DNA

DNA pertama kali diisolasi oleh dokter Swiss Friedrich Miescher yang, pada tahun 1869, menemukan suatu zat mikroskopis dalam nanah dari perban bedah dibuang. Seperti berada dalam inti sel, ia menyebutnya "nuclein". Pada tahun 1919, Levene mengidentifikasi dasar, gula dan unit nukleotida fosfat. Levene menyarankan bahwa DNA terdiri dari serangkaian unit nukleotida dihubungkan bersama melalui gugus fosfat. Namun, Levene pikir rantai pendek dan dasar diulang dalam urutan yang tetap. Pada tahun 1937 William Astbury menghasilkan pola difraksi sinar-X pertama yang menunjukkan bahwa DNA memiliki struktur yang teratur.

Pada tahun 1928, Frederick Griffith menemukan bahwa ciri-ciri dari bentuk "halus" dari Pneumococcus bisa ditransfer ke bentuk "kasar" dari bakteri yang sama dengan mencampur membunuh "halus" bakteri dengan bentuk hidup "kasar". Sistem ini memberikan saran yang jelas pertama bahwa DNA membawa informasi genetic. Avery-MacLeod-McCarty percobaan ketika Oswald Avery, bersama dengan rekan kerja Colin MacLeod dan Maclyn McCarty, DNA diidentifikasi sebagai prinsip transformasi pada tahun 1943. peran DNA dalam keturunan dikonfirmasi pada tahun 1952, ketika Alfred Hershey dan Martha Chase pada percobaan Hershey-Chase menunjukkan bahwa DNA merupakan bahan genetik fag T2.

Pada tahun 1953 James D. Watson dan Francis Crick mengusulkan apa yang sekarang diterima sebagai model double-helix pertama benar struktur DNA dalam jurnal ''Nature''. diambil oleh Rosalind Franklin dan Raymond Gosling Mei 1952, serta informasi bahwa dasar DNA dipasangkan-juga diperoleh melalui komunikasi pribadi dari Erwin Chargaff di tahun-tahun sebelumnya. aturan Chargaff's memainkan peran yang sangat penting dalam membangun konfigurasi double-heliks untuk B-DNA serta DNA-A.

Eksperimental bukti yang mendukung model Watson dan Crick diterbitkan dalam serangkaian lima artikel dalam edisi yang sama. Dari jumlah tersebut, kertas Franklin dan Gosling adalah publikasi pertama dari difraksi data mereka sendiri X-ray dan metode analisis asli yang sebagian mendukung Watson dan model Crick, masalah ini juga berisi artikel tentang struktur DNA oleh Maurice Wilkins dan dua rekannya, yang analisis ''in vivo'' X-ray B-DNA pola juga mendukung keberadaan “in vivo” dari konfigurasi DNA heliks ganda seperti yang diusulkan oleh Crick dan Watson untuk model double-helix molekul DNA pada sebelumnya dua halaman. Pada tahun 1962, setelah kematian Franklin, Watson, Crick, dan Wilkins bersama-sama menerima Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran. Sayangnya, aturan Nobel waktu hanya diperbolehkan penerima tamu, tapi perdebatan yang penuh semangat terus tentang siapa yang harus menerima kredit untuk penemuan ini.

Dalam sebuah presentasi berpengaruh pada tahun 1957, Crick meletakkan keluar dari "Dogma Pusat" biologi molekuler, yang menobatkan hubungan antara DNA, RNA dan protein dan diartikulasikan dengan "hipotesis adaptor". konfirmasi Final mekanisme replikasi yang tersirat oleh struktur double-heliks diikuti pada tahun 1958 melalui eksperimen Meselson-Stahl. Pekerjaan lebih lanjut oleh Crick dan rekan kerja menunjukkan bahwa kode genetik didasarkan pada non-overlapping kembar tiga dari basa, yang disebut kodon, yang memungkinkan Har Gobind Khorana, Robert W. Holley dan Marshall Warren Nirenberg untuk memecahkan kode genetik. Temuan ini merupakan kelahiran biologi molekuler.

