DNA adalah gudang informasi genetik dan molekul yang bertugas mentransmisikan kepada keturunan instruksi yang diperlukan untuk membangun semua protein yang ada dalam makhluk hidup. Untuk melakukan ini, ia memiliki kemampuan untuk membuat salinan dirinya sendiri melalui mekanisme, replikasi, yang didasarkan pada saling melengkapi antara basa nitrogen dari dua rantai DNA.Ada beberapa korespondensi antara kompleksitas suatu organisme dan jumlah DNA yang dikandungnya.
Masuk akal bahwa semakin kompleks suatu organisme, semakin banyak protein yang dibutuhkan.Dengan demikian, ada perbedaan penting dalam konten DNA virus, bakteri, ragi dan makhluk multiseluler.
Namun, dalam kelompok yang sama, seperti pada vertebrata, mungkin ada perbedaan besar dalam konten DNA, tanpa ada perbedaan signifikan dalam kompleksitasnya. Jika kita membandingkan konten DNA pada katak dan kadal, perbedaan hingga 100 kali dapat terlihat.
Pengertian Dari DNA
DNA adalah sebuah singkatan dari Deoxyribo Nucleic Acid atau jika adalam bahasa indonesia nya adalah asam deoksiribonuklea.
Asam deoksiribonuklea ini ada dan ditemukan di hampir semua organisme mahluk hidup. Asam deoksiribonuklea menjadi sebuah kode genetik yang menjadi panduan dalam menentukan seperti apa bentuk dari organisme atau mahluk hidup tersebut. Pada umumnya DNA berada pada inti sel.
DNA untuk pertama kalinya berhasil dimurnikan oleh ilmuwan dari swiss yaitu Friedrich Miescher dan beliau menamainya dengan nuclein.
Di dekade 40an, Avery dan kawan-kawannya melalui sebuah penelitian berhasil membuktikan fungsi DNA sebagai sebuah materi genetik.
Lalu Francis Crick dan James Watson melakukan penelitian lanjutan mengenai DNA ini pada sekitar tahun 1953. Dan keduanya berhasil menemukan bahwa DNA adalah sebuah polimer yang tersusun dari 4 basa asam nukleat, 2 dari pirimida yaitu timina dan sitosina, 2 dari purina yaitu guanina dan adenina.
Kemudian wilkins juga berhasil menyingkap bahwa DNA memiliki bentuk seperti heliks yang selalu berputar setiap 3.4 newton meter dan jarak antara molekul nukleo basa adalah sebesar 0.34 newton meter.
Atas penemuannya ketiga orang tersebut yaitu wilkins, james watson dan francis crick pada tahun 1962 dianugerahi nobel kedokteran.
Pengertian DNA ialah sejenis materi atau biomolekul yang menyimpan informasi mengenai instruksi genetik setiap organisme mahluk hidup dan juga berbagai macam virus.
DNA adalah sebuah bank penyimpanan informasi atau blue print dari semua jenis mahluk hidup yang ada di dunia. DNA ialah sebuah rangkaian yang tersusun dari asam amino serta menyimpan berbagai jenis informasi biologis di dalamnya.
DNA dalam sel eukariotik dan prokariotik
Dalam kedua jenis sel, DNA dapat mengambil berbagai bentuk dan tingkat kompleksitas.
DNA dalam sel prokariotik
Dalam prokariota ada molekul DNA sirkuler, yaitu, dengan ujungnya tertutup, yang disebut kromosom bakteri. Juga, kadang-kadang mengandung molekul melingkar kecil lainnya yang disebut plasmid.
DNA dalam sel eukariotik
Dalam sel eukariotik, DNA ditemukan di dalam nukleus, membentuk molekul linear panjang yang terkait dengan protein dasar. Setiap molekul DNA, dengan protein yang terkait, membentuk serat yang terlihat di bawah mikroskop elektron. Kombinasi semua serat ini merupakan kromatin. Ketika sel akan membelah, setiap serat kromatin memadat dan membentuk kromosom. Diperkirakan bahwa semua DNA yang terkandung dalam 46 kromosom sel manusia berukuran sekitar 2,36 meter.
Meskipun sebagian besar DNA dalam sel eukariotik ditemukan dalam nukleus, ia juga ditemukan dalam mitokondria dan kloroplas; Ini adalah DNA yang mengkode beberapa protein organel ini. Biasanya, setiap organel mengandung beberapa salinan DNA berbentuk cincin, mirip dengan prokariota, meskipun lebih pendek.
