Pengertian, Struktur DNA, dan Replikasi DNA

Pengertian, Struktur DNA, dan Replikasi DNA – Setiap organisme akan memiliki materi genetik yang pada sebagian besar organisme tersimpan dalam DNA (beberapa virus materi genetiknya ialah RNA). DNA dapat dikatakan sebagai blueprint dari suatu organisme. Kita akan menemukan begitu banyak kode – kode yang mengatur kehidupan suatu organisme. Penemuan DNA merupakan titik perkembangan biologi molekuler yang mengoptimalkan dalam mengidentifikasi hubungan kekerabatan suatu organisme.

A. PENGERTIAN DNA

DNA atau deoksiribonukleid acid (asam deoksiribosa) adalah substansi genetik pada semua organisme. DNA mengandung informasi genetik suatu individu. DNA tersimpan di dalam inti sel (pada prokariot DNA terurai di sitoplasma). DNA berperan mengatur semua metabolisme sel atau organisme. Semua aktivitas kehidupan, mencakup repsirasi, sekresi, sampai reproduksi akan di atur oleh DNA. Selain ditemukan pada inti sel, pada organisme eukariotik DNA dapat ditemukan di dalam mitokondria dan kloroplas. Perkembangan teknologi dalam bioteknologi rekayasa genetik memanfaatkan gen yang menguntungkan dari suatu organisme untuk disisipkan pada DNA objek.

B. STRUKTUR DNA

DNA merupakan senyawa polinukleat yang tersusun atas satuan asam nukleat yang disebut nukleotida. Perkembangan teknologi memudahkan para ilmuwan untuk dapat mengamati organisasi tingkat molekuler seperti polinukleotida. Tiap nukleotida pada DNA tersusun atas:

• Gula pentosa: deoxyribosa
• Phospat
• Basa nitrogen yang dikelompokkan menjadi basa purin terdiri atas adenin (A); dan guanin (G), serta basa pirimidin yang terdiri atas timin (T); dan sitosin (S). DNA manusia mengandung sekitar 3 milyar basa nitrogen dan 99% pada manusia memiliki kemiripan. Urutan basa nitrogen sangat menentukan sifat/ karakteristik suatu organsime.

Banyak para ahli yang memanfaatkan perkembangan teknologi untuk meneliti bagaimana struktur dari DNA. Erwin Chargaff menggunakan teknik kromatografi untuk menganalisis komposisi dari DNA. Hasil penemuannya menunjukkan bahwa jumlah basa adenin sama dengan basa timin, dan basa guanin sama dengan basa sitosin. penemuannya ini kemudian dikenal dengan aturan Chargaff, yaitu:

Baca Juga:  Pengertian Sistem Sirkulasi Darah Tertutup dan Penjelasannya

– Jumlah basa nitrogen (A, T, G, dan S) pada setiap organisme ialah bervariasi
– Untuk setiap organisme, jumlah basa purin sama dengan basa pirimidin, dengan rincian jumlah adenin sama dengan timin, dan guanin sama dengan sitosin.

Rosalin Franklin melakukan penyinaran radioaktif (sinar X) terhadap DNA dan hasilnya menunjukkan bahwa DNA memiliki bentuk spiral (heliks). Penemuan – penemuan tentag DNA ini kemudian menarik perhatian Watson dan Crick untuk meneliti bagaimana bentuk dan struktur DNA. Watson dan Crick berhasil menggambarakan struktur DNA, menurut mereka:

• DNA merupakan rantai helix ganda (double helix) antiparalel yang apabila rantai heliks dibuka akan membentuk seperti suatu tangga.
• Ikatan gula pentosa (deoksiribosa) dan phosphat akan membentuk ibu tangga (terletak di luar), sementara ikatan basa nitrogen pada kedua pita membentuk anak tangga.
• Molekul DNA tersusun atas dua rantai polinukleotida yang mana dihubungkan oleh ikatan basa nitrogen. Sesuai dengan aturan Chargaff, basa purin akan berpasangan dengan basa pirimidin (adenin berpasangan dengan timin dihubungkan oleh dua ikatan hidrogen; sementara guanin berpasangan dengan sitosin dihubungkan oleh tiga ikatan hidrogen). Dengan demikian jumlah basa purin sama dengan basa pirimidin.

