BAB II

PEMBAHASAN

A. Sejarah DNA

Pada pertengahan tahun 1940-an arah penelitian tentang bahan genetis mulai beralih

dari protein ke DNA, salah satu jenis asam nukleat mahluk hidup. Tahun 1944,  Oswalt

Avery, Colin Mac Leod dan Maclyn McCarty dengan menggunakan ekstrak DNA

berhasil menunjukkan bahwa DNA merupakan senyawa yang bertanggung jawab dalam

proses transformasi bakteri strain R (rough) yang kurang virulen dan kasar menjadi strain

S (smooth) yang sangat virulen dan halus.

Penelitian yang menunjukkan bahwa DNA merupakan bahan informasi genetik dan

bukan protein, dilakukan oleh Alfred Hershey dan Martha Chase ada tahun 1952.

Percobaan pembuktian DNA sebagai bahan informasi genetik dilakukan melalui

pelabelan DNA dengan 32P dan protein dengan 35S asal virus bakteriofag T2. Hasil

analisis bakteri yang terinfeksi dalam sel bakteri kemudian mengendalikan metabolisme

sel bakteri guna kepentingan bakteriofag, biosintesis DNA, dan protein bakteriofag.

Sebaliknya sedikit sekali yang mengandung 35S (protein bakteriofag induk).

Pada tahun 1953, James D. Watson, ahli Biokimia Amerika Serikat dan Francis

Crick, ahli biofisika Inggris, mampu mengidentifikasi rantai asam deoksiribonukleat di

dalam kromosom inti sel, tempat rantai DNA bernaung. Struktur yang ditemukan adalah

rantai ganda antiparalel, yang terbukti membawa ribuan gen yang menentukan sifat-sifat

mahluk hidup. Sekarang tidak terbantahkan lagi bahwa DNA merupakan materi genetik.

B. Pengertian DNA

Secara bahasa, deoxyribonucleic acid (DNA) tersusun dari kata “deoxyribosa”

yang berarti gula pentosa, “nucleic” yang dalam bahasa Indonesia biasa dikenal dengan

sebutan nukleat dan kata nukleat berasal dari kata nucleus yang berarti inti, sertaacid yang

berarti zat asam. Karena terdapat didalam nukleus sel, maka DNA juga disebut dengan

asam nukleat.

Secara terminologi, DNA adalah persenyawaan kimia yang membawa keterangan

genetik dari sel khususnya atau dari makhluk dalam keseluruhannya dari satu generasi ke

generasi berikutnya.

Dalam istilah umum, DNA disebut dengan asam deoksiribonukleat dan biasa

disingkat dengan AND. Deoxyribonucleic acid atau DNA adalah istilah asing, namun

karena dikalangan internasional dan masyarakat kita istilah ini lebih dikenal daripada

ADN, maka untuk selanjutnya penulis akan menggunakan istilah DNA.

Menurut Stephen N. Kreitzman, DNA adalah cetak biru, “kode kehidupan”, di

mana tiap sel hidup pasti mengandung kode kehidupan ini. Kode ini mengandung semua

informasi yang diperlukan untuk membuat sel yang akan menjadi sel saraf, sel otot atau

sel kulit. Selain itu kode ini mengandung informasi yang menentukan apakah sel itu akan

menjadi sel tikus, sel anjing atau sel manusia.

Sedangkan menurut Wildan Yatim, DNA adalah unit bahan genetis. Gen terdiri

dari DNA/ asam deoksiribonukleat yang diselaputi dan diikat oleh protein. Dan gen

sendiri adalah unit terkecil bahan sifat keturunan. Gen-lah yang mengandung informasi

yang diteruskan dari generasi ke generasi dan yang menentukan sifat-sifat suatu

organisme.

Pendapat yang sama juga diungkapkan oleh H.M. Nurcholis Bakry, bahwa

didalam DNA-lah terkandung informasi keturunan suatu makhluk hidup yang akan

mengatur program keturunan selanjutnya.