DNA dalam virus
Dalam virus, DNA dapat memiliki banyak bentuk. Virus mengandung satu molekul tunggal, yang bisa beruntai tunggal atau beruntai ganda, tergantung pada apakah itu terdiri dari untai tunggal DNA atau dua. Selanjutnya, kedua jenis ini bisa linier atau melingkar.
Apa itu DNA
Asam deoksiribonukleat atau DNA) adalah molekul yang terdiri dari dua rantai polinukleotida yang melilit satu sama lain untuk membentuk heliks ganda yang membawa instruksi genetik untuk pengembangan, fungsi, pertumbuhan dan reproduksi semua organisme yang dikenal dan banyak virus. DNA dan asam ribonukleat (RNA) adalah asam nukleat. Selain protein, lipid, dan karbohidrat kompleks (polisakarida), asam nukleat adalah salah satu dari empat jenis utama makromolekul yang penting untuk semua bentuk kehidupan yang diketahui.
Dua untai DNA dikenal sebagai polinukleotida karena mereka terdiri dari unit monomer sederhana yang disebut nukleotida. [2] [3] Setiap nukleotida terdiri dari satu dari empat nukleobase yang mengandung nitrogen (sitosin [C], guanin [G], adenin [A] atau timin [T]), gula yang disebut deoksiribosa, dan gugus fosfat. Nukleotida bergabung satu sama lain dalam rantai dengan ikatan kovalen (dikenal sebagai hubungan fosfo-diester) antara gula satu nukleotida dan fosfat berikutnya, menghasilkan tulang punggung gula-fosfat bergantian. Basa nitrogen dari dua untaian polinukleotida yang terpisah terikat bersama, sesuai dengan aturan pasangan basa (A dengan T dan C dengan G), dengan ikatan hidrogen untuk membuat DNA untai ganda. Basa nitrogen komplementer dibagi menjadi dua kelompok, pirimidin dan purin. Dalam DNA, pirimidin adalah timin dan sitosin; purin adalah adenin dan guanin.
Kedua untai untai ganda menyimpan informasi biologis yang sama. Informasi ini direplikasi saat dan ketika kedua untai terpisah. Sebagian besar DNA (lebih dari 98% untuk manusia) adalah non-coding, yang berarti bahwa bagian-bagian ini tidak berfungsi sebagai pola untuk urutan protein. Dua untai DNA berjalan berlawanan arah satu sama lain dan dengan demikian bersifat antiparalel. Terlampir pada setiap gula adalah salah satu dari empat jenis nukleobase (secara informal, basa). Ini adalah urutan keempat nukleobase ini di sepanjang tulang punggung yang mengkodekan informasi genetik. Untai RNA dibuat menggunakan untai DNA sebagai templat dalam proses yang disebut transkripsi, di mana basis DNA dipertukarkan dengan basis yang sesuai kecuali dalam kasus timin (T), di mana RNA menggantikan urasil (U). [4] Di bawah kode genetik, untaian RNA ini menentukan urutan asam amino dalam protein dalam proses yang disebut translasi.
Di dalam sel eukariotik, DNA diatur dalam struktur panjang yang disebut kromosom. Sebelum pembelahan sel yang khas, kromosom ini digandakan dalam proses replikasi DNA, menyediakan satu set kromosom lengkap untuk setiap sel anak. Organisme eukariotik (hewan, tumbuhan, jamur dan protista) menyimpan sebagian besar DNA mereka di dalam inti sel sebagai DNA inti, dan beberapa di mitokondria sebagai DNA mitokondria atau dalam kloroplas sebagai DNA kloroplas. [5] Sebaliknya, prokariota (bakteri dan archaea) menyimpan DNA mereka hanya dalam sitoplasma, dalam kromosom sirkular. Dalam kromosom eukariotik, protein kromatin, seperti histones, kompak dan mengatur DNA. Struktur pemadatan ini memandu interaksi antara DNA dan protein lain, membantu mengontrol bagian mana dari DNA yang ditranskripsi.
