DNA : Pengertian, Fungsi, Sifat, Replikasi

A. PENGERTIAN DNA

DNA atau Deoxyribonucleic Acid atau asam deoksiribo nukleat (ADN) merupakan tempat penyimpanan informasi genetik yang membawa informasi yang dapat diturunkan. Di dalam sel, DNA merupakan salh satu dari dua jenis asam nukleat yang penting bagi tubuh. DNA dianalogikan sebagai suatu polimer heliks ganda yang terdiri dari nukleotida, setiap nukleotida terdiri dari 3 komponen yaitu satu basa nitrogen, satu gula pentose atau deoksiribosa dan satu gugus fosfat. Setiap orang memiliki DNA yang unik. DNA dapat ditemukan di dalam inti sel dan di dalam mitokondria. Di dalam inti sel, DNA membentuk satu kesatuan untaian yang disebut kromosom. DNA terdapat di dalam kromosom. Setiap sel manusia yang normal memiliki 46 kromosom yang terdiri dari 22 pasang kromosom somatik dan 1 pasang kromosom sex. Sel manusia diperkirakan memiliki 50.000 sampai 100.000 gen yang dua kali lebih banyak daripada bakteri pada umumnya.

PENGERTIAN, FUNGSI, SIFAT DAN REPLIKASI DNA

Pada prokariot, DNA tidak terpisah dari komponen sel lain. Pada eukariot, DNA berikatan dengan protein, membentuk kompleks yang disebut kromatin.

Kurang dari 0,1% total DNA dalam sel terdapat dalam mitokondria. Informasi genetic dalam mitokondria dikode oleh kurang dari 20.000 pasang basa DNA. Informasi genetic dalam kromosom haploid manusia dikode oleh kira-kira 3 x 10⁹(3 milyar) pasang basa yang mengode 40.000 gen. DNA dan sistem sintesa protein dalam mitokondria lebih kurang sama dengan sistem bakteri, dimana tidak terdapat membran yang menutupi organel.

DNA dapat bereplikasi dan memperbanyak jumlahnya ketika akan terjadi pembelahan sel sehingga tiap sel baru akan memiliki DNA sama seperti sel yang lama.

B. SIFAT DNA

Berikut sifat yang menggambarkan DNA:

• Dalam tubuh makhluk hidup, jumlah basa yang menyusun DNA, urutan, serta panjang tidak sama
• Jumlah A sama dengan T dan jumlah G sama dengan C tidak lebih dan kurang satu sama lain
• Molekul hidup dan stabil
• Basa nitrogen terdiri dari basa Purin (A dan G) serta basa Pirimidin (S dan T)
• Nukleotida dibentuk dari ikatan antara gula, fosfat, dan basa nitrogen. Nukleotida berperan dalam sejumlah besar proses biokimiawi.
• Nukleosida dibentuk oleh ikatan yg terdiri dari gula dan basa nitrogen.

C. FUNGSI DNA

Berikut beberapa fungsi DNA : 

• DNA dapat mewariskan (genetic) pada semua sel, DNA secara tepat bereplikasi selama setiap generasi sel. Saat sel membelah, salinan yang identik dengan DNA parental dibagikan ke setiap sel anak. DNA menyediakan instruksi untuk semua generasi masa depan sel tunggal dan keseluruhan organisme multiseluler
• DNA mengendalikan aktivitas sel, menentukan sintesis enzim dan protein lain. protein mengatalasi dan mengatur reaksi metabolic, menyediakan bahan mentah untuk struktur sel, memungkinkan pergerakan sel, berinteraksi dengan lingkungan dan sel lain. dan mengendalikan pertumbuhan dan pembelahan sel.
• Gen adalah unit informasi di dalam DNA, setiap gen menentukan rangkaian asam amino  suatu protein tertentu. Membawa gen yang mengandung informasi yang menentukan jenis protein yang harus disintesis, kapan dalam tipe sel yang mana dan seberapa banyak jumlah protein yang harus disintesis. Ribuan hingga jutaan gen yang berlainan diperlukan untuk membuat semua protein yang penting dalam sebuah sel.
• Sebagai autokalatis atau kemampuan untuk menggandakan diri
• Sebagai heterokatalis atau kemampuan untuk mensintesis senyawa lain
• Membentuk RNAuntuk kelangsungan proses genetic di dalam tubuh makhluk hidup