1865, Gregor Mendel menduga bahwa suatu bagian dari sel bertanggungjawab atas sifat yang diturunkan dari satu generasi ke generasi berikutnya

1868, Friedrich Miescher menemukan senyawa kimia yang berasal dari inti sel

1879, Albrecht Kossel menemukan asam nukleat

1882, Walther Flemming menemukan kromosom adalah bagian dari sel yang ditemukan Mendel

1887, Edouard-Joseph-Louis-Marie van Beneden menemukan bahwa suatu jasad memiliki jumlah kromosom tertentu

1902, Walter Stanborough Sutton menyatakan bahwa kromosom berpasangan

1910, Thomas Hunt Morgan menemukan bahwa bahan pembawa sifat adalah gen yang berada di dalam kromosom

1926, Hermann Muller menemukan bahwa sinar X dapat menginduksi mutasi

1928, Fred Griffith menemukan perubahan bentuk dinding sel Streptococcus pneumoniae

1935, Andrei Nikolaevitch Belozersky berhasil mengisolasi DNA murni

1941, George Beadle dan Edward Tatum menemukan hubungan mutasi dengan kerusakan proses biokimia sel

1944, Oswald Theodore Avery, Colin MacLeod dan Maclyn McCarty yang melanjutkan pekerjaan Griffith menemukan bahwa DNA adalah bahan yang menyebabkan perubahan bentuk dinding sel Streptococcus pneumoniae

Penelitian Avery, MacLeod, dan McCarty

1952, Alfred Hershey dan Martha Chase melalui penelitian menggunakan P dan S radioisotop membuktikan DNA sebagai bahan pembawa informasi genetika

1953, James Watson and Francis Crick menyatakan bahwa DNA adalah benang ganda anti paralel, berbentuk heliks yang saling berkomplemen

Penelitian Alfred Hershey dan Martha Chase

Penelitian Watson dan Crick

Dengan dukungan data difraksi sinar-X dari Rosalind Franklin,

Maurice Wilkins dan data analisis kimia basa nitrogen

dari Erwin Chargaff :

- Memformulasikan struktur DNA

- Mengelompokkan basa DNA menjadi purin dan

pirimidin

- Memformulasikan model replikasi DNA

STRUKTUR DNA

Tersusun atas dua utas  benang polinukleotida yang saling berpilin membentuk heliks ganda (double helix). Model struktur DNA itu pertama kali dikemukakan oleh James Watson dan Francis Crick pada tahun 1953 di Inggris. Struktur tersebut mereka buat berdasarkan hasil analisis foto difraksi sinar X pada DNA yang dibuat oleh Rosalind Franklin. Karena yang difoto itu tingkat molekul, maka yang tampak hanyalah bayangan gelap dan terang saja.

Bayangan foto itu dianalisis sehingga mereka berkesimpulan bahwa molekul DNA merupakan dua benang polinukleotida yang berpilin.

Seutas polinukleotida pada molekul DNA tersusun atas rangkaian nukleotida. Setiap nukleotida tersusun atas :

1. Gugusan gula deoksiribosa
2. Gugusan  fosfat yang terikat pada atom C nomor 5 dari gula
3. Gugusan basa nitrogen yang terikat pada atom C nomor 1 dari gula

Ketiga gugus tersebut saling terkait dan membentuk “tulang punggung” yang sangat panjang bagi heliks ganda. Strukturnya dapat diibaratkan sebagai tangga, dimana ibu tangganya adalah gula deoksiribosa dan anak tangganya adalah susunan basa nitrogen. Fosfat menghubungkan gula pada satu nukleotida ke gula pada nukleotida berikutnya untuk membentuk polinukleotida.

Basa nitrogen penyusun DNA terdiri dari basa purin, yaitu adenin (A) dan guanin (G), serta basa pirimidin yaitu sitosin  (C) dan timin (T). Ikatan antara gula pentosa dan basa nitrogen disebut nukleosida. Ada 4 macam basa nukleosida yaitu :

1. Ikatan A-gula disebut adenosin deoksiribonukleosida (deoksiadenosin)
2. Ikatan G-gula disebut guanosin deoksiribonukleosida (deoksiguanosin)
3. Ikatan C-gula disebut sitidin deoksiribonukleosida (deoksisitidin)
4. Ikatan T-gula disebut timidin deoksiribonukleosida (deoksitimidin)

Ikatan basa-gula-fosfat disebut sebagai deoksiribonukleotida atau sering disebut nukleotida. Ada 4 macam deoksiribonukleotida, yaitu

adenosin deoksiribonukleotida, timidin deoksiribonukleotida, sitidin deoksiribonukleotida, dan timidin deoksiribonukleotida. Nukleotida-nukleotida itu membentuk rangkaian yang disebut polinukleotida. DNA terbentuk dari dua utas polinukleotida yang saling berpilin dan arahnya berlawanan.