C. REPLIKASI DNA

DNA merupakan substansi genetika dan molekul inti pada semua organisme (kecuali virus). DNA tersimpan di dalam inti dan akan mengatur semua metabolisme dalam sel tersebut. dengan kata lain, DNA mengendalikan kehidupan suatu organisme. Dalam hal ini, DNA memiliki kemampuan heterokatalitis yaitu mensintesis senyawa lain melalui RNA (sintesis protein); serta autolitis yaitu mampu menyintesis dirinya sendiri. DNA mampu menduplikasi dirinya sendiri untuk tujuan reproduksi yang akan membagikan informasi genetik kepada keturunannya. Selain itu, DNA juga mampu memperbaiki dirinya sendiri jika terjadi kerusakan. Baik replikasi maupun reparasi DNA ini terjadi dengan cara yang sama. Akan dibutuhkan katalisis (enzim) untuk melangsungkan peristiwa tersebut.

Baca Juga:  Pengertian Disintegrasi Sosial dan Bentuk-bentuknya

• Enzim helikase berperan membuka pilinan pita DNA
• Enzim ligase berperan menyambung nukleotida pada untai DNA baru menjadi polinukleotida
• Enzim DNA polimerase berperan membawa basa nukleotida dan menambahkan ke pita baru.

Terdapat tiga teori yang mengemukakan model replikasi DNA, yaitu:

1. Konservatif

Menurut teori ini untai pita DNA baru terbentuk dari pola cetakan DNA lama. Rantai ganda pita DNA lama mempertahankan diri, dan masing – masing membuat duplikatnya.

2. Dispertif

Teori ini mengemukakan bahwa untai DNA baru terbentuk diantara untai DNA lama. Dengan kata lain, menurut teori ini, akan terbentuk fragmen – fragmen untai DNA baru diantara untai DNA lama.

3. Semikonservatif

Teori semikonservatif merupakan teori yang diyakini oleh semua ahli untuk menggambarkan bagaimana proses replikasi dan reparasi DNA. hal ini diperkuat oleh temuan Watson dan Crick yang telah menggambarkan bagaimana struktur DNA. selain itu, pecobaan yang dilakukan oleh Meselson dan Stahl yang menggunakan DNA bakteri E. coli dan hasilknya menunjukkan bahwa replikasi DNA bakteri terjadi sesuai dengan teori ini.

Menurut teori ini untai DNA lama akan membuka pilinannya dan masing – masing akan membentuk pita DNA baru. Enzim helikase akan membuka pilihan DNA lama dengan menghidrolisis ikatan hidrogen antara ikatan basa nitrogen pada kedua rantai. DNA disintesis dengan arah 5’ ke 3’ (menunjukkan letak gugus phospat pada atom karbon gula pentosa). Seperti yang telah diuraikan di atas, bahwa struktur DNA adalah rantai ganda yang anti paralel. Artinya, urutan pita DNA akan berbeda dengan pasangannya (berlawanan, satu sisi dimulai dari 5’-3’ pasangannya dimulai dari 3’-5). ketika helikase membuka pilinan DNA, ujung pita DNA yang bersimbol 5’ (artinya gugus phosphat terletak pada atom karbon deoksiribosa di nomor 5) disebut Leading Strand, sementara pita lainnya bersimbol 3’ (gugus phosphat terletak pada atom karbon deoksiribosa di nomor 3) disebut Lagging strand.

Baca Juga:  Pengertian & 31 Contoh Kalimat Majemuk Rapatan

Setelah initiator menginisiasi daerah replikasi, DNA polimerase III akan menambahkan basa nitrogen untuk pembentukan pita DNA baru. Pada leading strand, DNA polimerase III akan berjalan terus membentuk pita DNA baru. Sementara pada lagging strand, primase akan menentukan promotor untuk sintesis DNA baru. Di lagging strand, pembentukan pita DNA baru lebih kompleks dan melibatkan banyak enzim. Hal ini karena pada pita lagging pita yang terbuka adalah ujung 3’-5’, sementara pita DNA baru disintesis dengan arah 5’-3’. Dengan demikian, primase akan menempatkan promotor pada pita DNA yang telah dibuka oleh helikase, kemudian DNA polimerase III akan membentuk pita DNA baru dengan arah 5’-3’. Dengan demikian, pada lagging strand akan terbentuk fragmen okazaki, enzim ligase akan menyambungkan fragmen okazaki ini sehingga menjadi rantai polinukleotida. Setelah helikase membuka pilinan dengan sempurna, maka akan terbentuk dua DNA dengan kombinasi pita DNA lama akan berpasangan dengan pita DNA baru. Replikasi DNA dilakukan untuk reproduksi sel.