Penjelasan Tentang DNA (Deoxyribonucleic Acid)

Sebelumnya Anda telah mengetahui bahwa kromosom mengandung banyak gen. Selain itu, Anda juga mengetahui bahwa kromosom tersusun atas rantai DNA yang berpilin bersama protein histon.

Perkembangan ilmu dan teknologi tentang sel telah membawa manusia pada pengetahuan baru.

Kemajuan dalam memahami sel berkembang sekitar tahun 1950-an. Pada saat itu, ames atson dan Francis Crick dapat menjelaskan struktur DNA pada kromosom berdasarkan bukti-bukti yang ada. Berdasarkan bukti difraksi sinar-X, mereka menyimpulkan bahwa struktur DNA adalah seperti tangga terpilin atau double heli.

(a) Foto hasil difraksi sinar-X dari DNA dan, (b) model DNA double helix.

DNA tersusun atas rangkaian nukleotida. ukleotida adalah gabungan antara gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen. Adapun nukleosida adalah gabungan antara gula pentosa dan basa nitrogen. Setiap nukleotida mengandung gugus gula deoksiribosa yang memiliki 5 atom karbon, gugus fosfat dan basa nitrogen. Semua nukleotida dalam DNA mengandung gula dan gugus fosfat yang sama sehingga disebut juga “tulang punggung DNA”. Adapun basa nitrogen DNA selalu berpasangan antara kelompok purin dan pirimidin. Basa purin yakni adenine (A) dan guanine (G), sedangkan basa pirimidin, yakni cytosine (C) dan thymine (T). Pada DNA, G berpasangan dengan C dan A berpasangan dengan T.

Struktur kimia nukleotida dengan basa purin dan pirimidin.

DNA dengan pasangan basa nitrogen adalah bentuk nyata dari gen. Umumnya satu gen mengandung puluhan hingga ratusan ribu pasangan basa. DNA tersebut mengatur kehidupan sel dan tubuh suatu makhluk hidup melalui proses replikasi (penggandaan) dan transkripsi (pencetakan). Replikasi berguna untuk pembelahan sel dan reproduksi, sedangkan transkripsi berguna untuk sintesis protein. Melalui sintesis protein dibentuk berbagai zat dan organel yang mengatur tubuh dan memengaruhi sifat makhluk hidup.

Fungsi DNA

Secara umum terdapat tiga fungsi dari DNA, yaitu:

Pembawa informasi genetis

DNA sebagai bentuk kimiawi gen merupakan pembawa informasi genetik makhluk hidup. DNA membawa instruksi bagi pembentukan ciri dan sifat makhluk hidup.

Berperan dalam duplikasi diri dan pewarisan sifat

Oleh karena DNA mengandung semua informasi sifat makhluk hidup, ia juga harus memiliki informasi bagi perbanyakan diri (replikasi). Replikasi DNA memberikan jalan bagi DNA untuk diwariskan dari satu sel ke sel lainnya.

Ekspresi informasi genetik

Gen-gen membawa informasi untuk membentuk protein tertentu. Proses ini terjadi melalui mekanisme sintesis protein. Proses pembentukan protein ini terjadi melalui proses transkripsi DNA menjadi RNA dan translasi RNA membentuk rantai polipeptida.

Mekanisme Replikasi DNA

Kemampuan memperbanyak diri merupakan ciri penting makhluk hidup. Hal ini dapat diamati hingga tingkat molekuler, yakni perbanyakan materi genetis melalui replikasi. Proses ini memerlukan bahan baku deoksiribonukleotida, enzim, dan nukleotida. Proses replikasi DNA akan menghasilkan rantai DNA baru yang sama. DNA juga dapat menghasilkan rantai RNA baru melalui proses transkripsi.

Replikasi diawali dengan terbukanya pilinan dan pemisahan rantai oleh enzim helikase sehingga terbentuk dua pita tunggal. Kedua pita tersebut berfungsi sebagai cetakan DNA baru dengan bantuan enzim DNA polimerase.

Perlu Anda perhatikan bahwa terdapat satu sifat DNA double heli yang memengaruhi replikasi, yakni kedua pita DNA bersifat antiparalel. Artinya, ikatan gula-fosfat kedua pita berlawanan arah. Perhatikan Gambar berikut.

Dua pita DNA bersifat antiparalel.

Pada gambar terlihat bahwa lima karbon pada gula deoksiribosa diberi nomor 1 hingga 5. Terdapat gugus fosfat yang berikatan pada karbon nomor 3' atau nomor 5'. Hasilnya terdapat dua buah pita DNA dengan polaritas berbeda. DNA polimerase dapat mensintesis DNA baru dengan arah 5'→3'. Oleh karena itu, dalam pembentukan DNA baru akan terdapat pembentukan pita yang kontinu dan diskontinu. Pita D A kontinu terbentuk dari arah 5'→3' tanpa terputus. Pita D A diskontinu akan terbentuk dari arah 3'→5' terputus-putus. Pembentukannya diawali pembentukan RNA primer oleh enzim primase dan diteruskan oleh DNA polimerase membentuk fragmen DNA yang disebut fragmen kazaki. RNA primer akan digantikan DNA bersamaan dengan penyambungan fragmen Okazaki oleh enzim ligase. Akibatnya, terbentuk pita DNA baru yang utuh. Perhatikan gambar berikut.

Terdapat tiga hipotesis mengenai proses replikasi DNA, yaitu konservatif, semikonservatif, dan dispersif.

Tiga hipotesis replikasi DNA, yaitu (a) konservatif, (b) semi konservatif dan (c) dispersif.

Konservatif

Menurut model replikasi konservatif, semua pita DNA double heli berfungsi sebagai cetakan. Proses tersebut menghasilkan sebuah pita DNA. gambar (a)

Semikonservatif

Model replikasi DNA ini diusulkan oleh atson dan Crick beberapa saat setelah mengajukan model DNA double heli . Model ini menjelaskan, setelah pita terurai menjadi pita tunggal, setiap pita berfungsi sebagai cetakan. Setiap pita tunggal membentuk pita pasangannya sehingga terbentuk dua pita double heli double heli baru. gambar (b)

Dispersif

Berdasarkan model ini, pita spiral (double heli ) terputus-putus, kemudian potongan DNA tersebut membentuk dua pita baru. Potongan DNA lama akan bersambungan dengan DNA baru pada kedua pita double heli . baru tersebut

Dari ketiga hipotesis tersebut, hipotesis semikonservatif lebih banyak diterima oleh para ilmuwan dalam menjelaskan replikasi DNA. Beberapa penelitian pun memperkuat hipotesis semikonservatif sebagai mekanisme replikasi DNA.