DNA
DNA, kependekan dari deoxyribonucleic acid, adalah molekul yang mengandung kode genetik organisme. Ini mencakup hewan, tumbuhan, protista, archaea dan bakteri.
DNA ada di setiap sel dalam organisme dan memberi tahu sel protein apa yang harus dibuat. Sebagian besar, protein ini adalah enzim. DNA diwarisi oleh anak-anak dari orang tua mereka. Inilah sebabnya mengapa anak-anak berbagi sifat dengan orang tua mereka, seperti warna kulit, rambut dan mata. DNA dalam diri seseorang merupakan kombinasi DNA dari masing-masing orang tua mereka.
Bagian dari DNA organisme adalah urutan "non-coding DNA". Mereka tidak mengkode urutan protein. Beberapa DNA non-coding ditranskripsi ke dalam molekul RNA non-coding, seperti RNA transfer, RNA ribosomal, dan RNA regulator. Sekuens lainnya tidak ditranskripsi sama sekali, atau memunculkan RNA yang tidak diketahui fungsinya. Jumlah DNA non-coding sangat bervariasi di antara spesies. Misalnya, lebih dari 98% genom manusia adalah DNA non-coding, sementara hanya sekitar 2% dari genom bakteri yang khas adalah DNA non-coding.
Virus menggunakan DNA atau RNA untuk menginfeksi organisme. Replikasi genom dari sebagian besar virus DNA terjadi di inti sel, sedangkan virus RNA biasanya bereplikasi di sitoplasma.
Struktur bagian dari heliks ganda DNA
Struktur kimiawi DNA. Gugus fosfat berwarna kuning, gula deoksiribonukleat berwarna oranye, dan basa nitrogen berwarna hijau, ungu, merah muda, dan biru. Atom-atom yang ditampilkan adalah: P = fosfor O = oksigen = nitrogen H = hidrogen
DNA yang sedang disalin
Struktur bagian dari heliks ganda DNA
Struktur kimiawi DNA. Gugus fosfat berwarna kuning, gula deoksiribonukleat berwarna oranye, dan basa nitrogen berwarna hijau, ungu, merah muda, dan biru. Atom-atom yang ditampilkan adalah: P = fosfor O = oksigen = nitrogen H = hidrogen
DNA yang sedang disalin
Struktur DNA
DNA memiliki bentuk heliks ganda, yang seperti tangga yang dipilin menjadi spiral. Setiap anak tangga adalah sepasang nukleotida.
Nukleotida
Nukleotida adalah molekul yang terdiri atas:
- deoksiribosa, sejenis gula dengan 5 atom karbon,
- gugus fosfat yang terbuat dari fosfor dan oksigen, dan
- basa nitrogen
DNA terbuat dari empat jenis nukleotida:
- Adenin (A)
- Timin (T)
- Sitosin (C)
- Guanin (G)
'Anak tangga' tangga DNA masing-masing terbuat dari dua basa, satu basa berasal dari setiap kaki. Basa-basa terhubung di tengah: 'A' hanya berpasangan dengan 'T', dan 'C' hanya berpasangan dengan 'G'. Basa-basa tersebut disatukan oleh ikatan hidrogen.
Adenin (A) dan timin (T) bisa berpasangan karena mereka membuat dua ikatan hidrogen, dan sitosin (C) dan guanin (G) berpasangan untuk membuat tiga ikatan hidrogen. Meskipun basa-basa selalu berpasangan tetap, pasangannya bisa datang dalam urutan apa pun (A-T atau T-A; demikian pula, C-G atau G-C). Dengan cara ini, DNA dapat menulis 'kode' dari 'huruf' yang merupakan basa. Kode-kode ini berisi pesan yang memberitahu sel apa yang harus dilakukan.
