Struktur DNA

4.1.1. Struktur DNA

Analisis secara kimia sel menunjukkan bahwa di dalam sel terdapat senyawa-senyawa organik, seperti karbohidrat, lemak, protein, dan asam nukleat. Asam nukleat ini (DNA) terdapat di dalam nukleus sebagai penyusun benang-benang kromatin yang pada waktu pembelahan sel akan memendek membentuk kromosom.

Nukleoplasma mengandung bermacam-macam bahan kimia, seperti larutan fosfat, gula ribosa, protein, nukleotida, asam nukleat, serta garam-garam mineral. Selain zat-zat tersebut, kita ketahui pula bahwa bahan dasar nukleus adalah protein yang khas yang disebut protein inti atau nukleoprotein. Nukleoprotein dibangun oleh senyawa protein dan asam nukleat. Dari beberapa macam asam nukleat yang ada sangkut pautnya dengan hereditas ada dua macam, yaitu DNA dan RNA. DNA (Deoxyribose Nucleic Acid = Asam Deoksiribo Nukleat = ADN) dan RNA (Ribose Nucleic Acid = Asam Ribo Nukleat = ARN). Keduanya bertanggung jawab membentuk protein serta mengontrol sifat-sifat keturunan. DNA merupakan materi genetik gen yang berada dalam lokus kromosom. RNA dibentuk oleh DNA, membawa kode genetik yang akan ditranslasi dan menentukan urutan asam amino pembentuk protein. Protein fungsional (enzim) yang terbentuk akan menentukan dapat tidaknya suatu reaksi berlangsung.

Penemu DNA dan RNA adalah seorang ahli kimia berkebangsaan Jerman, Frederich Miesher (1869), yang menyelidiki susunan kimia nukleus. Zat yang mengandung fosfor sangat tinggi dalam nukleus mula-mula disebut nukleat.

Dengan penelitian lebih lanjut diketahui bahwa asam nukleat tersusun atas nukleotida-nukleotida sehingga merupakan polinukleotida. Satu nukleotida terdiri atas nukleosida dan fosfat (PO 4 ). Sedangkan nukleosida terdiri dari sebuah gula pentosa (berkarbon lima) dan sebuah basa nitrogen, berupa: purin atau pirimidin. Jadi, nukleosida adalah nukleotida yang tanpa fosfat, sedangkan nukleotida adalah nukleosida dengan fosfat.

Asam deoksiribonukleat (DNA) merupakan molekul kompleks yang dibentuk oleh 3 macam molekul, yaitu:

1. gula pentosa (deoksiribosa)

2. fosfat (PO 4 )

3. basa nitrogen terdiri dari:

a. Purin: Guanin (G) dan Adenin (A)

b. Pirimidin: Timin (T) dan Sitosin (C)

Jadi, suatu molekul nukleotida yang menyusun DNA terdiri dari ikatan gula pentosa, basa N, dan fosfat, dapat berbentuk:

1. adenin nukleotida = adenin deoksiribosa fosfat

2. guanin nukleotida = guanin deoksiribosa fosfat

3. sitosin nukleotida = sitosin deoksiribosa fosfat

4. timin nukleotida = timin deoksiribosa fosfat

Berdasarkan hasil penelitian Franklin dan M.H.F. Wilkins pada DNA dengan menggunakan sinar X, J.D.Watson dan F.C.H. Crick mengemukakan suatu model gen (1953), yang terkenal dengan nama double helix (tangga tali berpilin ganda) (lihat Gambar 4.1). Watson dan Crick mendapatkan hadiah Nobel pada tahun 1962 atas penemuan tersebut.

Gambar 4.1. Struktur molekul DNA heliks ganda.

Struktur kimia gen (DNA) menurut Watson-Crick berupa tangga berpilin tersusun atas:

1. gula dan fosfat sebagai induk/ ibu tangga.

2. basa nitrogen, dengan pasangan tetapnya sebagai anak tangga.

G berpasangan dengan C, dihubungkan oleh tiga ikatan (lemah) hidrogen, sedangkan T berpasangan dengan A dihubungkan oleh dua ikatan (lemah) hidrogen

DNA mempunyai kemampuan autokatalitik membentuk DNA baru yang sama persis dengan DNA asal, proses ini disebut replikasi, Selain itu DNA juga mempunyai kemampuan membentuk molekul kimia lain dari salah satu atau sebagian rantainya yang disebut kemampuan heterokatalitik.