Dapat disimpulkan, pengertian DNA adalah susunan kimia makro molekuler yang

terdiri dari tiga macam molekul, yaitu; gula pentosa, asam pospat dan basa nitrogen yang

sebagian besar terdapat dalam nukleus makhluk hidup yang akan mengatur program

keturunan selanjutnya.

http://www.referensimakalah.com/2013/01/pengertian-dna-deoxyribonucleic-

acid.html

C. Struktur DNA

Bagian terbesar dari DNA terdapat di dalam kromosom. Sedikit DNA terdapat

juga di dalam organel seperti mitokondria dari tumbuhan dan hewan, dan dalam

kloroplast dari ganggang dan tumbuhan tingkat tinggi. Ada perbedaan nyata antara DNA

yang terdapat di dalam kromosom dan di dalam mitokondria maupun kloroplast. DNA di

dalam mitokondria dan kloroplast tidak ada hubungannya dengan protein histon dan

bentuk molekulnya bulat seperti yang terdapat pada bakteri dan ganggang biru. Sel tum-

buhan dan hewan mengandung kira-kira 1000 kali lebih banyak DNA daripada yang

dimiliki sel bakteri.

Asam nukleat tersusun atas nukleotida (mononukleotida), yang bila terurai terdiri

dari gula, fosfat dan basa yang mengandung nitrogen. Basa nitrogen dan gula pentosa

deoksiribosa melalui ikatan glikosida membentuk molekul nukleosida. Ikatan glikosida

tersebut terjadi antara atom C-1 gula pentosa dengan atom N-1 pirimidin atau atom N-9

purin. Karena banyaknya nukleotida yang menyusun molekul DNA, maka molekul

DNA merupakan suatu polinukleotida.

Tiga komponen dasar  molekul DNA yaitu:

1. Gula. Molekul gula yang menyusun DNA adalah sebuah pentosa, yaitu deoksiribosa

2. Fosfat. Molekul fosfatnya berupa PO4.

3. Basa. Basa nitrogen yang menyusun molekul DNA dibedakan atas:

          a. Kelompok pirimidin. Kelompok ini dibedakan atas basa: - sitosin (S)- timin (T)

           b. Kelompok purin. Kelompok ini dibedakan atas basa: - adenin (A) - guanin (G)

Gambar. Kelompok basa

Struktur fisik dan kimia DNA dikemukakan James D. Watson dan Francis Crick.

DNA mempunyai dua rantai polinukleotida anti-paralel dalam heliks ganda. Ciri-ciri

utama model DNA heliks ganda yang diusulkan Watson dan Crick adalah sebagai

berikut:

1. Molekul DNA mengandung dua rantai polinukleotida yang terikat satu dengan yang

lain dalam heliks ganda putar kanan.

2. Diameter heliks ganda tersebut adalah 2 nm.

3. Kedua rantai antiparalel (polaritas berlawanan), yaitu kedua rantai berorientasi dalam

arah berlawanan satu rantai arah 5’ ke 3’ dan rantai lain dari 3’ ke 5.

4. Kerangka gula fosfat berada pada di sisi luar heliks ganda sementara basa terorientasi

pada pusat sumbu.

5. Basa-basa rantai yang berlawanan diikat bersama melalui ikatan hydrogen. Basa A

elalu berpasangan dengan T (dua ikatan hydrogen) dan G dengan C (tiga ikatan

hydrogen).

6. Pasangan basa terpisah 0,34 nm (34 Å) dalam heliks ganda. Putaran penuh (3600)

heliks mengambil 3,4 nm (0,34 Å), sehingga ada 10 pasang basa setiap putaran.

7. Dua rantai yang mengikat pasangan basa pada cincin gulanya tidak berlawanan secara

langsung. Karena tulang punggung dua gula fosfat dari heliks ganda tidak sama

panjang dalam sumbu heliks sehingga menghasilkan lekukan antara tulang punggung.

Lekukan memiliki ukuran yang sama, sehingga disebut lekukan besar (mayor groove)

dan lekukan kecil (minor groove)

Kedua ujung rantai DNA linear dapat terikat secara kovalen satu sama lain

membentuk struktur lingkaran. Struktur tersebut dapat berbentuk acak (berlilitan) dan

sirkular terbuka. Pelilitan merupakan struktur DNA yang tertutup secara kovalen karena

rantai polinukleotidanya tetap utuh. Struktur ini tidak mempunyai ujung 5’ atau 3’ bebas.

Jika salah satu rantai polinukleotida putus, maka heliks ganda akan kembali ke bentuk

normalnya sebagai sirkular terbuka. Beberapa contoh struktur DNA berlillitan adalah

DNA virus ST-40, DNA plasmid bakteri.