Kromatin
Pada kromosom, DNA terikat dengan protein yang disebut histones untuk membentuk kromatin. Asosiasi ini berperan dalam epigenetik dan regulasi gen. Gen dinyalakan dan dimatikan selama perkembangan dan aktivitas sel, dan regulasi ini merupakan dasar dari sebagian besar aktivitas yang terjadi dalam sel.
Struktur DNA
DNA memiliki bentuk heliks ganda, yang seperti tangga yang dipilin menjadi spiral. Setiap anak tangga adalah sepasang nukleotida.
Nukleotida
Nukleotida adalah molekul yang terdiri atas:
- deoksiribosa, sejenis gula dengan 5 atom karbon,
- gugus fosfat yang terbuat dari fosfor dan oksigen, dan
- basa nitrogen
DNA terbuat dari empat jenis nukleotida:
- Adenin (A)
- Timin (T)
- Sitosin (C)
- Guanin (G)
'Anak tangga' tangga DNA masing-masing terbuat dari dua basa, satu basa berasal dari setiap kaki. Basa-basa terhubung di tengah: 'A' hanya berpasangan dengan 'T', dan 'C' hanya berpasangan dengan 'G'. Basa-basa tersebut disatukan oleh ikatan hidrogen.
Adenin (A) dan timin (T) bisa berpasangan karena mereka membuat dua ikatan hidrogen, dan sitosin (C) dan guanin (G) berpasangan untuk membuat tiga ikatan hidrogen. Meskipun basa-basa selalu berpasangan tetap, pasangannya bisa datang dalam urutan apa pun (A-T atau T-A; demikian pula, C-G atau G-C). Dengan cara ini, DNA dapat menulis 'kode' dari 'huruf' yang merupakan basa. Kode-kode ini berisi pesan yang memberitahu sel apa yang harus dilakukan.
Kromatin
Pada kromosom, DNA terikat dengan protein yang disebut histones untuk membentuk kromatin. Asosiasi ini berperan dalam epigenetik dan regulasi gen. Gen dinyalakan dan dimatikan selama perkembangan dan aktivitas sel, dan regulasi ini merupakan dasar dari sebagian besar aktivitas yang terjadi dalam sel.
Menyalin DNA
Ketika DNA disalin, ini disebut replikasi DNA. Secara singkat, ikatan hidrogen yang menyatukan basa berpasangan dipatahkan dan molekulnya terbelah menjadi dua: kaki-kaki tangga dipisahkan. Hal ini menghasilkan dua untai tunggal. Untaian baru dibentuk dengan mencocokkan basa (A dengan T dan G dengan C) untuk membuat untaian yang hilang.
Pertama, enzim yang disebut DNA helikase membelah DNA di tengah-tengah dengan memutus ikatan hidrogen. Kemudian setelah molekul DNA berada dalam dua bagian yang terpisah, molekul lain yang disebut DNA polimerase membuat untai baru yang cocok dengan masing-masing untai molekul DNA yang terbelah. Setiap salinan molekul DNA terbuat dari setengah dari molekul asli (awal) dan setengah dari basa baru.
Mutasi
Ketika DNA disalin, kadang-kadang terjadi kesalahan - ini disebut mutasi. Ada tiga jenis mutasi utama:
- Penghapusan, di mana satu atau lebih basa ditinggalkan.
- Substitusi, di mana satu atau lebih basa disubstitusi untuk basa lain dalam urutan.
- Penyisipan, di mana satu atau lebih basa tambahan dimasukkan.
- Duplikasi, di mana urutan pasangan basa diulang.
Mutasi juga dapat diklasifikasikan berdasarkan efeknya pada struktur dan fungsi protein, atau efeknya pada kebugaran. Mutasi mungkin buruk bagi organisme, atau netral, atau menguntungkan. Kadang-kadang mutasi berakibat fatal bagi organisme - protein yang dibuat oleh DNA baru tidak berfungsi sama sekali, dan ini menyebabkan embrio mati. Di sisi lain, evolusi bergerak maju dengan mutasi, ketika versi baru protein bekerja lebih baik bagi organisme.
