Struktur DNA

Deoxyribonucleic acid atau DNA adalah molekul yang menyimpan informasi genetik yang diperlukan untuk pertumbuhan, perkembangan, dan reproduksi semua organisme hidup serta banyak virus. DNA merupakan polimer panjang yang tersusun dari unit berulang yang disebut nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari gugus fosfat, gula deoksiribosa, dan satu dari empat basa nitrogen: adenina (A), timina (T), guanina (G), atau sitosina (C). Struktur DNA yang khas adalah bentuk double helix yang ditemukan oleh James Watson dan Francis Crick pada tahun 1953, dengan bantuan data difraksi sinar-X dari Rosalind Franklin.

Sejarah Penemuan

Penemuan DNA sebagai pembawa informasi genetik berawal dari penelitian Friedrich Miescher pada tahun 1869 yang pertama kali mengisolasi zat yang ia sebut "nuklein" dari inti sel. Pada awal abad ke-20, eksperimen Oswald Avery dan rekan-rekannya membuktikan bahwa DNA, bukan protein, adalah materi genetik. Penemuan bentuk double helix oleh Watson dan Crick menjadi tonggak penting yang memungkinkan pemahaman mekanisme replikasi dan transkripsi DNA.

Komposisi dan Struktur Molekul

DNA tersusun dari dua untai polinukleotida yang berlawanan arah (antiparalel) dan saling berpilin membentuk heliks ganda. Basa nitrogen pada masing-masing untai berpasangan melalui ikatan hidrogen: adenina berpasangan dengan timina melalui dua ikatan hidrogen, dan guanina berpasangan dengan sitosina melalui tiga ikatan hidrogen. Jarak antara basa-basa ini dan sudut pilinan heliks telah diukur secara akurat melalui difraksi sinar-X.

Karakteristik Fisik

DNA memiliki diameter sekitar 2 nanometer dan panjang heliks per putaran sekitar 3,4 nanometer yang mencakup 10 pasangan basa. Bentuk heliks ganda memberikan stabilitas struktural dan memungkinkan DNA untuk dikemas secara efisien dalam kromosom. DNA juga dapat mengadopsi bentuk alternatif seperti A-DNA, B-DNA, dan Z-DNA, tergantung pada kondisi lingkungan dan urutan basa.

Tipe dan Fungsi DNA

1. DNA genomik: DNA yang terdapat dalam inti sel eukariot dan mengandung seluruh informasi genetik organisme.
2. DNA mitokondria: DNA berbentuk sirkular yang ditemukan di mitokondria dan diwariskan secara maternal.
3. DNA plastid: DNA yang terdapat dalam kloroplas pada tumbuhan.
4. DNA virus: DNA yang menjadi materi genetik bagi beberapa jenis virus seperti adenovirus.

Replikasi DNA

Replikasi DNA adalah proses penggandaan molekul DNA sebelum pembelahan sel. Proses ini bersifat semikonservatif, artinya setiap molekul DNA anak mengandung satu untai dari DNA induk dan satu untai baru. Enzim DNA polimerase berperan penting dalam menambahkan nukleotida sesuai dengan pasangan basa yang tepat. Proses ini juga melibatkan enzim helikase yang membuka heliks ganda dan primase yang mensintesis primer RNA.

Stabilitas dan Perbaikan DNA

DNA rentan terhadap kerusakan akibat faktor internal seperti kesalahan replikasi dan faktor eksternal seperti radiasi ultraviolet atau bahan kimia mutagen. Organisme memiliki mekanisme perbaikan DNA seperti perbaikan eksisi basa, perbaikan eksisi nukleotida, dan perbaikan mismatch. Mekanisme ini penting untuk menjaga integritas informasi genetik dan mencegah mutasi yang berpotensi menyebabkan penyakit.

DNA dalam Teknologi Molekuler

DNA digunakan secara luas dalam bioteknologi, misalnya dalam PCR (polymerase chain reaction), kloning gen, dan teknologi rekayasa genetika. DNA juga digunakan dalam analisis forensik melalui pembuatan profil DNA. Kemampuan untuk memanipulasi DNA telah membuka peluang besar dalam pengembangan terapi gen dan produksi protein rekombinan.

Representasi Kimia dan Rumus

Struktur kimia DNA dapat direpresentasikan sebagai polimer nukleotida dengan urutan tertentu. Secara umum, DNA dapat digambarkan sebagai rantai yang terdiri dari gula deoksiribosa dan gugus fosfat, dengan basa nitrogen sebagai penyandi informasi genetik. Panjang dan urutan basa menentukan sifat fungsional DNA, yang dapat dinyatakan secara matematis dalam model urutan sebagai string simbol nukleotida.