikian, dari gerakan molekul acak, gaya elektrostatik berperan untuk membentuk keteraturan dan kekacauan.