Pengertian DNA, Struktur, Fungsi, dan Replikasi DNA

DNA adalah persenyawaan kimia yang paling penting pada makhluk hidup, yang membawa keterangan genetik dari sel khususnya atau dari makhluk hidup dalam keseluruhannya dari satu generasi ke generasi berikutnya. (Suryo, 2004:57).

Untuk mengetahui informasi genetika suatu organisme, potongan DNA dari sample darah diuji dengan Polymerase Chain Reaction (PCR). Di bidang kedokteran, metode ini sering digunakan untuk identifikasi penyakit genetik, virus, bakteri, dan kanker.

DNA atau Asam deoksiribonukleat pertama kali ditemukan oleh F. Miescher (1869) dari sel spermatozoa dan sel eritrosit burung, selanjutnya dinamakan sebagai nuklein. Penemuan lain dilakukan oleh Fischer (1880), yaitu tentang adanya zat pirimidin (yang berupa Sitosin dan Timin) dan dua purin (Adenin dan guanin). Setelah penemuan tersebut, dilengkapi pula dengan penemuan Levine (1910) tentang gula 5 karbon ribosa, gula deoksiribosa, dan asam fosfat dalam inti. Keberadaan DNA tersebut sebagian besar di dalam nukleus (inti sel). Tetapi ada juga yang terdapat pada mitokondria.

1. Struktur DNA
    Molekul DNA memiliki susunan kimia yang sangat kompleks dan rantai nukleotida yang panjang. DNA merupakan rangkaian nukleotida dan setiap nukleotida tersusun dari substansi dasar seperti berikut.
a. Senyawa Fosfat
    Senyawa fosfat berfungsi untuk mengikat molekul gula satu dengan gula yang lain.
b. Gula Pentosa (deoksiribosa)
    Gula pentosa membentuk rangkaian gula fosfat yang merupakan tulang punggung atau kekuatan dari struktur double helix DNA.
c. Basa nitrogen
    Basa nitrogen ini terikat pada setiap molekul gula. Basa nitrogen dibedakan menjadi dua.

1. Basa Purin, Basa purin dengan struktur cincin ganda yaitu Adenin (A) dan Guanin (G).
2. Basa pirimidin, Basa pirimidin dengan struktur cincin tunggal yaitu Timin (T) dan Sitosin (S).

Basa nitrogen yang terdiri atas purin (Adenin dan Guanin) dan pirimidin (Sitosin dan Timin) akan membentuk rangkaian senyawa kimia dengan gula pentosa, membentuk nukleosida. Nukleosida bersenyawa dengan gugus fosfat membentuk nukleotida, yang mempunyai bentuk rantai panjang. Nukleotida inilah yang akan menyusun molekul DNA. Satu molekul DNA terdiri atas ratusan atau ribuan nukleotida. Nukleotida-nukleotida tersebut membentuk rantai panjang yang disebut polinukleotida. Antara rantai polinukleotida satu dengan yang lainnya saling berhubungan pada bagian basa nitrogen.

DNA merupakan suatu polimer nukleotida ganda yang berpilin (double heliks). Setiap nukleotida terdiri dari 1 gugus phospat, 1 basa nitrogen, dan 1 gula pentosa. Gula pentosa yang menyusun DNA terdiri dari gula deoksiribosa yang kekurangan satu molekul oksigen. Basa nitrogen yang menyusun DNA terdiri dari purin dan pirimidin. Purin terdiri dari adenin dan guanin, sedangkan pirimidin terdiri dari sitosin dan timin. Nukleotida merupakan ikatan antara basa nitrogen dengan gula pentosa.
Menurut Watson dan Crick, susunan DNA adalah: 

• Setiap DNA terdiri dari 2 rantai polinukleotida yang berpilin (double heliks).
• Setiap nukleotida terletak pada bidang datar yang tegak lurus seakan-akan membentuk anak tangga, sedangkan phospat membentuk ibu tangganya.
• Antara 2 rantai polinukleotida dihubungkan oleh ikatan hidrogen pada masing-masing pasangan basa nitrogennya.
• Basa purin selalu berkaitan dengan basa pirimidin, dengan pasangan yang selalu tetap.

Adenin (A) dari kelompok purin selalu berpasangan dengan Timin (T) dari kelompok pirimidin, sedangkan guanin (G) selalu berpasangan dengan Sitosin (S) dari kelompok pirimidin.