Penelitian lanjutan oleh Wilkins dan kawan-kawan menemukan 3 macam

struktur DNA dan dinamakan struktur A, B, dan Z. Model struktur DNA paling stabil

adalah struktur B, seperti yang dikemukakan oleh Watson & Crick. Heliks ganda di alam

(dalam larutan) umumnya memiliki putar ke kanan (DNA-B). bila DNA memiliki basa

purin dan pirimidin berselang seling, terdapat kecenderungan bentuk B berubah menjadi

bentuk Z yang membentuk heliks zigzag. Bentuk A putar kiri, di antaranya terjadi bila

rantai DNA berubah menjadi tunggal untuk kemudian berpasangan dengan RNA.

Penelitian Chargaff (1955) melalui hidrolisis DNA membuktikan bahwa pada

berbagai macam makhluk ternyata banyaknya  adenin selalu kira-kira sama dengan

banyaknya timin (A = T), demikian pula dengan sitosin dan guanin (S = G). Dengan

perkataan lain, aturan Chargaff menyatakan bahwa perbandingan A/T dan S/G selalu

mendekati satu.

http://desybio.wordpress.com/tag/1-struktur-dna/

D. Jenis dan Fungsi DNA

Jenis DNA

Jenis DNA dibedakan oleh pembentukan dan struktur heliks. Komponen dari

helix ganda yang spesifik untuk semua DNA. DNA terdiri dari tulang punggung gula-

fosfat dengan basa nitrogen internal. ikatan Hidrogen basa nitrogen memegang struktur

helix ganda dengan menggabungkan dua untai komplementer DNA. Tulang punggung

eksternal bermuatan negatif, menyediakan interaksi dengan molekul lain.

B-DNA

B-DNA adalah bentuk yang umumnya diamati pada kromosom. B-DNA adalah

heliks tangan kanan dengan 10 pasangan basa per putaran. B-DNA direplikasi

dan digunakan dalam transkripsi dan translasi RNA, yang merupakan molekul

yang digunakan untuk sintesis protein. B-DNA dapat terdenaturasi, yang berarti

ikatan hidrogen dihilangkan. Ini pada dasarnya adalah langkah pertama dalam

replikasi DNA dalam sel.

A-DNA

A-DNA juga heliks tangan kanan. Namun, ada banyak pasangan basa per

putaran. A-DNA memiliki 11 pasangan basa per putaran. Selain struktur yang

lebih kompak, A-DNA mirip dengan B-DNA. Ini adalah biologis aktif dalam sel,

dan membentuk struktur mengkristal dalam percobaan laboratorium.

Z-DNA

Z-DNA adalah jenis DNA yang merupakan heliks tangan kiri. Ia juga dikenal

secara biologis aktif dalam formasi zigzag berulang urutan pasangan basa. Z-

DNA memiliki 12 pasangan basa per putaran, sehingga membawa sebagian besar

gen antara setiap pergantian. Z-DNA berperan dalam transkripsi RNA, yang

merupakan proses sintesis protein untuk menciptakan mRNA dari untai DNA.

mRNA (message RNA) adalah molekul yang membawa gen ditranskripsi ke

ribosom dimana protein disintesis.

cDNA

cDNA (DNA komplementer atau klon) adalah jenis DNA yang digunakan untuk

menggambarkan pustaka informasi genetik. cDNA digunakan dalam pengujian

untuk obat-obatan dan penelitian penyakit. cDNA adalah untai komplementer

yang dituangkan dalam laboratorium untuk menciptakan gen. Rekayasa genetika

juga menggunakan pustaka DNA ini untuk membuat versi modifikasi dari

informasi genomik.

http://www.sridianti.com/apa-saja-berbagai-jenis-dna.html

Fungsi DNA

Fungsi utama DNA adalah sebagai pembawa sifat dari parental kepada

keturunannya. Untuk dapat diturunkan, DNA harus melalui tahap replikasi. Pada

replikasi DNA, rantai DNA baru dibentuk berdasarkan urutan nukleotida pada DNA

yang digandakan.Replikasi merupakan proses pelipatgandaan DNA. Proses replikasi ini

diperlukan ketika sel akan membelah diri. Pada setiap sel, kecuali sel gamet, pembelahan

diri harus disertai dengan replikasi DNA supaya semua sel turunan memiliki informasi

genetik yang sama.

Pada dasarnya proses replikasi memanfaatkan fakta bahwa DNA terdiri dari dua

rantai dan rantai yang satu merupakan "konjugat" dari rantai pasangannya. Dengan kata

lain, dengan mengetahui susunan satu rantai, maka susunan rantai pasangan dapat

dengan mudah dibentuk. Proses replikasi memerlukan protein atau enzim pembantu;

salah satu yang terpenting dikenal dengan nama DNA polimerase, yang merupakan

enzim pembantu pembentukan rantai DNA baru yang merupakan suatu polimer.