Basa-basa nitrogen pada utas yang satu memiliki pasangan yang tetap dengan basa-basa nitrogen pada utas yang lain. Adenin berpasangan dengan timin dan guanin berpasangan dengan sitosin. Pasangan basa nitrogen A dan T dihubungkan oleh dua atom hidrogen (A=T). Adapun pasangan basa nitrogen C dan G dihubungkan oleh tiga atom hidrogen (C≡G). Dengan demikian, kedua polinukleotida pada satu DNA saling komplemen.

Pada tahun 1947, sebelum ditemukannya struktur molekul DNA, seorang ahli biokimia bernama Erwin Chargaff menganalisis komposisi basa DNA sejumlah organisme yang berbeda. Hasil analisisnya adalah tiap spesies organisme memiliki komposisi DNA yang berbeda-beda. Banyaknya keempat basa nitrogen pada tiap spesies tidak sama, tetapi memiliki perbandingan yang khas. Artinya, tiap spesies memiliki jumlah basa yang khas.

Dalam DNA setiap spesies yang ditelitinya, Chargaff mengemukakan bahwa jumlah adenin sama dengan jumlah timin dan jumlah sitosin sama dengan jumlah guanin. Selain itu, urutan basa dan panjang DNA pada tiap spesies berbeda. Dengan 4 macam  basa dan DNA yang panjang, akan terbentuk berbagai kemungkinan urutan basa. Karena gen tersusun dari urutan basa tertentu, maka jumlah gen pada DNA juga sangat banyak kemungkinannya. Jadi, hanya dengan 4 macam basa akan terbentuk banyak gen yang menentukan sifat individu.

Apabila dilihat dengan mikroskop elektron , maka struktur DNA akan nampak seperti berikut :

DNA heliks ganda yang panjang juga mempunyai suatu polaritas. Polaritas tersebut dikarenakan salah satu ujung rantai DNA merupakan gugus fosfat dengan rantai karbon 5’ – deoksiribosa pada ujung terminal nukleotidanya. Oleh karena ujung rantai DNA lain merupakan gugus demikian pula, rantai polinukleotida merupakan suatu polaritas atau bidireksionalitas polinukleotida 3’———-5’ dan 5’———3’. Polaritas heliks ganda berlawanan orientasi satu sama lain. Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk heliks ganda berjajar secara antiparalel. Jika digambarkan sebagai berikut :

5’ – ATTGTCGAGG – 3’

3’ – TAACAGSTCC – 5’

Denaturasi dan Renaturasi DNA

Dua pita polinukleotida yang terbentuk doble helix dalam molekul DNA duhubungkan oleh atom H yang sangat lunak.

Jika suatu larutan yang mengandung DNA dipanaskan atau dibubuhi alkali yang kuat maka hubungan hidrogen itu menjadi labil dan putus dua pita spiral molekul DNA itu membuka proses ini dinamakan denaturasi

Jika larutan tersebut kemudian didinginkan kembali secar perlahan-lahan maka terbentuklah pasangan –pasangan basa itu kembali, peristiwa ini dinamakan Renaturasi

Renaturasi DNA mempunyai arti penting karena dignakan untuk membuat molekul-molekul hibrid antara DNA dari spesies yang berlainan, asal ada homolgi dalam urutan basa.

REPLIKASI DNA

ü Replikasi DNA adalah proses penggandaan rantai ganda DNA

ü Proses yg mengawali pertumbuhan sel

ü Replikasi akan diikuti oleh pembentukan sel-sel anakan yg membawa duplikat bhn genetik hasil replikasi.