2. Fungsi DNA 

    Fungsi atau peranan DNA ini sebenarnya tidak sekadar sebagai pembawa materi genetik (kode genetik), melainkan juga menjalankan fungsi yang sangat kompleks pula, antara lain:

• Sebagai pembawa materi genetika dari generasi ke generasi berikutnya.
• Mengontrol aktivitas hidup secara langsung maupun tidak langsung.
• Melakukan sintesis protein.
• Sebagai autokatalis, yaitu kemampuan DNA untuk menggandakan diri (replikasi).
• Sebagai heterokatalis, yaitu kemampuan DNA untuk dapat mensintesis senyawa lain.

Untuk lebih jelasnya keterangan mengenai fungsi DNA mari kita pelajari uraian berikut ini.

1) Pembawa informasi genetis
    DNA sebagai bentuk kimiawi gen merupakan pembawa informasi genetik makhluk hidup. DNA membawa instruksi bagi pembentukan ciri dan sifat makhluk hidup.
2) Berperan dalam duplikasi diri dan pewarisan sifat
    Oleh karena DNA mengandung semua informasi sifat makhluk hidup, ia juga harus memiliki informasi bagi perbanyakan diri (replikasi). Replikasi DNA memberikan jalan bagi DNA untuk diwariskan dari satu sel ke sel lainnya.
3) Ekspresi informasi genetik
    Gen-gen membawa informasi untuk membentuk protein tertentu. Proses ini terjadi melalui mekanisme sintesis protein. Proses pembentukan protein ini terjadi melalui proses transkripsi DNA menjadi RNA dan translasi RNA membentuk rantai polipeptida.

3. Replikasi DNA
    Replikasi adalah kemampuan DNA untuk dapat menggandakan diri. Proses-proses yang terjadi saat terjadinya replikasi adalah sebagai berikut.

• Ikatan hidrogen membuka sehingga kedua pita akan memisah.
• Pita saling memisah. Basa nitrogen pada masing-masing pita berfungsi sebagai cetakan yang mengatur pengikatan basa komplementer (basa pelengkap) pada pita baru yang dibentuk.
• Masing-masing pita lama membentuk pita baru, sehingga menghasilkan dua pita double helix.

Berikut adalah gambar dari proses replikasi DNA:

Proses replikasi yang terjadi tersebut dipengaruhi oleh enzim helikase, enzim polimerase, dan ligase. Replikasi DNA terjadi pada fase interfase, dipengaruhi oleh enzim polymerase.

Dalam perkembangan ilmu pengetahuan ada 3 teori yang menyatakan cara duplikasi DNA, yaitu:

a. Teori konservatif
    DNA induk tidak mengalami perubahan apapun, lalu urutan basabasa nitrogennya disalin sehingga
terbentuk dua rantai DNA yang sama persis.
b. Teori dispersif
    DNA induk terpotong-potong, kemudian potongan-potongan tersebut merangkai diri menjadi dua buah DNA baru yang mempunyai urutan basa-basa nitrogen sama persis seperti urutan basa nitrogen semula.
c. Teori semikonservatif
    Pada saat akan mengadakan replikasi kedua, rantai polinukleotida akan memisahkan diri sehingga basa-basa nitrogen tidak berpasangpasangan. Nukleotida bebas mengandung basa nitrogen yang bersesuaian akan menempatkan diri berpasangan dengan basa nitrogen dari kedua rantai DNA induk, sehingga terbentuk dua buah DNA yang sama persis.

Dari ketiga hipotesis tersebut, hipotesis semikonservatif lebih banyak diterima oleh para ilmuwan dalam menjelaskan replikasi DNA. Beberapa penelitian pun memperkuat hipotesis semikonservatif sebagai mekanisme replikasi DNA.

Ilmuwan forensik dapat menggunakan DNA yang terletak dalam darah, cairan semen, air liur atau rambut yang tersisa di tempat kejadian kejahatan untuk mengidentifikasi kemungkinan tersangka. Proses tersebut dinamakan fingerprinting genetik atau pemrofilan DNA. Pemrofilan DNA dikembangkan pada 1984 oleh ahli genetik asal Inggris Alec Jeffreys dari Universitas Leicester, dan kali pertama digunakan untuk mendakwa Colin Pitchfork pada 1988 dalam kasus pembunuhan Enderby di Leicestershire, Inggris.