16.1 DNA adalah Materi Genetik
DNA Adalah materi genetik
DNA atau asam deoksiribonukleat, adalah materi genetik utama dalam hampir semua bentuk kehidupan. DNA mengandung instruksi genetik yang diperlukan untuk pertumbuhan, perkembangan, fungsi, dan pewarisan sifat organisme. Dalam strukturnya, DNA tersusun atas dua untai yang saling berpaut membentuk bentuk ganda heliks. Setiap untai DNA terdiri dari serangkaian nukleotida yang terdiri dari gugus fosfat, gula deoksiribosa, dan salah satu dari empat basa nitrogen: adenin (A), timin (T), sitosin (C), dan guanin (G). Kombinasi urutan basa ini membentuk “bahasa genetik” yang memuat instruksi untuk sintesis protein dan pengaturan berbagai proses biologis dalam organisme. Sebagai materi genetik, DNA bertanggung jawab atas pewarisan sifat dari satu generasi ke generasi berikutnya.
Bukti DNA Dapat Mentransformasi Bakteri
Eksperimen klasik oleh Oswald Avery, Colin MacLeod, dan Maclyn McCarty pada tahun 1944 menyediakan bukti awal yang kuat bahwa DNA memiliki kemampuan untuk mentransformasi bakteri. Dalam eksperimen tersebut, mereka menggunakan bakteri pneumonia Streptococcus pneumoniae. Bakteri ini memiliki dua jenis, yang disebut sebagai tipe S (smooth) dan tipe R (rough). Tipe S memiliki kapsul yang melapisi selnya dan dapat menyebabkan penyakit yang parah, sementara tipe R tidak memiliki kapsul dan tidak bersifat virulen (tidak menyebabkan penyakit).
Avery, MacLeod, dan McCarty ingin menentukan apakah materi genetik yang bertanggung jawab atas transformasi bakteri adalah protein, RNA, atau DNA. Mereka mengisolasi komponen-komponen ini dari bakteri tipe S yang dimatikan, dan kemudian memperkenalkannya ke dalam bakteri tipe R. Mereka menemukan bahwa hanya ketika DNA dari bakteri tipe S diintroduksi ke dalam bakteri tipe R, bakteri tipe R berubah menjadi tipe S, menunjukkan bahwa DNA adalah agen transformasi.
Hasil eksperimen ini menunjukkan bahwa DNA memiliki kemampuan untuk mentransformasi sifat-sifat genetik bakteri, dan ini merupakan salah satu bukti awal yang mendukung peran utama DNA sebagai materi genetik dalam pewarisan sifat. Penemuan ini menjadi landasan bagi pemahaman kita tentang sifat molekuler pewarisan genetik.
Bukti DNA Virus Dapat Memprogram Sel
Bukti bahwa DNA virus dapat memprogram sel terutama dapat dilihat dalam siklus replikasi virus. Berikut adalah proses umumnya:
- Penetrasi: Virus memasuki sel inang dengan melekat pada permukaan sel dan menyuntikkan materi genetiknya ke dalam sel.
- Ekspresi Gen: Materi genetik virus, yang sering kali berupa DNA, akan diekspresikan dalam sel inang. Ini berarti bahwa sel inang menggunakan mesin-mesin molekulernya untuk membaca dan menerjemahkan instruksi-instruksi yang diodekan dalam DNA virus, memproduksi komponen-komponen virus baru.
- Replikasi DNA Virus: DNA virus menggunakan mesin-mesin replikasi sel inang untuk membuat salinan-salinan tambahan dari materi genetiknya. Ini memungkinkan untuk pembentukan lebih banyak virus.
- Pembentukan Virus: Setelah pembuatan komponen-komponen virus baru, virus-virus tersebut dirakit dalam sel inang. Komponen-komponen ini kemudian digabungkan untuk membentuk virus-virus utuh yang kemudian akan melepaskan diri dari sel inang untuk menginfeksi sel-sel lain.
Melalui proses ini, DNA virus efektif “memprogram” sel inang untuk membuat salinan virus baru. Ini adalah salah satu cara utama di mana virus dapat menginfeksi dan menyebarkan diri dalam organisme inangnya. Keberhasilan replikasi virus ini tergantung pada sejumlah faktor, termasuk ketersediaan materi genetik virus, peralatan replikasi sel inang, dan respons imun tubuh terhadap infeksi virus.
