Struktur dan Fungsi DNA

DNA (Deoxyribonucleic Acid = Asam Deoksiribo Nukleat)

DNA (Deoxyribonucleic acid) merupakan komponen yang paling penting dalam kehidupan karena sebagai pembawa informasi genetik dari satu generasi ke generasi lain. Jadi DNA adalah pembawa sebagian besar atau seluruh sifat-sifat genetik di dalam kromosom. DNA berkaitan dengan semua aktivitas biologis dan merupakan pusat kajian di dalam sitologi, genetik, biologi molekuler, mikrobiologi, perkembangan biologis, biokimia, dan evolusi.

ilustrasi DNA (britannica.com)

Struktur DNA

DNA merupakan polimer besar yang tersusun atas unit-unit nukleotida yang berulang-ulang. DNA terdapat di dalam nukleus dan bersama senyawa protein membentuk nukleo protein. Selain di dalam nukleus, molekul DNA juga terdapat dalam mitokondria, plastid, dan sentriol. Susunan kimia DNA adalah sebuah makromolekul yang kompleks. Molekul DNA disusun oleh dua rantai polinukleotida yang amat panjang. Satu rantai polinukleotida terdiri atas rangkaian nukleotida.

Sebuah nukleotida tersusun atas:

a) Gugus gula deoksiribosa (gula dengan lima atom karbon atau pentosa)

b) Gugus asam fosfat (fosfat terikat pada C kelima dari gula)

c) Gugus basa nitrogen (gugus ini terikat pada C pertama dari gula)

Gugus fosfat berfungsi menghubungkan antara molekul gula yang satu dan molekul gula yang lain. Gula pentosa pada nukleotida merupakan gula deoksiribosa karena salah satu atom C-nya kehilangan gugus OH. Molekul gula ini terikat pada basa nitrogen.

Basa nitrogen dapat digolongkan menjadi dua, yaitu basa purin dan basa pirimidin. Basa purin terdiri atas adenin (A) dan Guanin (G), sedangkan basa pirimidin terdiri atas sitosin atau Cytosine (C) dan timin (T). Basa-basa nitrogen ini mengadakan persenyawaan kimia dengan gula pentosa. Ikatan terbentuk antara C pada gula dengan N pada basa purin dan N-H pada basa pirimidin. Senyawa yang terbentuk disebut nukleosida atau deoksiribonukleosida.

Nukleosida dapat dibedakan menjadi empat macam, yaitu:

1) Persenyawaan antara gula dengan basa adenin (deoksi adenosin).

2) Persenyawaan antara gula dengan basa guanin (deoksi guanosin).

3) Persenyawaan antara gula dengan basa timin (deoksitimidin).

4) Persenyawaan antara gula dengan basa sitosin (deoksisitidin).

Deoksiribonukleosida akan bergabung dengan gugus fosfat untuk membentuk deoksiribonukleotida (nukleotida) Nukleotida-nukleotida tersebut dapat bergabung membentuk suatu rangkaian yang disebut polinukleotida. Benang polinukleotida yang saling berpilin (heliks ganda) membentuk DNA.

Molekul DNA mempunyai sifat-sifat, antara lain:

1) DNA berbagai organisme mempunyai kandungan adenin (A) yang sama dengan Timin (T). Perbedaan antara DNA dari spesies yang berlainan terletak antara kandungan A + T atau G + C.

2) Setiap molekul DNA disusun oleh dua rantai polinukleotida. Basa-basa dari kedua rantai tersebut berpasangan dengan aturan adenin berpasangan dengan Timin dan Guanin berpasangan dengan sitosin. Antara kedua basa yang berpasangan terbentuk ikatan hidrogen.

Adanya ikatan inin memberikan keleturan pada DNA.

3) DNA merupakan struktur yang aktif melakukan fungsi biologi.