Peristiwa replikasi DNA pertama-tama diselidiki pada tahun 1957 oleh Taylor dan kawan-kawan dengan menggunakan nitrogen

radioaktif N 15 yang dilabelkan dalam timidin. Timidin ialah senyawa antara timin dan deoksiribosa. Percobaan Taylor dan kawan-kawan ini diperkuat oleh penelitian Matthew Miselson dan Franklin Stahl (1958)

dengan menggunakan N dalam bentuk N 15 O 3 pada bakteri Escherichia coli, ternyata sel-sel anakan yang terbentuk mengandung bahan radioaktif itu pula. Cara replikasi DNA berdasarkan percobaan Meselson dan Stahl ini disebut dengan cara semi konservatif (lihat Gambar 4.2), yang banyak diterima oleh sebagian besar ahli biologi.

Teori semi konservatif menyatakan bahwa dua pita dari double helix memisahkan diri dan masing-masing pita yang lama membentuk pita baru. Dengan demikian DNA yang dibentuk mempunyai satu utas DNA lama yang berpasangan dengan utas DNA yang baru dibentuk dan merupakan komplemennya. Pada proses replikasi, urutan nukleotida kedua DNA yang baru dibentuk tersebut persis sama dengan urutan nukleotida pada DNA sebelumnya.

Replikasi berlangsung pada sel-sel yang sedang tumbuh, saat interfase (mitosis). Proses replikasi DNA ini melibatkan beberapa enzim antara lain:

a. Helikase, untuk mempermudah membuka rantai ganda DNA menjadi dua buah rantai tunggal.

b. Polimerase, untuk menggabungkan deoksiribo nukleosida trifosfat.

c. Ligase, untuk menyambung bagian-bagian rantai tunggal DNA yang baru terbentuk.

A. Replikasi menghasilkan DNA baru yang mempunyai urutan nukleotida persis sama dengan DNA lama.

B. semikonservatif menghasilkan DNA baru yang mempunyai satu utas dari DNA pembentuknya.

Gambar 4.2 Proses replikasi DNA.

Seperti halnya DNA, RNA mempunyai daya absorpsi maksimum terhadap sinar violet dengan panjang gelombang 260 milimikron, serta menyerap warna yang bersifat basa. RNA merupakan polinukleotida yang disusun oleh gula ribose (pentosa), fosfat, dan basa nitrogen berupa purin (Adenin dan Guanin) serta pirimidin (Cytosin dan Urasil) yang menggantikan timin. Selain itu, RNA merupakan utas tunggal.

Perbedaan antara DNA dan RNA secara ringkas dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1. Perbedaan DNA dan RNA

DNA RNA

1. Rantai panjang dan ganda 1. Rantai pendek dan tunggal. (double helix).

2. Basa nitrogennya terdiri atas: purin, 2. Basa nitrogennya terdiri atas: yaitu (Adenin=A) dan (Guanin=G),

purin, yaitu (Adenin=A) dan pirimidin berupa (Timin=T) dan

(Guanin=G) dan pirimidin yaitu (Sitosoin=C).

(Urasil=U) dan Sitosin=C).

3. Komponen gula pentosanya adalah 3. Komponen gula pentosanya deoksiribosa,

adalah ribosa.

4. Hanya ditemukan dalam 4. Ditemukan dalam sitoplasma kromosom, mitokondria, dan

(ribosom dan nukleus).

kloroplas. 5. Fungsinya berhubungan erat 5. Fungsinya berhubungan erat dengan sintesis protein

dengan penurunan sifat dan

fungsional.

sintesis protein. 6. Kadarnya dipengaruhi oleh 6. 6. Kadarnya tidak dipengaruhi

aktivitas sintesis protein.

oleh aktivitas sintesis protein.

RNA dibentuk oleh DNA di dalam nukleus melalui proses transkripsi. Ada tiga macam RNA, yaitu :

1. RNA duta disebut juga mRNA (messenger RNA), berperan membawa kode genetik dari DNA.

2. RNA ribosom (rRNA), berperan sebagai penyusun ribosom.

3. RNA transfer (tRNA), berperan membawa asam amino.