Mekanisme molekuler dari pewarisan melibatkan proses yang dikenal sebagai replikasi, dimana rantai DNA induk berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis salinan DNA (Baumforth and Crocker, 2003). Ekspresi gen di dalam sel memerlukan dua proses, transkripsi dimana DNA berfungsi sebagai “template” dan ditranskripsikan menjadi mRNA dan translasi dimana informasi pada RNA akan diterjemahkan menghasilkan protein.
Pengaturan ekspresi gen pada sel eukariotik hanya memungkinkan ekspresi sebagian kecil genom dalam suatu waktu, sehingga sel dapat menjalani perkembangan dan differensiasi. Ini memerlukan suatu pengaturan melalui mekanisme yang rumit. Untuk suatu gen spesifik, pengaturan dapat terjadi secara bersamaan di berbagai factor bekerja bersamaan untuk merangsang dan menghambat ekspresi suatu gen.
berikut penjelasan tentang DNA – Definisi, struktur fungsi dan Isolasinya.
Definisi DNA
Secara umum DNA ( Asam Deoksiribonukleat ) adalah asam nukleat yang didilamnya tedapat sebuah sel makhluk hidup, DNA yakni biomelekul utama semua makhluk hidup yang membentuk dan menyusun berat kering. DNA dalam bahasa Inggris disebut deoxyribonucleic, DNA terdiri dari materi yang membentuk kromosom-kromosom dan informasi genetik yang tersimpan dalam tubuh makhluk hidup.
Pengertian Asam Nukleat dan DNA
Asam nukleat merupakan suatu polinukleotida, yaitu polimer linier yang tersusun dari monomer-monomer nukleotida yang berikatan melalui ikatan fosfodiester. Fungsi utama asam nukleat adalah sebagai tempat penyimpanan dan pemindahan informasi genetik. Informasi ini diteruskan dari sel induk ke sel anak melalui proses replikasi. Sel memiliki dua jenis asam nukleat yaitu asam deoksiribonukleat (deoxyribonucleic acid/DNA) dan asam ribonukleat (ribonucleic acid/RNA). (Marks Dawn, et al., 2000).
Dalam istilah kata DNA berasal dari dua kata yaitu deoxyribosa yang berarti gula pentose dan nucleic yang berarti nukleat, DNA juga bisa diartikan sebagai senyawa kimia pembentuk keterangan genetik suatu sel makhluk hidup yang berlaku sebagai generasi ke generasi berikutnya. DNA sebagai setak biru atau blue print dimana kode kehidupan setiap makhluk hidup yang tercatat dalam sel.
Struktur DNA
Dalam struktur DNA pertama kali ditemukan oleh James Watson dan Francis Crick, Struktur DNA disebut struktur rantai berganda Watson-Crick, Berikut susunan terbentuknya. DNA ialah makro molekul atau molekul yang besar dan berisi 2 rantai polinukleoitida yang saling berkaitan. Setiap nukelotida terbentuk tiga susunan komponen yakni nitrogen, gula pentose dan gugus fosfat. Di dalam basa bitrogen terdapat basa primidin dan basa purin. Basa primidin terdapat timin dan sitosin sedangkan dalam basa puring terdapat adenin dan guanin.
Replikasi DNA
Untuk replikasi DNA dilakukan sebelum sel membelah diri, arti replikasi DNA ialah terjadinya penggandaan rantai ganda dari DNA itu sendiri. pada prokariota atau makhluk hidup tidak memiliki membrane inti selnya replikasi DNA dilakukan secara terus menerus, lain halnya dengan Eukariota atau organism yang dengan sel yang sangat komples yang dimana disini terjadi replikasi sangat teratur dengan proses mitosis atau miosis.
Penggandaan DNA biasanya menggunakan ensim DNA polymerase, Ensim mini mengikat nukleotida-nukleotida dalam membentuk susunan polimer DNA. Semua proses yang dilakukan secara in vitro dengan menggunakan suatu proses yang disebut PCR atau reaksi berantai polymerase.
Fungsi DNA
Fungsi utama DNA ialah sebagai pembawa materi genetik, namun demikian fungsi DNA sangat luas yaitu sebagai berikut :
- Membawa materi genetik dari generasi ke generasi berikutnya
- Mengontrol kehidupan secara langsung maupun tidak
- Sebagai auto katalis atau penggandaan diri
- Sebagai heterokatalis atau melakukan sintetis terhadap senyawa lain
Isolasi DNA
Para ahli biasanya dalam mempelajari DNA melakukan isolasi DNA dengan cara centrifugasi. Centrifugasi akan membuat molekul berat ada diatas sedangkan molekul yang ringan ada dibawah tabung. Centrifugasi merupakan teknik awal dan terdapat tindakan-tindakan yang memerlukan penelitian.