DNA pertama kali diisolasi oleh Friedrich Miescher pada tahun 1869. Struktur molekulnya pertama kali diidentifikasi oleh Francis Crick dan James Watson di Laboratorium Cavendish di Universitas Cambridge pada tahun 1953, yang upaya pengembangan modelnya dipandu oleh data difraksi sinar-X yang diperoleh oleh Raymond Gosling, yang merupakan mahasiswa pasca sarjana Rosalind Franklin di King’s College London. DNA digunakan oleh para peneliti sebagai alat molekuler untuk mengeksplorasi hukum dan teori fisik, seperti teorema ergodik dan teori elastisitas. Sifat-sifat material DNA yang unik telah membuatnya menjadi molekul yang menarik bagi ilmuwan dan insinyur material yang tertarik pada fabrikasi mikro dan nano. Di antara kemajuan penting di bidang ini adalah origami DNA dan bahan hibrida berbasis DNA. [6]
Sifat DNA
DNA adalah polimer panjang yang terbuat dari unit berulang yang disebut nukleotida, yang masing-masing biasanya dilambangkan dengan satu huruf: baik A, T, C, atau G. [7] [8] Struktur DNA adalah dinamis sepanjang panjangnya, mampu melingkar menjadi loop yang ketat dan bentuk lainnya. [9] Dalam semua spesies itu terdiri dari dua rantai heliks, terikat satu sama lain oleh ikatan hidrogen. Kedua rantai melingkar di sekitar sumbu yang sama, dan memiliki nada yang sama dengan 34 angstrom (Å) (3,4 nanometer). Sepasang rantai memiliki radius 10 angstrom (1,0 nanometer). [10] Menurut penelitian lain, ketika diukur dalam larutan yang berbeda, rantai DNA mengukur lebar 22 hingga 26 angstrom (2,2 hingga 2,6 nanometer), dan satu unit nukleotida berukuran 3,3 Å (0,33 nm). [11] Meskipun setiap nukleotida individu sangat kecil, polimer DNA bisa sangat besar dan mengandung ratusan juta, seperti dalam kromosom 1. Kromosom 1 adalah kromosom manusia terbesar dengan sekitar 220 juta pasangan basa, dan akan menjadi 85 mm jika diluruskan. [12]
DNA biasanya tidak ada sebagai untaian tunggal, tetapi sebagai pasangan untaian yang dipegang erat. [10] [13] Dua helai panjang ini saling melilit, dalam bentuk heliks ganda. Nukleotida mengandung baik segmen tulang punggung molekul (yang menyatukan rantai) dan nukleobase (yang berinteraksi dengan untai DNA lainnya di heliks). Nukleobase yang dihubungkan dengan gula disebut nukleosida, dan basa yang dikaitkan dengan gula dan satu atau lebih gugus fosfat disebut nukleotida. Biopolimer yang terdiri dari beberapa nukleotida yang saling terhubung (seperti dalam DNA) disebut polinukleotida. [14]
Tulang punggung untai DNA terbuat dari gugus fosfat dan gula bergantian. [15] Gula dalam DNA adalah 2-deoksiribosa, yang merupakan gula pentosa (lima karbon). Gula bergabung bersama oleh kelompok fosfat yang membentuk ikatan fosfodiester antara atom karbon ketiga dan kelima dari cincin gula yang berdekatan. Ini dikenal sebagai karbon 3′-end (tiga prima ujung), dan 5′-end (lima prima ujung), simbol utama yang digunakan untuk membedakan atom-atom karbon ini dari atom-atom dasar yang deoksiribosa membentuk ikatan glikosidik . Oleh karena itu, setiap untai DNA biasanya memiliki satu ujung di mana terdapat gugus fosfat yang terikat pada 5 ′ karbon ribosa (5 ′ fosforil) dan ujung lainnya di mana terdapat gugus hidroksil bebas yang terikat pada 3 ′ karbon dari suatu ribosa (3 ′ hidroksil). Orientasi karbon 3 ′ dan 5 along di sepanjang tulang punggung gula-fosfat memberi arah pada arah (kadang-kadang disebut polaritas) untuk setiap untai DNA. Dalam heliks ganda asam nukleat, arah nukleotida dalam satu untai berlawanan dengan arahnya pada untai lainnya: untaian itu antiparalel. Ujung asimetris untai DNA dikatakan memiliki arah lima ujung prima (5 ′), dan tiga ujung prima (3 ′), dengan ujung 5 having memiliki gugus terminal fosfat dan ujung 3 group kelompok terminal hidroksil terminal. Salah satu perbedaan utama antara DNA dan RNA adalah gula, dengan 2-deoksiribosa dalam DNA digantikan oleh ribosa gula pentosa alternatif dalam RNA. [13]
Bagian dari DNA. Basis terletak secara horizontal di antara dua helai spiral [16] (versi animasi).