Menyalin DNA
Ketika DNA disalin, ini disebut replikasi DNA. Secara singkat, ikatan hidrogen yang menyatukan basa berpasangan dipatahkan dan molekulnya terbelah menjadi dua: kaki-kaki tangga dipisahkan. Hal ini menghasilkan dua untai tunggal. Untaian baru dibentuk dengan mencocokkan basa (A dengan T dan G dengan C) untuk membuat untaian yang hilang.
Pertama, enzim yang disebut DNA helicase membelah DNA di tengah-tengah dengan memutus ikatan hidrogen. Kemudian setelah molekul DNA berada dalam dua bagian yang terpisah, molekul lain yang disebut DNA polimerase membuat untai baru yang cocok dengan masing-masing untai molekul DNA yang terbelah. Setiap salinan molekul DNA terbuat dari setengah dari molekul asli (awal) dan setengah dari basa baru.
Mutasi
Ketika DNA disalin, kadang-kadang terjadi kesalahan - ini disebut mutasi. Ada empat jenis mutasi utama:
- Penghapusan, di mana satu atau lebih basa ditinggalkan.
- Substitusi, di mana satu atau lebih basa disubstitusi untuk basa lain dalam urutan.
- Penyisipan, di mana satu atau lebih basa tambahan dimasukkan.
- Duplikasi, di mana urutan pasangan basa diulang.
Mutasi juga dapat diklasifikasikan berdasarkan efeknya pada struktur dan fungsi protein, atau efeknya pada kebugaran. Mutasi mungkin buruk bagi organisme, atau netral, atau menguntungkan. Kadang-kadang mutasi berakibat fatal bagi organisme - protein yang dibuat oleh DNA baru tidak berfungsi sama sekali, dan ini menyebabkan embrio mati. Di sisi lain, evolusi bergerak maju dengan mutasi, ketika versi baru protein bekerja lebih baik bagi organisme.
Sintesis protein
Bagian DNA yang mengandung instruksi untuk membuat protein disebut gen. Setiap gen memiliki urutan untuk setidaknya satu polipeptida. Protein membentuk struktur, dan juga membentuk enzim. Enzim-enzim melakukan sebagian besar pekerjaan dalam sel. Protein terbuat dari polipeptida yang lebih kecil, yang terbentuk dari asam amino. Untuk membuat protein melakukan pekerjaan tertentu, asam amino yang benar harus digabungkan dalam urutan yang benar.
Protein dibuat oleh mesin kecil di dalam sel yang disebut ribosom. Ribosom berada di dalam tubuh utama sel, tetapi DNA hanya berada di dalam nukleus sel. Kodon adalah bagian dari DNA, tetapi DNA tidak pernah meninggalkan nukleus. Karena DNA tidak dapat meninggalkan nukleus, sel membuat salinan urutan DNA dalam RNA. RNA ini lebih kecil dan dapat melewati lubang - pori - dalam membran nukleus dan keluar ke dalam sel.
Gen yang dikodekan dalam DNA ditranskripsi ke dalam messenger RNA (mRNA) oleh protein seperti RNA polimerase. MRNA yang sudah matang kemudian digunakan sebagai templat untuk sintesis protein oleh ribosom. Ribosom membaca kodon, 'kata-kata' yang terbuat dari tiga pasangan basa yang memberi tahu ribosom asam amino mana yang akan ditambahkan. Ribosom memindai sepanjang mRNA, membaca kode saat membuat protein. RNA lain yang disebut tRNA membantu mencocokkan asam amino yang tepat untuk setiap kodon.
Sintesis protein
Bagian DNA yang mengandung instruksi untuk membuat protein disebut gen. Setiap gen memiliki urutan untuk setidaknya satu polipeptida. Protein membentuk struktur, dan juga membentuk enzim. Enzim-enzim melakukan sebagian besar pekerjaan dalam sel. Protein terbuat dari polipeptida yang lebih kecil, yang terbentuk dari asam amino. Untuk membuat protein melakukan pekerjaan tertentu, asam amino yang benar harus digabungkan dalam urutan yang benar.