D. STRUKTUR DNA

Penemuan struktur double helix DNA oleh James Watson dan Crick (1953) telah membuka pengertian tentang replikasi, transkripsi dan translasi gen. DNA termasuk dalam suatu kelas molekul organik yang disebut asam nukleat. Nukleotida saling dihubungkan oleh ikatan fosfodiester antara fosfat pada satu nukleotida dan gula pada nukleotida berikutnya. Setiap nukleotida terdiri dari tiga gugus molekul, yaitu :

• Gula 5 karbon (2-deoksiribosa)
• Basa nitrogen yang terdiri dari empat jenis berbeda, golongan purin yaitu adenin (Adenin A) dan guanin (guanini G), serta golongan pirimidin, yaitu sitosin (cytosine C) dan timin (thymine T)
• Gugus fosfat, yang terikat pada karbon 5 deosiriboksa.

Gula dan fosfat  berselang seling membentuk “tulang punggung” yang panjang bagai rantai nukleoktida yang disebut polinukleotida. Kedua ujung polinukleotida berbeda-beda satu sama lainnya membuatnya menjadi suatu molekul polar. Ujung-ujung tersebut dirancang menurut nomor karbon pada gula. Gugus fosfat pada ujung 5 dan gugus hidroksil pada ujung 3.

Pada tahun 1953, Frances Crick dan James Watson menemukan model molekul DNA sebagai suatu struktur heliks beruntai ganda, atau yang lebih dikenal dengan heliks ganda Watson-Crick. DNA merupakan makromolekul polinukleotida yang tersusun atas polimer nukleotida yang berulang-ulang, tersusun rangkap, membentuk DNA haliks ganda dan terdiri atas pasangan polinukleotida serta berpilin ke kanan

Strukturnya menyerupai tangga tali dengan gula fosfat sebagai tulang punggungnya membentuk “sisi tangga” dan pasangan basa membentuk “anak tangga” yang kaku. Molekul DNA memuntir untuk membentuk suatu heliks dengan 10 basa per tikungan heliksnya. Kedua untaian DNA berpasangan dengan polaritas 5 ke 3 yang berjalan dalam arah berlawanan atau antiparalel.

Kedua untaian molekul DNA dipasangkan oleh pasangan basa komplementer (dihasilkan dari pembentukan ikatan hydrogen antar pasangan yang spesifik. Setiap nukleotida di satu untai berpasangan dengan satu nukleotisa spesifik (komplementer) pada untaian yang lain.

Variasi DNA ditemukan pada rangkaian linear pasangan basa di sepanjang molekulnya. Keanekaragaman rangkaian yang menakjubkan dibentuk dalam molekul DNA yang panjangnya dapat mencapai ribuan hingga jutaan pasangan basa (base pairs atau bp). Struktur asam nukleat distabilkan oleh rantai gula-fosfat, pasangan basa, base stacking (hidrofob) dan interaksi ioniknya.

STRUKTUR DNA

E. REPLIKASI DNA

Replikasi adalah peristiwa sintesis DNA. Replikasi atau cetakan (salinan identik) merupakan satu ciri kunci DNA. Setiap molekul DNA menyediakan cetakannya sendiri untuk replikasi. Setiap untai berfungsi sebagai cetakan untuk menyintesis untai DNA komplementer baru, sesuai dengan aturan khusus asam basa. Suatu enzim yang disebut DNA polymerase menyintesis DNA dengan menghubungkna setiap pasangan nukleotida baru ke ujung 3 untai DNA yang sedang tumbuh.

Pada setiap molekul DNA anak, satu untai DNA parental (lama) dipertahankan untuk berpasangan dengan satu untai yang baru disintesis. Pola replikasi demikian itu mengacu pada pola semikonservatif. Sebaliknya, pola ini akan menghasilkan molekul DNA parental utuh yang sama sekali baru. Replikasi DNA  sangat cepat dan akurat. Diperkirakan sekitar 500 nukleotida direplikasi setiap detik dan diperkirakan terdapat satu kesalahan dalam 1 miliar pasang basa (bp). Hal ini adalah bagian yang menakjubkan mengingat ukuran genom eukariotik (sekitar 3 miliar bp DNA) di dalam sebuah inti sel.

