DNA (asam deoksiribonukleat)

Sejarah DNA

DNA pertama kali berhasil dimurnikan pada tahun 1868 oleh ilmuwan Swiss Friedrich Miescher di Tubingen, Jerman, yang menamainya nuclein berdasarkan lokasinya di dalam inti sel. Namun demikian, penelitian terhadap peranan DNA di dalam sel baru dimulai pada awal abad 20, bersamaan dengan ditemukannya postulat genetika Mendel. DNA dan protein dianggap dua molekul yang paling memungkinkan sebagai pembawa sifat genetis berdasarkan teori tersebut.

Dua eksperimen pada dekade 40-an membuktikan fungsi DNA sebagai materi genetik. Dalam penelitian oleh Avery dan rekan-rekannya, ekstrak dari sel bakteri yang satu gagal men-transform sel bakteri lainnya kecuali jika DNA dalam ekstrak dibiarkan utuh. Eksperimen yang dilakukan Hershey dan Chase membuktikan hal yang sama dengan menggunakan pencari jejak radioaktif.

Misteri yang belum terpecahkan ketika itu adalah bagaimanakah struktur DNA sehingga ia mampu bertugas sebagai materi genetik? Persoalan ini dijawab oleh Francis Crick dan James Watson berdasarkan hasil difraksi sinar X pada DNA oleh Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin.

Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick mendefinisikan DNA sebagai polimer yang terdiri dari 4 basa dari asam nukleat, dua dari kelompok purina:adenina dan guanina; dan dua lainnya dari kelompok pirimidina:sitosina dan timina. Keempat nukleobasa tersebut terhubung dengan glukosa fosfat.

Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin menemukan bahwa molekul DNA berbentuk heliks yang berputar setiap 3,4 nm, sedangkan jarak antar molekul nukleobasa adalah 0,34 nm, hingga dapat ditentukan bahwa terdapat 10 molekul nukleobasa pada setiap putaran DNA. Setelah diketahui bahwa diameter heliks DNA sekitar 2 nm, baru diketahui bahwa DNA terdiri bukan dari 1 rantai, melainkan 2 rantai heliks.

Struktur dan Bentuk

Asam deoksiribonukleat (DNA) adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap organisme (Gregory, 2006).

DNA tersusun atas tiga komponen utama, yaitu gugus fosfat, gula dioksiribosa, dan basa nitrogen. Untuk DNA, basa nitrogen terdiri purin (adenin dan guanin) dan pirimidin (sitosin dan timin). Satu  gabungan dari ketiga komponen utama di atas dinamakan nukleutida. Sehingga DNA tergolong sebagai polinukleutida.

Bentuk dari DNA adalah rantai ganda berpilin atau double heliks. Rangka utama untai DNA terdiri dari gugus fosfat dan gula yang berselang-seling. Masing-masing untai terdiri dari rangka utama, sebagai struktur utama, dan basa nitrogen, yang berinteraksi dengan untai DNA satunya pada heliks. Kedua untai pada heliks ganda DNA disatukan oleh ikatan hidrogen antara basa-basa yang terdapat pada kedua untai tersebut. Empat basa yang ditemukan pada DNA adalah adenina (dilambangkan A), sitosina (C, dari cytosine), guanina (G), dan timina (T). Gula pada DNA adalah gula pentosa (berkarbon lima), yaitu 2-deoksiribosa. Dua gugus gula terhubung dengan fosfat antara atom karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya.

Stabilitas DNA heliks ganda ditentukan oleh susunan basa dan ikatan hidrogen yang terbentuk sepanjang rantai tersebut. karena perubahan jumlah hidrogen ini, tidak mengherankan bahwa ikatan C=G memerlukan tenaga yang lebih besar untuk memisahkannya.

Replikasi DNA

Replikasi adalah kemampuan DNA untuk membentuk DNA baru yang sama persis dengan DNA asal.

Pada replikasi DNA, rantai DNA baru dibentuk berdasarkan urutan nukleotida pada DNA yang digandakan.Replikasi merupakan proses pelipatgandaan DNA. Proses replikasi ini diperlukan ketika sel akan membelah diri. Pada setiap sel, kecuali sel gamet, pembelahan diri harus disertai dengan replikasi DNA supaya semua sel turunan memiliki informasi genetik yang sama. Pada dasarnya, proses replikasi memanfaatkan fakta bahwa DNA terdiri dari dua rantai dan rantai yang satu merupakan "konjugat" dari rantai pasangannya. Dengan kata lain, dengan mengetahui susunan satu rantai, maka susunan rantai pasangan dapat dengan mudah dibentuk.

Ada beberapa teori yang mencoba menjelaskan bagaimana proses replikasi DNA ini terjadi, yaitu:

1.    Teori Konservatif, yang menyatakan bahwa rantai rangkap (double helix) lama tetap (tidak berubah), dan langsung terbentuk rantai rangkap baru.

2.     Teori dispersive, menyatakan bahwa rantai rangkap terputus – putus. Lalu potongan – potongan tersebut memisah dan membentuk potongan – potongan baru yang akan bersambung dengan potongan – potongan lama, sehingga kembali menjadi 2 DNA yang sama persis.

3.    Teori semi konservatif, menyatakan bahwa dua pita dari rantai rangkap memisahkan diri dan tiap – tiap pita yang lama mendapatkan pasangan pita baru seperti pasangannya yang lama, sehingga terbentuklah dua DNA yang sama persis.

Replikasi DNA berlangsung pada sel–sel muda, saat interfase (mitosis). Proses replikasi DNA ini melibatkan beberapa enzim antara lain sebagai berikut:
1. Helikase untuk mempermudah membuka rantai rangkap DNA menjadi dua buah rantai tunggal.
2. Polymerase, untuk menggabungkan deoksiribo nukleosida trifosfat.
3. Ligase, untuk menyambung bagian–bagian rantai tunggal DNA yang baru terbentuk.