Protein dibuat oleh mesin kecil di dalam sel yang disebut ribosom. Ribosom berada di dalam tubuh utama sel, tetapi DNA hanya berada di dalam nukleus sel. Kodon adalah bagian dari DNA, tetapi DNA tidak pernah meninggalkan nukleus. Karena DNA tidak dapat meninggalkan nukleus, inti sel membuat salinan urutan DNA dalam RNA. RNA ini lebih kecil dan dapat melewati lubang - pori - dalam membran inti dan keluar ke dalam sel.
Gen yang dikodekan dalam DNA ditranskripsi ke dalam messenger RNA (mRNA) oleh protein seperti RNA polimerase. MRNA yang sudah matang kemudian digunakan sebagai templat untuk sintesis protein oleh ribosom. Ribosom membaca kodon, 'kata-kata' yang terbuat dari tiga pasangan basa yang memberi tahu ribosom asam amino mana yang akan ditambahkan. Ribosom memindai sepanjang mRNA, membaca kode saat membuat protein. RNA lain yang disebut tRNA membantu mencocokkan asam amino yang tepat untuk setiap kodon.
Sejarah penelitian DNA
DNA pertama kali diisolasi (diekstrak dari sel) oleh dokter Swiss Friedrich Miescher pada tahun 1869, ketika dia bekerja pada bakteri dari nanah dalam perban bedah. Molekul itu ditemukan di dalam inti sel sehingga dia menyebutnya nuklein.
Pada tahun 1928, Frederick Griffith menemukan bahwa sifat-sifat bentuk "halus" dari Pneumococcus dapat ditransfer ke bentuk "kasar" dari bakteri yang sama dengan mencampurkan bakteri "halus" yang telah dibunuh dengan bentuk "kasar" yang hidup. Sistem ini memberikan saran pertama yang jelas bahwa DNA membawa informasi genetik.
Eksperimen Avery-MacLeod-McCarty mengidentifikasi DNA sebagai prinsip transformasi pada tahun 1943.
Peran DNA dalam hereditas dikonfirmasi pada tahun 1952, ketika Alfred Hershey dan Martha Chase dalam eksperimen Hershey-Chase menunjukkan bahwa DNA adalah materi genetik dari bakteriofag T2.
Pada tahun 1950-an, Erwin Chargaff menemukan bahwa jumlah timin (T) yang ada dalam molekul DNA hampir sama dengan jumlah adenin (A) yang ada. Dia menemukan bahwa hal yang sama berlaku untuk guanin (G) dan sitosin (C). Aturan Chargaff merangkum temuan ini.
Pada tahun 1953, James D. Watson dan Francis Crick menyarankan apa yang sekarang diterima sebagai model double-helix pertama yang benar dari struktur DNA dalam jurnal Nature. Model molekul double-helix DNA mereka kemudian didasarkan pada gambar difraksi sinar-X tunggal "Foto 51", yang diambil oleh Rosalind Franklin dan Raymond Gosling pada bulan Mei 1952.
Bukti eksperimental yang mendukung model Watson dan Crick diterbitkan dalam serangkaian lima artikel dalam edisi Nature yang sama. Dari jumlah tersebut, makalah Franklin dan Gosling adalah publikasi pertama dari data difraksi sinar-X mereka sendiri dan metode analisis asli yang sebagian mendukung model Watson dan Crick; edisi ini juga berisi artikel tentang struktur DNA oleh Maurice Wilkins dan dua rekannya, yang analisis dan pola sinar-X B-DNA in vivo juga mendukung keberadaan in vivo dari konfigurasi DNA heliks ganda seperti yang diusulkan oleh Crick dan Watson untuk model molekul heliks ganda DNA mereka di dua halaman Nature sebelumnya. Pada tahun 1962, setelah kematian Franklin, Watson, Crick, dan Wilkins bersama-sama menerima Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran. Hadiah Nobel hanya diberikan kepada penerima yang masih hidup pada saat itu. Perdebatan terus berlanjut tentang siapa yang harus menerima penghargaan atas penemuan ini.