Heliks ganda DNA distabilkan terutama oleh dua kekuatan: ikatan hidrogen antara nukleotida dan interaksi penumpukan basa di antara nukleobase aromatik. [17] Empat basa yang ditemukan dalam DNA adalah adenin (A), sitosin (C), guanin (G) dan timin (T). Keempat basa ini melekat pada gula-fosfat untuk membentuk nukleotida lengkap, seperti yang ditunjukkan untuk adenosin monofosfat. Pasangan adenin dengan timin dan pasangan guanin dengan sitosin, membentuk pasangan basa A-T dan G-C. [18] [19].
Fungsi DNA
DNA biasanya muncul sebagai kromosom linier pada eukariota, dan kromosom sirkular pada prokariota. Himpunan kromosom dalam sel membentuk genomnya; genom manusia memiliki sekitar 3 miliar pasangan basa DNA yang tersusun dalam 46 kromosom. [88] Informasi yang dibawa oleh DNA disimpan dalam urutan potongan-potongan DNA yang disebut gen. Transmisi informasi genetik dalam gen dicapai melalui pasangan basa pelengkap. Misalnya, dalam transkripsi, ketika sel menggunakan informasi dalam gen, sekuens DNA disalin ke dalam sekuens RNA komplementer melalui tarikan antara DNA dan nukleotida RNA yang benar. Biasanya, salinan RNA ini kemudian digunakan untuk membuat urutan protein yang cocok dalam proses yang disebut translasi, yang tergantung pada interaksi yang sama antara nukleotida RNA. Dengan cara alternatif, sel hanya dapat menyalin informasi genetiknya dalam proses yang disebut replikasi DNA. Rincian fungsi-fungsi ini tercakup dalam artikel lain; di sini fokusnya adalah pada interaksi antara DNA dan molekul lain yang memediasi fungsi genom.
Gen dan genom
DNA genom dikemas secara ketat dan tertib dalam proses yang disebut kondensasi DNA, agar sesuai dengan volume kecil sel yang tersedia. Pada eukariota, DNA terletak di inti sel, dengan jumlah kecil dalam mitokondria dan kloroplas. Pada prokariota, DNA disimpan di dalam tubuh yang bentuknya tidak beraturan di sitoplasma yang disebut nukleoid. [89] Informasi genetik dalam genom disimpan di dalam gen, dan set lengkap informasi ini dalam suatu organisme disebut genotipenya. Gen adalah unit hereditas dan merupakan wilayah DNA yang memengaruhi karakteristik tertentu dalam suatu organisme. Gen mengandung bingkai bacaan terbuka yang dapat ditranskripsi, dan urutan peraturan seperti promotor dan enhancer, yang mengontrol transkripsi dari kerangka bacaan terbuka.
Pada banyak spesies, hanya sebagian kecil dari urutan total genom yang mengkode protein. Sebagai contoh, hanya sekitar 1,5% dari genom manusia terdiri dari ekson pengode protein, dengan lebih dari 50% DNA manusia terdiri dari urutan berulang yang tidak dikode. [90] Alasan kehadiran begitu banyak DNA yang tidak dikode dalam genom eukariotik dan perbedaan luar biasa dalam ukuran genom, atau nilai-C, di antara spesies, mewakili teka-teki lama yang dikenal sebagai “C-value enigma”. [91] Namun, beberapa sekuens DNA yang tidak mengkode protein mungkin masih menyandikan molekul RNA non-coding fungsional, yang terlibat dalam regulasi ekspresi gen. [92]
Beberapa sekuens DNA nonkode memainkan peran struktural dalam kromosom. Telomere dan sentromer biasanya mengandung beberapa gen tetapi penting untuk fungsi dan stabilitas kromosom. [58] [94] Suatu bentuk DNA nonkode yang berlimpah pada manusia adalah pseudogen, yang merupakan salinan gen yang telah dinonaktifkan oleh mutasi. [95] Urutan-urutan ini biasanya hanya fosil molekuler, meskipun kadang-kadang dapat berfungsi sebagai bahan genetik mentah untuk pembuatan gen baru melalui proses duplikasi dan divergensi gen. [96]
Transkripsi dan translasi
Gen adalah sekuens DNA yang mengandung informasi genetik dan dapat memengaruhi fenotipe suatu organisme. Di dalam gen, urutan basa di sepanjang untai DNA mendefinisikan urutan RNA kurir, yang kemudian mendefinisikan satu atau lebih urutan protein. Hubungan antara sekuens nukleotida gen dan sekuens asam amino protein ditentukan oleh aturan penerjemahan, yang dikenal secara kolektif sebagai kode genetik. Kode genetik terdiri dari ‘huruf’ kata-kata yang disebut kodon yang dibentuk dari urutan tiga nukleotida (mis. ACT, CAG, TTT).
