STRUKTUR DNA
STRUKTUR
DNA
Deoksiribonukleat
acid yang disingkat DNA adalah materi genetik yang terdapat di
dalam kromosom dan kromosom terdapat di dalam nukleus atau inti sel. Selain itu, terdapat juga sebagian kecil DNA yang ditemukan di dalam
mitokondria hewan serta tumbuhan, dan kloroplas ganggang dan tumbuhan tingkat
tinggi. Terdapat perbedaan antara DNA di dalam nukleus dengan DNA yang terdapat
di dalam mitokondria dan kloroplast. Perbedaan tersebut adalah DNA nukleus
memiliki protein histon, sedangkan DNA mitokondria dan kloroplast tidak
memiliki protein histon dan memiliki bentuk molekul bulat seperti yang dimiliki
oleh bakteri dan ganggang biru.
Asam nukleat DNA disusun oleh
nukleotida-nukleotida. Nukleotida jika diuraikan,
tersusun oleh basa nitrogen, gula, dan fosfat (PO4). Basa nitrogen
penyusun DNA terdiri dari 2 jenis yaitu purin dan pirimidin. Purin terdiri dari
basa adenine (A) dan basa guanine (G), sedangkan pirimidin terdiri dari basa sitonsin
(C) dan basa timin (T). Gula penyusun DNA adalah pentosa yang disebut
deoksiribosa.
Bentuk
DNA adalah untai ganda berpilin atau sprial yang sering disebut double helix. Bentuk spiral
ini disebabkan oleh susunan gula dan fosfat. Bentuk
DNA double helix pertama kali
dikemukakan oleh Watson dan Crick pada tahun 1953. Dalam struktur
DNA Adenin (A) selalu berpasangan dengan Timin (T), sedangkan Sitosin (C) selalu
berpasangan dengan Guanin (G). pasangan dari Adenin dengan Timin dihubungkan
oleh 2 ikatan hydrogen (H), sedangkan pasangan Sitosin dengan Guanin
dihubungkan oleh 3 ikatan hydrogen (H).
REPLIKASI
DNA
Replikasi DNA dapat dikatakan
sebagai langkah awal dalam pembelahan sel. Proses pembelahan sel tidak
akan terjadi jika tidak terjadi penggandaan DNA. Penggandaan atau perbanyakan
DNA disebut juga sebagai replikasi DNA. Replikasi DNA sangat kompleks,
yang melibatkan banyak protein, dengan masing-masing protein memiliki fungsi
yang spesifik. Protein spesifik yang berperan dalam replikasi DNA, dikode oleh
gen yang terdapat di DNA. Hal ini menunjukan bahwa ada kaitan yang sangat erat
antara replikasi DNA, ekspresi genetik, dan metoblisme, sehingga jika terjadi
hambatan dalam metabolisme misalnya akan berpengaruh pada replikasi DNA.
Model Replikas DNA
Terdapat 3 hipotesis yang menjelaskan tentang replikasi DNA. Ketiga hipotesis replikasi DNA tersebut adalah semikonservatif, konservatif, dan Dispersif.
a. Hipotesis
semikonservatif
Menurut hipotesis semikonservatif, setiap untai ganda DNA
anakan yang dihasilkan melalui replikasi, DNA anakan tersebut memliiki satu
untai tunggal DNA induk dan satunya lagi merupakan hasil sintesis untai DNA
baru.
b. Hipotesis
konservatif
Menurut hipotesis
konservatif , untai DNA anakan terdiri dari hasil sintesis untai ganda DNA
baru, sedangkan untai DNA induk tetap bergabung.
c. Hipotesis
dispersif
Menurut hipotesis dispersif, DNA induk mengalami fragmentasi, hal ini mengakibatkan DNA anakan yang dihasilkan terdiri dari fragmen DNA induk dan DNA yang baru disintesis.
Berdasarkan penelitian yang
dilakukan oleh Matthew Melson dan Franklin Stahl dengan menggunakan bakteri Escherichia coli pada tahun 1958 mereka
berhasil menunjukan bahwa replikasi DNA berlangsung secara semikonservatif. Hasil
penelitian mereka menunjukan bahwa setiap DNA anakan masing-masing memiliki
satu untai DNA yang berasal dari untai DNA induk. Sehingga, mekanisme
replikasi DNA dengan cara semikonservatif lebih diterima dari pada mekanisme
yang lainnya.