Tes DNA
Tes DNA dapat mengatasi masalah kriminal yang paling rumit, Karena fungsi tes DNA ialah :
Untuk menganalisa jenis penyakit
Untuk mengetahui penyakit azaimer
Untuk menganalisa garis keturunan
Untuk menentukan cara mengatasi kebotakan dan masih banyak fungsi dari test DNA
Struktur DNA
DNA pada sel eukariota dapat terlihat pada saat pembelahan sel, yaitu sebagai kromatinyang selanjutnya terlihat sebagai kromosom. Jumlah kromosom umumnya bervariasi sesuai dengan spesiesnya. Sedangkan DNA doubel heliks pada sel prokariota(bakteri) berbentuk sirkuler dan berjumlah 1 (satu) utas DNA (1 kromosom).
DNA terdiri atas monomer nukleotida yang berjumlah sangat banyak(polinukleotida). Dan setiap nukleutida terdiri atas komponen:
Gula : deoksiribosa (pentosa),
Fosfat : asam fosfat (H2PO4), dan
Basa-N :
Dalam proses sintesis nukleotida, purin dan pirimidin membentuk ikatan hidrogen dengan satu sama lain. Struktur nukleotida adalah sedemikian rupa sehingga tiga ikatan hidrogen terbentuk antara guanin dan sitosin sementara adenin dan timin membentuk dua ikatan hidrogen dengan satu sama lain. Jenis seperti ikatan disebut sebagai basis pasangan.
Perbedaan antara Purin dan pirimidin
Perbedaan antara kedua nukleotida adalah bahwa hanya ada satu hadir cincin karbon di pirimidin. Dalam kasus purin, cincin karbon dua jumlahnya.
Purin memiliki titik leleh dan titik didih yang lebih tinggi daripada pirimidin. Alasan di balik perbedaan dalam leleh dan titik didih adalah bahwa molekul purin sangat kompleks dan berat. Purin berpartisipasi dalam jumlah yang lebih besar dari reaksi molekuler dibandingkan dengan pirimidin.
Purin dikenal untuk bertindak sebagai molekul prekursor dalam sintesis senyawa kimia seperti teofilin, teobromin, kafein, dll Pyrimidin tidak dikenal berfungsi sebagai molekul prekursor.
Ada tiga struktur DNA yang dikenal selama ini. Struktur-struktur DNA tersebut adalah sebagai berikut:
Struktur primer
DNA tersusun dari monomer-monomer nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari satu basa nitrogen berupa senyawa purin atau pirimidin, satu gula pentosa berupa 2’-deoksi-D-ribosa dalam bentuk furanosa, dan satu molekul fosfat. Penulisan urutan basa dimulai dari kiri yaitu ujung 5’ bebas (tidak terikat nukleotida lain) menuju ujung dengan gugus 3’ hidroksil bebas atau dengan arah 5’3’ (Darnell, et al., dalam T. Milanda, 1994).
Struktur sekunder
Salah satu sifat biokimia DNA yang menentukan fungsinya sebagai pembawa informasi genetik adalah komposisi basa penyusun. Pada tahun 1949-1953, Edwin Chargaff menggunakan metode kromatografi untuk pemisahan dan analisis kuantitatif keempat basa DNA, yang diisolasi dari berbagai 2 organisme. Kesimpulan yang diambil dari data yang terkumpul adalah sebagai berikut :
Komposisi basa DNA bervariasi antara spesies yang satu dengan spesies yang lain.
Sampel DNA yang diisolasi dari berbagai jaringan pada spesies yang sama mempunyai komposisi basa yang sama.
Komposisi DNA pada suatu spesies tidak berubah oleh perubahan usia, keadaan nutrisi maupun perubahan lingkungan.
Hampir semua DNA yang diteliti mempunyai jumlah residu adenin yang sama dengan jumlah residu timin (A=T), dan jumlah residu guanin yang sama dengan jumlah residu sitosin (G=C) maka A+G= C+T, yang disebut aturan Charrgaff.
DNA yang diekstraksi dari spesies-spesies dengan hubungan kekerabatan yang dekat mempunyai komposisi basa yang hampir sama.
Baca Juga : “Deskripsikan Arti Biologi” Definisi Serta ( Subdisiplin Ilmu )
Pada tahun 1953, James D. Watson dan Francis H.C. Crick berhasil menguraikan struktur sekunder DNA yang berbentuk heliks ganda melalui analisis pola difraksi sinar X dan membangun model strukturnya (Darnell, et al. Dalam T. Milanda, 1994). Heliks ganda tersebut tersusun dari dua untai polinukleotida secara antiparalel (arah 5’3’ saling berlawanan), berputar ke kanan dan melingkari suatu sumbu.