ü Komposisi bahan genetik sel anakan sangat identik dengan komposisi genetik sel induk. Fungsi replikasi ini merupakan fungsi genotipik

ü Kesalahan dlm replikasi bhn genetik dpt mengakibatkan perubahan pd sifat sel-sel anakan

ü Perbedaan struktural molekul bahan genetik (DNA) menyebabkan perbedaan mekanisme replikasi pada prokariot dan eukariot

ü Replikasi pd prokariot dimulai dari satu situs awal replikasi (ORI) dan berlangsung ke dua arah menuju daerah terminasi

ü Replikasi pd eukariot dimulai dari banyak ORI, bergerak ke dua arah

Model Replikasi

• Konservatif : Setiap molekul untai ganda DNA anakan terdiri atas satu untai-tunggal DNA induk dan satu untai tunggal DNA hasil sintesis baru.

• Semikonservatif : DNA untai ganda induk tetap bergabung sedangkan kedua untaian DNA anakan terdiri atas molekul hasil sintesis baru.

• Dispersif : molekul DNA induk mengalami fragmentasi sehingga DNA anakan terdiri atas campuran molekul lama (induk) dan molekul hasil sintesis baru.

Komponen Yang Harus Ada

Pada proses replikasi ada beberapa komponen vital yang harus ada:

• DNA template : molekul DNA yang akan direplikasi

• Molekul nukleotida : komponen basa purin/pirimidin + deoksiribosa + fosfat = dATP, dTTP, dCTP, dan dGTP

• DNA polimerase : enzim utama yang mengkatalisis polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA

• Enzim primase           : mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA. Primer digunakan untuk menempelkan nukleotida pertama pada untaian DNA baru.

• Enzim Girase : enzim topoisomerase yang memutar untaian DNA sehingga ketegangan pilinan menurun

• Enzim helikase : untuk membuka untai DNA

• SSB : single stranded binding protein molekul protein yang menstabilkan untaian DNA

• enzim DNA ligase     : untuk menyambung fragmen - fragmen DNA

Proses Replikasi DNA

1. Pemisahan untaian DNA

Ada 3 enzim yang berperan : Helikase, girase (topoisomerase) dan SSB

2. Pembentukan ‘garpu’ replikasi

Garpu replikasi (replication fork) ialah struktur yang dibentuk akibat enzim helikase yang memutus ikatan-ikatan hidrogen yang menyatukan kedua untaian DNA, membuat terbukanya untaian ganda tersebut menjadi dua cabang yang masing-masing terdiri dari sebuah untaian tunggal DNA.

3. Polimerisasi DNA

Dikatalisis oleh enzim DNA polimerase. DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan memperpanjang oligonukleotida yang dibentuk oleh enzim primase dan disebut primer, membentuk untaian tunggal DNA baru yang disebut leading strand dan lagging strand.

Ketika nukleosida triphospat terjalin dg tulang belakang gula-fosfat dari untai DNA yg sedang terbentuk, senyawa ini kehilangan dua fosfatnya dlm bentuk molekul pirofosfat. Enzim yg mengkatalisis: DNA polimerase, & hidrolisis dr ikatan antara gugus fosfat menyediakan energi.

Sintesis Leading strand dan lagging strand selama replikasi DNA:

DNA polimerase memanjang untai hanya dalam arah 5’ à 3’. Salah satu untai baru disebut leading strand, dapat memanjang secara berkelanjutan dalam arah 5’à3’ ketika arah replikasi berjalan. Tetapi untai DNA baru lainnya lagging strand harus tumbuh secara menyeluruh dalam arah 3’à5’ dengan penambahan segmen-segmen pendek, segmen okazaki yang secara individu tumbuh dengan arah 5’à3’. Enzim ligase menghubungkan fragmen-fragmen tersebut.

4. Penyambungan DNA pada lagging strand

Fragmen-fragmen Okazaki akan disatukan menjadi sebuah untai DNA yang utuh dengan bantuan enzim DNA ligase.

Replikasi DNA terjadi secara simultan pada dua cabang. Leading strand dimulai dengan primer RNA, sebagaimana fragmen Okazaki pada lagging strand terbentuk. Terlihat pada kedua untai komplemen, satu untai tersusun terus-menerus sebagai leading strand dan untai komplemen lain disintesis fragmen, sebagai lagging strand.