Saat suatu sel membelah secara mitosis, tiap-tiap sel hasila pembelahan mengandung DNA penuh dan identik seperti induknya. Dengan demikian, DNA harus secara tepat direplikasi sebelum pembelahan dimulai. Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai nukleotida baru dari rantai nukleotida lama. Proses komplementasi pasangan basa menghasilkan suatu molekul DNA baru yang sama dengan molekul DNA lama sebagai cetakan. Kemungkinan terjadinya replikasi dapat melalui tiga model.

• Model pertama adalah model konservatif, yaitu dua rantai DNA lama tetap tidak berubah, berfungsi sebagai cetakan untuk dua dua rantai DNA baru.
• Model kedua disebut model semikonservatif, yaitu dua rantai DNA lama terpisah dan rantai baru disintesis dengan prinsip komplementasi pada masing-masing rantai DNA lama tersebut.
• Model ketiga adalah model dispersif, yaitu beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama digunakan sebgai cetakan untuk sintesis rantai DNA baru.

Berikut adalah gambaran replikasi yang terjadi terhadap DNA :

REPLIKASI DNA

Dari ketiga model replikasi tersebut, model semikonservatif merupakan model yang tepat untuk proses replikasi DNA.Replikasi DNA semikonservatif ini berlaku bagi organisme prokariot maupun eukariot. Perbedaan replikasi antara organisme prokariot dengan eukariot adalah dalam hal jenis dan jumlah enzim yang terlibat, serta kecepatan dan kompleksitas replkasi DNA. Pada organisme eukariot, peristiwa replikasi terjadi sebelum pembelahan mitosis, tepatnya pada fase sintesis dalam siklus pembelahan sel.

Mekanisme replikasi DNA telah diamati pertama kali pada sebuah bakteri Escherichia coli. Suatu proses serupa terjadi pada eukariota. Replikasi diawali ketika protein spesifik mengenali dan berikatan dengan situs (tempat) khusus di sebuah kromososm yang disebut sumber replikasi. Terdapat banyak sumber disetiap kromosom eukariotik linear. Replikasi berjalan pada struktur garpu replikasi. Setiap garpu bergerak dalam satu arah dan rangkaian [arental dibuat lebih banyak sehingga memungkinkan untuk replikasi. Beberapa proses terusberlanjut pada garpu replikasi. Pemasangan basa dengan untauain cetakan parental menentukan rangkaian nukleotida pada setiap untai DNA baru. Nukleotida komplementer dihubungkan dengan ujung 3’ untai baru oleh sebuah molekul DNA polymerase, yang bergerak sepanjang cetakan. Jadi, DNA baru selalu disintesis pada arah 5 ke 3. Elongasi yang kontinu pada garpu replikasi, satu untai baru diperpanjang terus-menerus mengikuti arah 5 ke 3 garpu bergerak. Hal ini disebut sintesis untai terarah.

Sintesis untai tertinggal menggambarkan mekanisme elongasi diskontinu, terjadi pada untai cetakan yang tidak terarah. Karena satu untai cetakan adalah antiparalel, satu untai baru harus dibentuk pada arah keseluruhan 3 ke 5 yang bukan arah penentunya. Molekul lain DNA polymerase menyintesis untai yang mengikuti dan tertinggal arah pada garpu replikasi.

PERGERAKAN GARPU REPLIKASI

Ada beberapa enzim yang berperan penting dalam replikasi DNA yaitu:

1. Kompleks replikasi

Proses replikasi melibatkan banyak enzim berbeda. Kompleks replikasi dibentuk sewaktu bebrapa enzim berbeda bergabung dengan DNA polymerase.

2. Enzim pada garpu replikasi:

• DNA helikase, melepaskan untaian DNA parental dan kompleks replikasi
• Protein pengikat untai tunggal, mengikat parental yang terpisah untuk dikuatkan kembali atau diperbaiki
• RNA primase, memulai sintesis de novo setiap fragmen pkazaki pada untai yang tertinggal. Primase menyintesis primer RNA pendek yang komplementer dengan cetakan DNA baru yang terpajang. Primer RNA menediakan ujung 3 yang diperlukan DNA polymerase untuk mulai menambahkan nukleotida DNA.

3. Eksonuklease, berfungsi menyingkirkan primer RNA diantara fragmen

4. DNA ligase, berfungsi untuk menggabungkan fragmen okazaki satu sama lain untuk memperpanjang untai DNA baru yang kontinu.