Unit gula fosfat berada di luar molekul DNA dengan basa-basa komplementer yang berpasangan di dalam molekul. Ikatan hidrogen di antara pasangan basa memegangi kedua untai heliks ganda tersebut (Willbraham and Matta dalam T. Milanda, 1994). Kedua untai melingkar sedemikian rupa sehingga keduanya tidak dapat dipisahkan kembali bila putaran masing-masing untai dibuka.
Keterangan :
Struktur primer DNA
Struktur sekunder DNA
Jarak di antara kedua untai hanya memungkinkan pemasangan basa purin (lebih besar) dengan basa pirimidin (lebih kecil). Adenin berpasangan dengan timin membentuk dua ikatan hidrogen sedangkan guanin berpasangan dengan sitosin membentuk tiga ikatan hidrogen.
Dua ikatan glikosidik yang mengikat pasangan basa pada cincin gula, tidak persis berhadapan. Akibatnya, jarak antara unit-unit gula fosfat yang berhadapan sepanjang heliks ganda tidak sama dan membentuk celah antara yang berbeda, yaitu celah mayor dan celah minor (Marks, et al., 1996 ; Robert K. Murray, et al., 2000).
Struktur tersier
Kebanyakan DNA virus dan DNA mitokondria merupakan molekul lingkar. Konformasi ini terjadi karena kedua untai polinukleotida membentuk struktur tertutup yang tidak berujung. Molekul DNA lingkar tertutup yang diisolasi dari bakteri, virus dan mitokondria seringkali berbentuk superkoil, selain itu DNA dapat berbentuk molekul linier dengan ujung-ujung rantai yang bebas.
Fungsi DNA
Molekul DNA berperan penting sebagai molekul pembawa informasi genetika (sifat-sifat kebakaran) kepada keturunannya. Bentuk morfologi sel, fungsi sel, dan berbagai aktivitas biologis sel ditentukan dan dikendalikan berdasarkan potensi DNA-nya. Sifat genotipe (ciri-ciri potensial total sel) dapat terekspresi dalam bentuk sifat-sifat yang tampak (fenotipe).
Baca Juga : Fungsi Sitoplasma – Pengertian, Struktur, Membran, Bentuk Dan Gambarnya
DNA memiliki fungsi yaitu, sebagai berikut :
- Sebagai pembawa materi genetika dari generasi ke generasi berikutnya.
- Untuk mengontrol aktivitas hidup secara langsung maupun tidak langsung.
- Melakukan sintesis protein.
- Sebagai autokatalis, yaitu kemampuan DNA untuk menggandakan diri (replikasi).
- Sebagai heterokatalis, yaitu kemampuan DNA untuk dapat mensintesis senyawa lain.
Biosintesis DNA
Biosintesis DNA adalah proses perakitan alami dari DNA. Biosintesis DNA terjadi sebelum pembelahan sel (khususnya pada eukariot). Biosintesis DNA sangat penting dalam pembelahan sel karena setiap sel anakan harus memiliki materi genetik yang sama, materi genetik yang tidak sesuai akan menyebabkan sel menjadi abnormal. Biosintesis DNA juga disebut replikasi DNA karena dalam prosesnya memerlukan DNA template untuk merakit DNA baru. Ada perbedaan antara proses biosintesis DNA prokariot dan eukariot walaupun secara garis besar sama. Biosintesis DNA dapat terjadi melalui dua tahap, yaitu : biosintesis nukleotida dan replikasi DNA.
Biosintesis Nukleotida
Proses aktivitasi molekul nukleotida untuk membentuk rantai polinukleotida DNA secara garis besar digambarkan sebagai berikut ini.
Skema pembentukan nukleotida
Replikasi DNA
Replikasi DNA merupakan suatu proses perjalinan urutan nukleotida DNA oleh pasangan basa komplementer (misalnya A dengan T dan G dengan C) menjadi urutan nukleotida yang komplementer. Proses penggandengan ini memerlukan terpisahnya jalinan DNA dari pilihan DNA (heliks), meskipun untuk sementara waktu agar memungkinkan terjadinya pasangan basa-N yang baru. Dengan demikian nukleotida tunggal yang tepat akan tersusun sejajar untuk menjalani polimerisasi dengan bantuan enzim DNA polimerase. Selama replikasi DNA berlangsung, setiap jalinan DNA yang lama berperan sebagai cetakan untuk pembentukan jalinan DNA baru.