Orang yang pertama mengemukakan gagasan tentang struktur tiga dimensional DNA adalah W.T. Atsbury. Ia menyimpulkan bahwa DNA itu sangat padat. Polinukleotida yang menyusunnya berupa timbunan nukleotida pipih yang teratur tegak lurus terhadap sumbu memanjang. Wilkins melanjutkan kristalografi sinar X hasil Atsbury. Wilkins berhasil mempersiapkan serabut-serabut DNA dan dapat dibuat foto melalui difraksi sinar X oleh Rosalind Franklin.

Berdasarkan foto yang diambil Rosalind Franklin pada bulan April 1953, Watson dan Crick mengambil kesimpulan bahwa struktur model DNA terdiri atas dua rantai polinukleotida yang diikat oleh hidrogen di antara basa nitrogen. Ikatan hidrogen antara adenin dan timin dihubungkan oleh dua ikatan hidrogen. Sementara itu, antara sitosin dan guanin dihubungkan oleh tiga ikatan hidrogen.

DNA dapat menentukan sifat genetik suatu individu karena setiap makhluk hidup mempunyai urutan pasangan basa yang spesifik dan berbeda dengan yang lain. Perbedaan urutan pasangan basa antarindividu dapat dilihat pada saat sequence (proses pengurutan basa) dalam analisis DNA. DNA dapat berfungsi sebagai heterokatalitik (mensintesis molekul lain seperti RNA) dan otokatalitik (replikasi diri).

Fungsi DNA

DNA memiliki beberapa fungsi di antaranya membawa informasi genetik, mensintesis RNA, dan mengontrol aktivitas sel baik secara langsung maupun tidak langsung. DNA juga berperan penting dalam proses sintesis protein.

Replikasi DNA

DNA dapat berfungsi sebagai heterokatalis, artinya DNA dapat menyintesis molekul lain, membentuk RNA. RNA adalah bahan genetik selain DNA, ada beberapa hal yang membedakan DNA dengan RNA. DNA juga berfungsi sebagai autokatalitik, artinya DNA mampu membentuk dirinya sendiri. Dengan fungsi otokatalitik, DNA dapat memperbanyak diri melalui suatu proses yang dinamakan replikasi. Replikasi DNA akan menghasilkan DNA baru dari rantai DNA yang telah ada. Proses replikasi ini memerlukan deoksiribonukleosida fosfat dan beberapa enzim.

Ada tiga hipotesis yang menjelaskan terjadinya replikasi DNA. Hipotesis pertama menyatakan bahwa bentuk double helix DNA yang lama tetap dan langsung menghasilkan double helix yang baru disebut konservatif.

Hipotesis kedua menyatakan double helix akan terputus-putus, selanjutnya segmen-segmen tersebut akan membentuk segmen-segmen baru yang bergabung dengan segmen lama membentuk DNA baru. Hipotesis ini disebut dispersif.

Hipotesis ketiga menyatakan dua pita spiral dari double helix memisahkan diri dan setiap pita tunggal mencetak pita pasangannya disebut semikonservatif. Teori replikasi DNA oleh Watson dan Crick menyatakan bahwa proses replikasi terjadi secara semikonservatif. Disebut semikonservatif Karena setengah dari molekul DNA induk masih tersimpan dalam setiap molekul DNA anakan.

Hipotesis ini mendapat dukungan kuat dari M.S. Meselson dan F.W. Stahl. Mereka menggunakan bakteri Escherichia coli sebagai organisme percobaan. E. coli dapat hidup pada garam anorganik jika dalam garam tersebut terdapat sumber atom nitrogen untuk pembuatan protein dan asam nukleat. Berdasarkan penelitian yang dilakukan hipotesis yang paling tepat yaitu hipotesis semikonservatif.

Selain memerlukan deoksiribonukleotida, dalam proses replikasi DNA juga memerlukan beberapa enzim berikut.

1) Helikase, enzim ini berfungsi menghidrolisis rantai ganda polinukleotida menjadi dua rantai tunggal polinukleotida.

2) Polimerase, berfungsi merangkai rantai-rantai mononukleotida membentuk DNA baru.

3) Ligase, berfungsi menyambung nukleotida ulir tunggal DNA yang baru terbentuk.