Komponen-komponen
Replikasi DNA
Replikasi
DNA membutuhkan beberapa komponen. Komponen-komponen tersebut berperan dalam
mendukukng terjadinya replikasi DNA. Beberapa komponen tersebut antara lain:
1. DNA cetakan
Molekul DNA
yang akan mengalami replikasi atau DNA yang akan diperbanyak.
2. Molekul deoksi
ribonunkleotida
Molekul-molekul
ini terdiri dari dATP, dTTP, dCTP, dan dGTP. Masing deoksi ribonukleotida
tersusun oleh 3 komponen yaitu:
a. Basa
nitrogen (purin atau pirimidin)
b. Deoksiribosa
(gula yang memiiliki 5-karbon)
c. Gugus
fosfat
3. DNA
polymerase
Enzim yang
berperan mengaktalisis proses polimerisasi nukleotida yang membentuk untaian
DNA. Dengan kata lain DNA polymerase adalah enzim yang berfungsi dalam
sisntesis DNA atau pemanjangan DNA baru. Sel eukariot memiliki 5 jenis DNA
polymerase yaitu alfa, omega, sigma, beta dan gama. Hal ini berbeda pada
bakteri Escherichia coli yang
memiliki 3 jenis DNA polymerase yaitu 1, 2, dan 3.
4. Primase
Enzim
berperan dalam mengaktalisis sintesis primer. Primer digunakan untuk memulai
proses replikasi DNA. Bakteri E. coli memiliki
primase yang disebut primosom yang terdiri dari beberapa jenis protein.
5. Hilikase
dan girase
Helicase
berperan dalam membuka ikatan hydrogen pada DNA cetakan atau DNA induk. Girase
berperan dalam membantu proses pembukaan ikatan hydrogen pada DNA cetakan.
6. Single strand binding protein (SSB)
Protein
yang berperan dalam menstabilkan untaian DNA yang telah terbuka. Hal ini
bertujaun agar untaian DNA yang telah dibuka oleh helicase dan girase tidak
tertutup kembali, sehingga proses replikasi DNA dapat berjalan dengan baik
tanpa ada hambatan.
7. Ligase
Enzim ini berperan dalam
menyambung fargmen-fragmen DNA yang terputus.
Mekanisme
Sintesis DNA
Proses replikasi DNA terjadi melalui beberapa tahap.
Tahap tersebut adalah denaturasi, inisiasi, pemanjangan untaian DNA, ligasi
fragmen-fragmen DNA dan terminasi.
a. Denaturasi
Denaturasi
merupakan proses pemisahan DNA yang beruntai ganda menjadi DNA untai tunggal.
Proses pemisahan dikatalisis oleh helicase. Pada awalnya DNA cetakan atau induk
beruntai ganda, kemudian ikatan hydrogen diputus oleh helicase, sehingga
menjadi 2 untai tunggal. Kedua untai tunggal DNA ini digunakan sebagai cetakan
untuk mensintesis DNA baru.
b. Inisiasi
Inisiasi
merupakana proses memulai sintesis DNA. Setelah DNA untai ganda dipisahkan
menjadi untai tunggal, maka DNA untai tunggal tersebut masuk ke dalam tahap
inisiasi, untuk memulai proses sisntesis DNA baru. Sintesis DNA dimulai dari
ujung 5-P (fosfat) ke 3 OH (hidroksi).
Inisiasi
ini katalisis oleh primase. Primase atau RNA polymerase dengan mensintesis
primer. Primer terdiri dari beberapa basa nitrogen yang digunakan sebagai
tempat menempelnya DNA polymerase untuk memulai sisntesis DNA atau pemanjangan
untain DNA.
c. Pemanjangan
untaian DNA
Primer yang
telah terbentuk pada DNA untai tunggal, kemudian digunakan oleh DNA polymerase
untuk melakukan sisntesis atau pemanjangan DNA dengan cara menambahkan nukleotida
dari ujung 5-P ke 3-OH.
d. Ligasi
fragmen-fragmen DNA
Pada
sintesis DNA pada untai DNA negative terdapat fragmen okazaki yang harus
dipotong, sehingga membentuk fragmen yang dikenal dengan fagramen okazaki.
Fragmen-fragmen tersebut kemudian disambung oleh ligase.
e. Terminasi
Terminasi merupakan proses
terakhir dari replikasi. DNA polymerase akan berhenti melakukan sinstesis DNA
ketika masuk ke dalam daerah terminasi. Daerah terminasi merupakan daerah untai
DNA yang memiliki susunan basa yang unik, sehingga ketika DNA polymerase masuk
ke dalam daerah ini maka DNA polymerase akan terlepas dari untai DNA. Dengan demikian, berakhirlah proses replikas DNA.