Pada tahun 1957, Crick menjelaskan hubungan antara DNA, RNA, dan protein, dalam dogma sentral biologi molekuler.
Bagaimana DNA disalin (mekanisme replikasi) muncul pada tahun 1958 melalui eksperimen Meselson-Stahl. Lebih banyak pekerjaan oleh Crick dan rekan kerjanya menunjukkan bahwa kode genetik didasarkan pada kembar tiga basa yang tidak tumpang tindih, yang disebut kodon. Temuan-temuan ini mewakili kelahiran biologi molekuler.
Bagaimana Watson dan Crick mendapatkan hasil Franklin telah banyak diperdebatkan. Crick, Watson, dan Maurice Wilkins dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1962 untuk karya mereka tentang DNA - Rosalind Franklin telah meninggal pada tahun 1958.
James D. Watson dan Francis Crick (kanan), dengan Maclyn McCarty (kiri)
Sejarah penelitian DNA
DNA pertama kali diisolasi (diekstrak dari sel) oleh dokter Swiss Friedrich Miescher pada tahun 1869, ketika dia bekerja pada bakteri dari nanah dalam perban bedah. Molekul itu ditemukan di dalam inti sel sehingga dia menyebutnya nuklein.
Pada tahun 1928, Frederick Griffith menemukan bahwa sifat-sifat bentuk "halus" dari Pneumococcus dapat ditransfer ke bentuk "kasar" dari bakteri yang sama dengan mencampurkan bakteri "halus" yang telah dibunuh dengan bentuk "kasar" yang hidup. Sistem ini memberikan saran pertama yang jelas bahwa DNA membawa informasi genetik.
Eksperimen Avery-MacLeod-McCarty mengidentifikasi DNA sebagai prinsip transformasi pada tahun 1943.
Peran DNA dalam hereditas dikonfirmasi pada tahun 1952, ketika Alfred Hershey dan Martha Chase dalam eksperimen Hershey-Chase menunjukkan bahwa DNA adalah materi genetik dari bakteriofag T2.
Pada tahun 1950-an, Erwin Chargaff menemukan bahwa jumlah timin (T) yang ada dalam molekul DNA hampir sama dengan jumlah adenin (A) yang ada. Dia menemukan bahwa hal yang sama berlaku untuk guanin (G) dan sitosin (C). Aturan Chargaff merangkum temuan ini.
Pada tahun 1953, James D. Watson dan Francis Crick menyarankan apa yang sekarang diterima sebagai model double-helix pertama yang benar dari struktur DNA dalam jurnal Nature. Model molekul double-helix DNA mereka kemudian didasarkan pada gambar difraksi sinar-X tunggal "Foto 51", yang diambil oleh Rosalind Franklin dan Raymond Gosling pada bulan Mei 1952.
Bukti eksperimental yang mendukung model Watson dan Crick diterbitkan dalam serangkaian lima artikel dalam edisi Nature yang sama. Dari jumlah tersebut, makalah Franklin dan Gosling adalah publikasi pertama dari data difraksi sinar-X mereka sendiri dan metode analisis asli yang sebagian mendukung model Watson dan Crick; edisi ini juga berisi artikel tentang struktur DNA oleh Maurice Wilkins dan dua rekannya, yang analisis dan pola sinar-X B-DNA in vivo juga mendukung keberadaan in vivo dari konfigurasi DNA heliks ganda seperti yang diusulkan oleh Crick dan Watson untuk model molekul heliks ganda DNA mereka di dua halaman Nature sebelumnya. Pada tahun 1962, setelah kematian Franklin, Watson, Crick, dan Wilkins bersama-sama menerima Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran. Hadiah Nobel hanya diberikan kepada penerima yang masih hidup pada saat itu. Perdebatan terus berlanjut tentang siapa yang harus menerima penghargaan atas penemuan ini.