Dalam transkripsi, kodon gen disalin ke messenger RNA oleh RNA polimerase. Salinan RNA ini kemudian didekodekan oleh ribosom yang membaca urutan RNA dengan memasangkan Basa RNA kurir untuk mentransfer RNA, yang membawa asam amino. Karena ada 4 basis dalam kombinasi 3 huruf, ada 64 kemungkinan kodon (43 kombinasi). Ini mengkodekan dua puluh asam amino standar, memberikan lebih banyak asam amino lebih dari satu kemungkinan kodon. Ada juga tiga ‘stop’ atau ‘omong kosong’ kodon yang menandakan akhir wilayah pengkodean; ini adalah kodon TAA, TGA, dan TAG.
Replikasi DNA: Heliks ganda tidak dilepaskan oleh helikase dan topoisomerase. Selanjutnya, satu DNA polimerase menghasilkan salinan untai terkemuka. DNA polimerase lain berikatan dengan untaian lagging. Enzim ini membuat segmen yang tidak bersambung (disebut fragmen Okazaki) sebelum DNA ligase bergabung bersama.
Replikasi
Pembelahan sel sangat penting bagi suatu organisme untuk tumbuh, tetapi, ketika sel membelah, ia harus mereplikasi DNA dalam genomnya sehingga dua sel anak memiliki informasi genetik yang sama dengan induknya. Struktur DNA beruntai ganda menyediakan mekanisme sederhana untuk replikasi DNA. Di sini, dua untai dipisahkan dan kemudian urutan DNA komplemen masing-masing untai diciptakan kembali oleh enzim yang disebut DNA polimerase. Enzim ini membuat untai komplementer dengan menemukan basa yang tepat melalui pasangan basa komplementer dan mengikatnya ke untai asli. Karena DNA polimerase hanya dapat memperpanjang untai DNA dalam arah 5 ′ hingga 3,, mekanisme yang berbeda digunakan untuk menyalin untai antiparalel heliks ganda. [97] Dengan cara ini, pangkalan pada untai lama menentukan basis mana yang muncul pada untai baru, dan sel berakhir dengan salinan sempurna dari DNA-nya.
Asam nukleat ekstraseluler
Naked extracellular DNA (eDNA), sebagian besar dilepaskan oleh kematian sel, hampir ada di mana-mana di lingkungan. Konsentrasinya di tanah mungkin setinggi 2 μg / L, dan konsentrasinya di lingkungan akuatik mungkin setinggi 88 μg / L. [98] Berbagai fungsi yang mungkin telah diusulkan untuk eDNA: mungkin terlibat dalam transfer gen horizontal; [99] mungkin menyediakan nutrisi; [100] dan dapat bertindak sebagai penyangga untuk merekrut atau mentitrasi ion atau antibiotik. [101] DNA ekstraseluler bertindak sebagai komponen matriks ekstraseluler fungsional dalam biofilm beberapa spesies bakteri. Ini dapat bertindak sebagai faktor pengenalan untuk mengatur perlekatan dan penyebaran jenis sel spesifik dalam biofilm; [102] dapat berkontribusi pada pembentukan biofilm; [103] dan dapat berkontribusi pada kekuatan fisik biofilm dan ketahanan terhadap tekanan biologis. [ 104]
DNA janin bebas sel ditemukan dalam darah ibu, dan dapat diurutkan untuk menentukan banyak informasi tentang janin yang sedang berkembang. [105]
Dengan nama DNA lingkungan, eDNA telah meningkatkan penggunaan dalam ilmu alam sebagai alat survei untuk ekologi, memantau pergerakan dan keberadaan spesies di air, udara, atau di darat, dan menilai keanekaragaman hayati suatu daerah. [106] [107]