DNA - Substansi Genetika

DNA (deoxyribonucleic acid) atau asam deoksiribosa nukleat (ADN) merupakan tempat penyimpanan informasi genetik. Sebelumnya, DNA dianggap terlalu sederhana untuk menampung informasi genetik. Awalnya, protein dipercaya merupakan tempat penyimpanan informasi genetik karena protein terdiri dari 20 macam asam amino. DNA yang merupakan asam nukleat terdiri dari empat macam nukleotida (akan dibahas kemudian) justru dianggap sebagai penyokong protein.

Sekilas protein terlihat memiliki kapasitas penyimpanan yang besar. Misalnya, seuntai tujuh jenis asam amino yang berbeda dapat diatur menjadi sekitar satu juta kemungkinan susunan yang berbeda. Namun berdasarkan hasil penelitian Oswald Avery, Colin MacLeod, dan Macyln McCarty menunjukkan bahwa justru komponen DNA-lah dan bukan protein yang membawa informasi genetik.

STRUKTUR DNA

Pada tahun 1953, Frances Crick dan James Watson menemukan model molekul DNA sebagai suatu struktur heliks beruntai ganda, atau yang lebih dikenal dengan heliks ganda Watson-Crick.

DNA merupakan makromolekul polinukleotida yang tersusun atas polimer nukleotida yang berulang-ulang, tersusun rangkap, membentuk DNA heliks ganda (doublehelix) dan berpilin ke kanan.

Setiap nukleotida terdiri dari tiga gugus molekul, yaitu:

• gula 5 karbon (2-deoksiribosa);
• basa nitrogen yang terdiri dari golongan purin yaitu
• adenin (adenine = A) dan guanin (guanine = G), serta golongan pirimidin, yaitu sitosin (cytosine = C) dan timin (thymine = T);
• gugus fosfat 

Struktur DNA

Struktur kimia komponen penyusun DNA dapat dilihat pada gambar 

Struktur kimia komponen penyusun DNA

Baik purin atau pirimidin yang berikatan dengan deoksiribosa membentuk suatu molekul yang dinamakan nukleosida atau deoksiribonukleosida yang merupakan prekursor elementer untuk sintesis DNA. Prekursor merupakan suatu unsur awal pembentuk senyawa deoksiribonukleosida yang berikatan dengan gugus fosfat membentuk suatu nukleotida atau deoksiribonukleotida. DNA tersusun dari empat jenis monomer nukleotida.

Keempat basa nitrogen nukleotida di dalam DNA tidak berjumlah sama rata. Persentase keempat basa nitrogen berbeda dari satu spesies dengan spesies yang lainnya. Akan tetapi, pada setiap molekul DNA, jumlah adenin (A) selalu sama dengan jumlah timin (T). Demikian pula jumlah guanin (G) selalu sama dengan jumlah sitosin (C). Fenomena ini dinamakan ketentuan Chargaff.

Adenin (A) selalu berpasangan dengan timin (T), dan sitosin (C) selalu berpasangan dengan guanin (G) melalui ikatan hidrogen, Adenin dan timin membentuk dua ikatan hidrogen (A = T), sedangkan sitosin dan guanin membentuk 3 ikatan hidrogen (C = G).

Susunan basa nitrogen pada DNA. Adenin berpasangan dengan timin dan sitosin berpasangan dengan guanin

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

DNA merupakan makromolekul yang struktur primernya adalah polinukleotida rantai rangkap berpilin. Struktur demikian dapat diibaratkan sebagai sebuah tangga. Anak tangganya adalah susunan basa nitrogen, dengan ikatan dan G-C. Kedua "ibu tangga" atau "tulang punggung tangganya" adalah gula ribosa. Antara mononukleotida satu dengan lainnya berhubungan secara kimia melalui ikatan fosfodiester.

ikatan fosfodiester yang menghubungkan mononukleotida satu dengan lainya

DNA heliks ganda yang panjang juga memiliki suatu polaritas. Polaritas tersebut dikarenakan salah satu ujung rantai DNA merupakan gugus fosfat dengan karbon 5'- deoksiribosa pada ujung terminal nukleotidanya.

Kemudian ujung rantai DNA lain merupakan gugus hidroksil dengan karbon 3'-deoksiribosa. Dengan demikian, rantai polinukleotida merupakan suatu polaritas atau bidireksionalitas polinukleotida 3'---------5' dan 5'---------3'

Polaritas heliks ganda berlawanan orientasi satu sama lain. Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk heliks ganda berjajar secara antipararel. Jika digambarkan sebagai berikut:

REPLIKASI DNA

Replikasi adalah peristiwa sintesis DNA. Saat suatu sel membelah secara mitosis, tiap-tiap sel hasil pembelahan mengandung DNA penuh dan identik seperti induknya. Dengan demikian, DNA harus secara tepat direplikasi (diperbanyak atau dicetak ulang) sebelum proses pembelahan dimulai.

Hipotesis mengenai replikasi DNA dikemukakan setelah muncul model DNA heliks ganda. Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai nukleotida baru dari rantai nukleotida lama.

Proses komplementasi pasangan basa menghasilkan suatu molekul DNA baru yang sama dengan molekul DNA lama sebagai cetakan. Kemungkinan terjadinya replikasi dapat melalui tiga model. Model pertama disebut sebagai mode! konservatif, yaitu dua rantai DNA lama tetap tidak berubah, berfungsi sebagai cetakan untuk dua rantai DNA baru. Model hslua disebut sebagai model semikonservatif, yaitu dua rantai DNA lama terpisah dan rantai baru disintesis dengan prinsip komplementasi pada niasing« masing rantai DNA lama tersebut. Akhirnya dihasilkan dua rantai DNA baru yang masing-masing mengandung satu rantai cetakan molekul DNA lama dan satu rantai baru hasil sintesis. Model ketiga disebut sebagai model dispersif, yaitu beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama digunakan sebagai cetakan untuk sintesis rantai DNA baru. Oleh karena itu, hasil akhirnya diperoleh rantai DNA lama dan baru yang tersebar pada rantai DNA lama dan baru.

Model Replikasi DNA

Keterangan :

• Replikasi Konservatif : mempertahankan molekul dari DNA lama dan membuat molekul DNA 
• Replikasi Semikonservatif: akan menghasilkan molekul dari DNA lama dan DNA baru, tetapi tiap molekul teridi dari satu untai DNA lama yang lengkap dan satu untai DNA baru
• Replikasi Dispersif : menghasilkan dua molekul DNA lama dan DNA baru yang saling berselang seling tiap untai

Dari ketiga model tersebut, model semikonservatif merupakan model yang tepat untuk proses replikasi DNA. Model replikasi DNA ini telah dibuktikan oleh Meselon dan Stahl. Replikasi DNA semikonservatif berlaku bagi organisme prokariot maupun eukariot. 

Tahapan replikasi DNA secara umum tidak banyak berbeda antara organisme prokariot dan eukariot Perbedaannya ada pada jenis dan jumlah enzim yang terlibat, serta kecepatan dan kompleksitas replikasi DNA. Pada organisme eukariot peristiwa replikasi terjadi sebelum pembelahan mitosis, tepatnya pada fase sintesis dalam siklus pembelahan sel.