Pada tahun 1957, Crick menjelaskan hubungan antara DNA, RNA, dan protein, dalam dogma sentral biologi molekuler.
Bagaimana DNA disalin (mekanisme replikasi) muncul pada tahun 1958 melalui eksperimen Meselson-Stahl. Lebih banyak pekerjaan oleh Crick dan rekan kerjanya menunjukkan bahwa kode genetik didasarkan pada kembar tiga basa yang tidak tumpang tindih, yang disebut kodon. Temuan-temuan ini mewakili kelahiran biologi molekuler.
Bagaimana Watson dan Crick mendapatkan hasil Franklin telah banyak diperdebatkan. Crick, Watson dan Maurice Wilkins dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1962 untuk karya mereka tentang DNA - Rosalind Franklin telah meninggal pada tahun 1958.
James D. Watson dan Francis Crick (kanan), dengan Maclyn McCarty (kiri)
DNA dan masalah privasi
Polisi di Amerika Serikat menggunakan database publik DNA dan silsilah keluarga untuk memecahkan kasus-kasus dingin. American Civil Liberties Union mengangkat keprihatinan atas praktik ini.
DNA dan masalah privasi
Polisi di Amerika Serikat menggunakan database publik DNA dan silsilah keluarga untuk memecahkan kasus-kasus dingin. American Civil Liberties Union mengangkat keprihatinan atas praktik ini.
Halaman terkait
- Pembelahan sel
- Perbaikan DNA
- Kromosom
- Analisis urutan
Halaman terkait
- Pembelahan sel
- Perbaikan DNA
- Kromosom
- Analisis urutan
Pertanyaan dan Jawaban
T: Apa itu DNA?
J: DNA adalah singkatan dari asam deoksiribonukleat dan merupakan molekul yang mengandung kode genetik organisme, termasuk hewan, tumbuhan, protista, archaea dan bakteri. Ia terdiri atas dua rantai polinukleotida dalam heliks ganda.
T: Bagaimana DNA memberi tahu sel, protein apa yang harus dibuat?
J: Sebagian besar, protein yang dibuat adalah enzim yang ditentukan oleh instruksi yang terkandung di dalam DNA.
T: Bagaimana anak-anak mewarisi sifat-sifat dari orang tua mereka?
J: Anak-anak berbagi sifat dengan orang tua mereka karena mereka mewarisi bagian dari DNA orang tua mereka yang menentukan hal-hal seperti warna kulit, rambut dan mata. Kombinasi DNA kedua orang tua membentuk seperangkat instruksi unik untuk setiap anak.
T: Apa itu DNA non-coding?
J: Urutan DNA non-coding adalah bagian dari genom organisme yang tidak mengkode urutan protein. Beberapa DNA non-coding bisa ditranskripsi menjadi molekul RNA non-coding seperti RNA transfer atau RNA ribosomal, sementara sekuens lainnya mungkin tidak ditranskripsi sama sekali atau memunculkan RNA dengan fungsi yang tidak diketahui. Jumlah DNA non-coding bervariasi di antara spesies.
T: Di mana organisme eukariotik menyimpan sebagian besar DNA mereka?
J: Organisme eukariotik seperti hewan, tumbuhan, jamur dan protista menyimpan sebagian besar DNA mereka di dalam inti sel, sementara prokariota seperti bakteri dan arkea hanya menyimpan DNA mereka di sitoplasma dalam kromosom sirkuler.
T: Bagaimana kromatin membantu mengorganisasikan DNA di dalam kromosom eukariotik?
J: Protein kromatin seperti histones membantu memadatkan dan mengatur DNA di dalam kromosom eukariotik sehingga dapat dengan mudah diakses ketika dibutuhkan.