Proses replikasi diawali dengan pembukaan untaian ganda DNA pada titik-titik

tertentu di sepanjang rantai DNA. Proses pembukaan rantai DNA ini dibantu oleh

beberapa jenis protein yang dapat mengenali titik-titik tersebut, dan juga protein yang

mampu membuka pilinan rantai DNA. Setelah cukup ruang terbentuk akibat pembukaan

untaian ganda ini, DNA polimerase masuk dan mengikat diri pada kedua rantai DNA

yang sudah terbuka secara lokal tersebut. Proses pembukaan rantai ganda tersebut

berlangsung disertai dengan pergeseran DNA polimerase mengikuti arah membukanya

rantai ganda. Monomer DNA ditambahkan di kedua sisi rantai yang membuka setiap kali

DNA polimerase bergeser.

Hal ini berlanjut sampai seluruh rantai telah benar-benar terpisah. Proses replikasi

DNA ini merupakan proses yang rumit namun teliti. Proses sintesis rantai DNA baru

memiliki suatu mekanisme yang mencegah terjadinya kesalahan pemasukan monomer

yang dapat berakibat fatal. Karena mekanisme inilah kemungkinan terjadinya kesalahan

sintesis amatlah kecil.

http://mylifemyadventureandmyfuture.blogspot.com/2012/08/dna-rna-dan-sintesa-

protein.html

E. Peran dalam sintesis Protein

Di dalam sintesis protein, DNA berperan sebagai pengatur jenis protein

yang akan disintesis. Peran DNA ini disebabkan karena DNA memiliki kode

genetik. Kode genetik adalah kode-kode pada DNA yang dapat memberikan

informasi kepada bagian sel lain untuk diterjemahkan. Informasi yang dimiliki

DMA berupa kode-kode tertentu yang akan dijelaskan berikut.

Tulang punggung DNA selalu terdiri dari asam pospat dan gula

deoksiribosa (yang sama) untuk berbagai segmen pada molekul DNA. Yang

berbeda adalah dari segi basa nitrogennya. Berhubungan dengan itu,

informasi genetik tergantung dari susunan basa nitrogen yang menyusun

segmen molekul DNA tersebut. Jadi,kode genetik yag dimiliki DNA berupa

bahasa istimewa yang menggunakan empat kode basa nitrogen tersebut.

DNA merupakan polinukleotida. satu nukleotida tersusun atas satu

asam pospat, satu gula deoksiribosa, dan satu basa nitrogen, baik itu sitosin,

guanin, adenin, ataupun timin. Satu nukleotida dapat berikatan dengan

nukleotida lain sehingga membentuk polinukleotida yang panjang.

Asam amino yang ada dalam sitoplasma sel merupakan salah satu

hasil dari ekspresi DNA. Satu asam amino dikodekan oleh satu kelompok

nukleotida yang disebut kodon. Satu kelompok nukleotida terdiri dari tiga

nukleotida dengan kata lain, tiga basa nitrogen sudah dapat menjadi kode

untuk satu macam asam amino. Sistem yang menggunakan tiga basa

nitrogen untuk mengkodekan satu asam amino tersebut disebut dengan

kode triplet. Contohnya, asam amino lisin dikodekan dengan kelompok

nukleotida yang memiliki basa nitrogen Adenin-Adenin-Guanin (AAG) atau

Adenin- Adenin - Adenin (AAA).

Tiap gen (a) mengandung 3 urutan (triplet) basa nitrogen (b) yang ditulis ulang

menjadi mRNA (c). Tiap triplet atau kodon, digunakan untuk mengkode satu asam amino

F. Perbedaan DNA dan RNA

Meskipun banyak memiliki persamaan dengan DNA, RNA memiliki perbedaan

dengan DNA, antara lain yaitu (Poedjiati, 1994):

1. Bagian pentosa RNA adalah ribosa, sedangkan bagian pentosa DNA adalah

dioksiribosa.

2. Bentuk molekul DNA adalah heliks ganda, bentuk molekul RNA berupa rantai

tunggal yang terlipat, sehingga menyerupai rantai ganda.

