Asam deoksiribonukleat, lebih
dikenal dengan DNA (bahasa Inggris: deoxyribonucleic acid),
adalah sejenis asam
nukleat yang tergolong biomolekul utama
penyusun berat kering setiap organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak
di dalam inti sel.
Secara garis besar, peran DNA
di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan cetak
biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme. Di
antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus tidak termasuk
organisme) seperti HIV (Human
Immunodeficiency Virus).
- Karakteristik kimia
Struktur
untai komplementer DNA menunjukkan pasangan basa (adenina dengan timina dan
guanina dengan sitosina) yang membentuk DNA beruntai ganda.
DNA
merupakan polimer yang terdiri
dari tiga komponen utama,
Sebuah
unit monomer DNA yang
terdiri dari ketiga komponen tersebut dinamakan nukleotida, sehingga DNA
tergolong sebagai polinukleotida.
Rantai
DNA memiliki lebar 22-24 Å, sementara panjang satu
unit nukleotida 3,3 Å. Walaupun unit monomer ini sangatlah kecil, DNA dapat
memiliki jutaan nukleotida yang terangkai seperti rantai. Misalnya, kromosom
terbesar pada manusia terdiri atas 220 juta nukleotida[3].
Rangka
utama untai DNA terdiri dari gugus fosfat dan gula yang berselang-seling. Gula pada DNA
adalah gula pentosa (berkarbon
lima), yaitu 2-deoksiribosa. Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester antara atom karbon
ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. Salah
satu perbedaan utama DNA dan RNA adalah gula penyusunnya; gula RNA adalah ribosa.
DNA
terdiri atas dua untai yang berpilin membentuk struktur heliks ganda. Pada struktur heliks
ganda, orientasi rantai nukleotida pada satu untai berlawanan dengan orientasi
nukleotida untai lainnya. Hal ini disebut sebagai antiparalel.
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). Adenina berikatan
hidrogen dengan timina, sedangkan guanina berikatan dengan sitosina. Segmen polipeptida dari DNA disebut gen, biasanya merupakan molekul RNA.[4]
- Fungsi biologis
- Replikasi
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.
Salah satu teori yang paling populer menyatakan bahwa pada masing-masing DNA
baru yang diperoleh pada akhir proses replikasi; satu rantai tunggal merupakan
rantai DNA dari rantai DNA sebelumnya, sedangkan rantai pasangannya merupakan
rantai yang baru disintesis. Rantai tunggal yang diperoleh dari DNA sebelumnya
tersebut bertindak sebagai "cetakan" untuk membuat rantai
pasangannya.
Proses
replikasi memerlukan protein atau enzim pembantu; salah satu yang
terpenting dikenal dengan nama DNA polimerase, yang
merupakan enzim pembantu pembentukan rantai DNA baru yang merupakan suatu polimer. Proses replikasi
diawali dengan pembukaan untaian ganda DNA pada titik-titik tertentu di
sepanjang rantai DNA. Proses pembukaan rantai DNA ini dibantu oleh enzim
helikase yang dapat mengenali titik-titik tersebut, dan enzim girase yang mampu
membuka pilinan rantai DNA. Setelah cukup ruang terbentuk akibat pembukaan
untaian ganda ini, DNA polimerase masuk dan mengikat diri pada kedua rantai DNA
yang sudah terbuka secara lokal tersebut. Proses pembukaan rantai ganda
tersebut berlangsung disertai dengan pergeseran DNA polimerase mengikuti arah
membukanya rantai ganda. Monomer DNA ditambahkan di kedua sisi rantai yang
membuka setiap kali DNA polimerase bergeser. Hal ini berlanjut sampai seluruh
rantai telah benar-benar terpisah.
Proses
replikasi DNA ini merupakan proses yang rumit namun teliti. Proses sintesis
rantai DNA baru memiliki suatu mekanisme yang mencegah terjadinya kesalahan
pemasukan monomer yang dapat berakibat fatal. Karena mekanisme inilah
kemungkinan terjadinya kesalahan sintesis amatlah kecil.
- Penggunaan DNA dalam teknologi
- DNA dalam
forensik
Ilmuwan forensik dapat menggunakan DNA
yang terletak dalam darah, sperma, kulit, liur atau rambut yang tersisa di tempat
kejadian kejahatan untuk mengidentifikasi kemungkinan tersangka, sebuah proses
yang disebut fingerprinting genetika atau
pemrofilan DNA (DNA profiling). Dalam pemrofilan DNA panjang relatif
dari bagian DNA yang berulang seperti short
tandem repeats dan minisatelit, dibandingkan. Pemrofilan DNA
dikembangkan pada 1984 oleh genetikawan
Inggris Alec Jeffreys dari Universitas Leicester, dan pertama kali
digunakan untuk mendakwa Colin Pitchfork pada 1988 dalam kasus pembunuhan Enderby di Leicestershire, Inggris. Banyak yurisdiksi
membutuhkan terdakwa dari kejahatan tertentu untuk menyediakan sebuah contoh
DNA untuk dimasukkan ke dalam database komputer. Hal ini telah
membantu investigator menyelesaikan kasus lama di mana pelanggar tidak
diketahui dan hanya contoh DNA yang diperoleh dari tempat kejadian (terutama
dalam kasus perkosaan antar
orang tak dikenal). Metode ini adalah salah satu teknik paling tepercaya untuk
mengidentifikasi seorang pelaku kejahatan, tetapi tidak selalu sempurna,
misalnya bila tidak ada DNA yang dapat diperoleh, atau bila tempat kejadian
terkontaminasi oleh DNA dari banyak orang.
- DNA dalam
komputasi
DNA
memainkan peran penting dalam ilmu komputer, baik sebagai
masalah riset dan sebagai sebuah cara komputasi.
Riset
dalam algoritma pencarian string, yang menemukan kejadian dari
urutan huruf di dalam urutan huruf yang lebih besar, dimotivasi sebagian oleh
riset DNA, dimana algoritma ini digunakan untuk mencari urutan tertentu dari
nukleotida dalam sebuah urutan yang besar. Dalam aplikasi lainnya seperti editor text, bahkan algoritma sederhana untuk
masalah ini biasanya mencukupi, tetapi urutan DNA menyebabkan
algoritma-algoritma ini untuk menunjukkan sifat kasus-mendekati-terburuk
dikarenakan jumlah kecil dari karakter yang berbeda.
Teori database juga telah
dipengaruhi oleh riset DNA, yang memiliki masalah khusus untuk menaruh dan
memanipulasi urutan DNA. Database yang dikhususkan untuk riset DNA disebut database genomik, dam harus menangani sejumlah
tantangan teknis yang unik yang dihubungkan dengan operasi pembandingan
kira-kira, pembandingan urutan, mencari pola yang berulang, dan pencarian
homologi.
- Sejarah
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 (bahasa Inggris: radioactive tracers).
Misteri
yang belum terpecahkan ketika itu adalah: bagaimanakah struktur DNA sehingga ia
mampu bertugas sebagai materi genetik? Persoalan ini dijawab oleh Francis Crick dan
koleganya 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.[5]
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.
Crick,
Watson, dan Wilkins mendapatkan hadiah Nobel Kedokteran pada
1962 atas penemuan ini. Franklin, karena sudah wafat pada waktu itu, tidak
dapat dianugerahi hadiah ini.
Konfirmasi
akhir mekanisme replikasi
DNA dilakukan lewat percobaan
Meselson-Stahl yang dilakukan tahun 1958.
0 komentar:
Posting Komentar