Proses replikasi DNA dimulai pada titik tertentu yang sudah pasti, dinamakan titik pangkal (titik asal). Selanjutnya kedua jalin DNA membelah dan membentuk struktur seperti huruf “Y”, dengan titik persimpangannyayang dinamakan titik tumbuh. Karena daerah yang aktif ini membentuk huruf “Y”, maka disebut sebagai garfu replikasi DNA. Pada daerah garfu penggandaan, kedua pilinan DNA baru disintesis oleh kelompok multi enzim yang mengandung DNA polimerase.
Mengingat keduai untai DNA di dalam pilinan ganda itu tersusun sejajar berlawanan arah (antiparalel), maka untai-untai DNA baru akan tumbuh yang satu dengan arah 5’ – 3’ dan yang lainnya dengan arah 3’-5’. Akan tetapi arah tumbuh 3’-5’ ini tidak memiliki enzim DNA polimerase. Ternyata sintesis DNA pada cetakan 3’-5’ terjadi seuntai demi seuntai dengan arah 5’-3’ yang berupa untaian DNA pendek (fragmen DNA), yang berarti sintesis berjalan meninggalkan garfu penggandaan DNA. Selanjutnya untaian (fragmen) DNA pendek dihubungkan dengan fragmen DNA pendek lainnya dengan bantuan enzim DNA ligase.
Jalin DNA baru yang disintesis secara berkesinambungan dinamakan jalin utama. Sedangkan jalin DNA baru yang dicetak seuntai demi seuntai desebut jalin lamban, dan setiap untai jalin lamban ini dinamakan fragmen okazaki.
Enzim-enzim yang terlibat dan bekerja sama dalam proses replikasi DNA adalah :
DNA polimerase : enzim yang digunakan untuk mempolimerasikan nukleotida-nukleotuda menjadi polinukleutida DNA.
DNA ligase : enzim yang digunakan untuk menghubungkan untaian-untaian DNA (fragmen okazaki) pada jalin lamban.
DNA primase : enzim yang digunakan untuk memulai polimerisasi DNA di jalin lamban.
DNA helikase : enzim yang berperan membuka jalinan heliks DNA.
Asam nukleat merupakan suatu polinukleotida, yaitu polimer linier yang tersusun dari monomer-monomer nukleotida yang berikatan melalui ikatan fosfodiester. Fungsi utama asam nukleat adalah sebagai tempat penyimpanan dan pemindahan informasi genetik. Informasi ini diteruskan dari sel induk ke sel anak melalui proses replikasi. Sel memiliki dua jenis asam nukleat yaitu asam deoksiribonukleat (deoxyribonucleic acid/DNA) dan asam ribonukleat (ribonucleic acid/RNA). (Marks Dawn, et al., 2000).
Ada tiga struktur DNA yang dikenal selama ini. Struktur-struktur DNA tersebut adalah sebagai berikut:
Struktur primer
DNA tersusun dari monomer-monomer nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari satu basa nitrogen berupa senyawa purin atau pirimidin, satu gula pentosa berupa 2’-deoksi-D-ribosa dalam bentuk furanosa, dan satu molekul fosfat. Penulisan urutan basa dimulai dari kiri yaitu ujung 5’ bebas (tidak terikat nukleotida lain) menuju ujung dengan gugus 3’ hidroksil bebas atau dengan arah 5’3’ (Darnell, et al., dalam T. Milanda, 1994).
Struktur sekunder
Salah satu sifat biokimia DNA yang menentukan fungsinya sebagai pembawa informasi genetik adalah komposisi basa penyusun. Pada tahun 1949-1953, Edwin Chargaff menggunakan metode kromatografi untuk pemisahan dan analisis kuantitatif keempat basa DNA, yang diisolasi dari berbagai 2 organisme.
Struktur tersier
Kebanyakan DNA virus dan DNA mitokondria merupakan molekul lingkar. Konformasi ini terjadi karena kedua untai polinukleotida membentuk struktur tertutup yang tidak berujung. Molekul DNA lingkar tertutup yang diisolasi dari bakteri, virus dan mitokondria seringkali berbentuk superkoil, selain itu DNA dapat berbentuk molekul linier dengan ujung-ujung rantai yang bebas.
DNA memiliki fungsi yaitu, sebagai berikut :
- Sebagai pembawa materi genetika dari generasi ke generasi berikutnya.
- Untuk mengontrol aktivitas hidup secara langsung maupun tidak langsung.
- Melakukan sintesis protein.
- Sebagai autokatalis, yaitu kemampuan DNA untuk menggandakan diri (replikasi).
- Sebagai heterokatalis, yaitu kemampuan DNA untuk dapat mensintesis senyawa lain.
Demikianlah pembahasan mengenai DNA – Definisi, struktur fungsi dan Isolasinya. semoga dengan adanya ulasan tersebut dapat menambah wawasan dan pengetahuan anda semua, terima kasih banyak atas kunjungannya. 🙂 🙂 🙂