3. RNA mengandung basa adenin, guanin dan sitosin seperti DNA tetapi tidak

mengandung timin, sebagai gantinya RNA mengandung urasil.

4. Jumlah guanin dalam molekul RNA tidak perlu sama dengan sitosin, demikian

pula jumlah adenin, tidak perlu sama dengan urasil.

Selain itu perbedaan RNA dengan DNA yang lain adalah dalam hal(Suryo, 1992):

Ukuran dan bentuk

Pada umumnya molekul RNA lebih pendek dari molekul DNA. DNA berbentuk

double helix, sedangkan RNA berbentuk pita tunggal. Meskipun demikian pada

beberapa virus tanaman, RNA merupakan pita double namun tidak terpilih sebagai

spiral.

Susunan kimia

Molekul RNA juga merupakan polimer nukleotida, perbedaannya dengan DNA

yaitu:

a. Gula yang menyusunnya bukan dioksiribosa, melainkan ribosa.

b. Basa pirimidin yang menyusunnya bukan timin seperti DNA, tetapi urasil.

Lokasi

DNA pada umumnya terdapat di kromosom, sedangkan RNA tergantung dari

macamnya, yaitu:

a. RNA d(RNA duta), terdapat dalam nukleus, RNA d dicetak oleh salah satu pita

DNA yang berlangsung didalam nukleus.

b. RNA p(RNA pemindah) atau RNA t(RNA transfer), terdapat di sitoplasma.

c. RNA r(RNA ribosom), terdapat didalam ribosom.

Fungsinya

DNA berfungsi memberikan informasi atau keterangan genetik, sedangkan

fungsi RNA tergantung dari macamnya, yaitu:

a. RNA d, menerima informasi genetik dari DNA, prosesnya dinamakan

transkripsi, berlangsung didalam inti sel.

b. RNA t, mengikat asam amino yang ada di sitoplasma.

c. RNA t, mensintesa protein dengan menggunakan bahan asam amino, proses ini

berlangsung di ribosom dan hasil akhir berupa polipeptida.

G. Manfaat DNA dan Gen dalam teknologi

Di temukannya DNA sebagai m ateri genetik telah memberi kontribusi pada berbagai

bidang keilmuan yang bermanfaat untuk masyarakat yaitu di bidang:

(1) Rekayasa genetik

Biologi modern dan biokimia menggunakan teknologi rekombinan DNA secar

intensif. Rekombinan DNA adalah sekuens DNA buatan manusia yang dibangun dari

sekuens DNA Rekombinan DNA tersebut dapat ditransform kedalam organisme dalam

bentuk plasmids menggunakan viral vektor. Organisme yang telah tertransformasi tersebut

dapat digunakan untuk memperoleh produk tertentu, misalnya protein rekombinan, yang

dapat digunakan untuk penelitian kedokteran.

(2) Forensik

DNA digunakan untuk identifikasi pada sample darah, semen, kulit, air liur dan

rambut sebagai sidik jari DNA atau lebih tepatnya profiling DNA. Pada profiling DNA

untuk membedakan identitas antar individu digunakan metode minisatelite yang mendasarkan

pada panjang dan jenis bagian DNA berulang. Teknik ini biasanya sangat diandalkan untuk

mengidentifikasi pelaku kejahatan. Profiling DNA pertama kali dikembangkan tahun 1984

oleh ahli genetik Inggris Sir Alec Jeffreys dan pertama kali digunakan dalam ilmu forensik

pada kasus pembunuhan Enderby pada tahun 1988. Profiling DNA juga dapat digunakan

untuk mengidentifikasi korban pada kasus kecelakaan massal.

(3) Bioinformatika

Bioinformatika mencakup manipulasi, pencarian dan penggalian data sekuens DNA.

Perkembangan teknik penyimpanan dan pencarian sekuens DNA telah memicu ke majuan

penerapan ilmu komputer terutama string searching algorithms, machine learning dan

database theory.

(4) DNA dan komputasi

DNA pertama kali digunakan dalam penghitungan masalah Hamiltonian path,

sebuah masalah NP-complete. Komputasi DNA bermanfaat pada kom puter elektronik dalam

penggunaan daya, ruang dan efisiensi karena kemampuannya menghitung pada sebuah cara

yang sangat paralel. Sejumlah masalah lain termasuk simulasi mesin abstrak, masalah

boolean satisfiability telah dapat dianalisis menggunakan komputasi DNA. Karena

kekompakannya, DNA juga memiliki peranan teoritis dalam cryptography.