Bukti Tambahan Bahwa DNA Merupakan Materi Genetik
Bukti lebih lanjut bahwa DNA merupakan materi genetik berasal dari laboratorium ahli biokimia Erwin Chargaff. Saat itu sudah diketahui bahwa DNA merupakan polimer dari nukleotida-nukleotida, yang masing-masing terdiri atas tiga komponen: basa bernitrogen (mengandung nitrogen), gula pentosa yang disebut deoksiribosa, dan gugus fosfat (Peraga 16.5). Basa dapat berupa adenin (A), timin (T), guanin (G), atau sitosin (C). Chargaff menganalisis komposisi basa DNA dari beberapa organisme yang berbeda. Pada tahun 1950, ia melaporkan bahwa komposisi dasar DNA berbeda-beda dari satu spesies ke spesies lain. Misalnya, 30,3% nukleotida DNA manusia mengandung basa A, sedangkan DNA dari bakteri E. coli hanya mengandung 26,0% basa A. Bukti keanekaragaman molekular di antara spesies ini, yang dahulu diduga tidak ada untuk DNA, menjadikan DNA sebagai kandidat yang lebih sesuai untuk materi genetik. Chargaff juga menyadari keteraturan yang aneh pada rasio basa nukleotida dalam satu spesies. Dalam DNA masing-masing spesies yang diteliti, jumlah adenin kira-kira sama dengan jumlah timin, sedangkan jumlah guanin kira-kira sama dengan jumlah sitosin. Misalnya, dalam DNA manusia, keempat basa terdapat dalam persentase sebagai berikut: A = 30,3% dan T = 30,3%; G = 19,5% dan C = 19,9%. Kesamaan antara jumlah basa A dan T serta jumlah basa G dan C dalam spesies apa pun dikenal sebagai aturan Chargaff (Chargaff’s rules). Dasar dari aturan-aturan ini tetap tidak dapat dijelaskan hingga akhirnya heliks ganda ditemukan.
Membangun Model Struktur DNA: Penelitian Ilmiah
sinar-X DNA oleh Franklin tidak hanya membuat Watson mengetahui bahwa DNA berbentuk heliks. Ia juga mampu memperkirakan lebar heliks dan jarak di antara basa-basa bernitrogen di sepanjang heliks tersebut. Lebar heliks bernitakan bahwa heliks tampaknya tersusun atas dua metai, bertentangan dengan model tiga-untai yang diajukan oleh Linus Pauling tak lama sebelum itu. Keberadaan dua untai itu melahirkan istilah yang kini akrab kita sebut sebagai heliks ganda (double helix, Peraga 16.7).
Watson dan Crick mulai membangun model-model heliks ganda yang sesuai dengan hasil pengukuran sinar-X dan pengetahuan saat itu tentang kimia DNA. Setelah membaca laporan tahunan yang belum diterbitkan yang merangkum penelitian Pauling, mereka mengetahui bahwa Franklin menyimpulkan tulang punggung gula fosfat terletak di luar heliks ganda. Susunan ini menarik karena meletakkan basa bernitrogen yang relatif hidrofobik di sebelah dalam molekul, sehingga jauh dari larutan berair di sekelilingnya. Watson membangun suatu model dengan basa-basa bernitrogen yang menghadap ke sebelah dalam heliks ganda. Dalam model ini, kedua tulang punggung gula-fosfat bersifat antiparalel—artinya, subunit tulang punggung saling berlawanan arah (lihat Peraga 16.7). Anda dapat membayangkan keseluruhan susunan tersebut seperti tangga tali dengan anak tangga yang kaku. Tali samping analog dengan tulang punggung gula-fosfat, sedangkan anak tangga merepresentasikan pasangan basa bernitrogen. Sekarang bayangkan Anda memegang salah satu ujung tangga tali dan memuntir ujung yang satu lagi, sehingga terbentuk spiral. Data sinar-X Franklin mengindikasikan bahwa heliks tersebut membentuk satu putaran penuh setiap 3,4 nm. Dengan basa-basa bertumpukan yang jaraknya hanya 0,34 nm, ada sepuluh lapisan pasangan basa, atau anak tangga tali, dalam setiap putaran penuh heliks.
“Tidak ada yang lebih sabar di dunia ini ataupun di dunia lain,
-Nurul Rahmadina Azzahra-
selain virus yang mencari inangnya”
education 