Asam
nukleat (bahasa
Inggris: nucleic acid)
adalah makromolekul biokimia yang kompleks, berbobot molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang mengandung informasi genetik. Asam
nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) and Asam
ribonukleat (RNA). Asam nukleat
ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus.
Asam
nukleat dinamai demikian karena keberadaan umumnya di dalam inti (nukleus)
sel. Asam nukleat merupakan biopolimer,
dan monomer penyusunnya adalah nukleotida.
Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu sebuah basa nitrogen heterosiklik (purin atau pirimidin), sebuah gula pentosa, dan
sebuah gugus fosfat. Jenis asam
nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada rantai asam nukleat
tersebut (misalnya, DNA atau asam deoksiribonukleat mengandung 2-deoksiribosa). Selain itu,
basa nitrogen yang ditemukan pada kedua jenis asam nukleat tersebut memiliki
perbedaan: adenina, sitosina, dan guanina dapat ditemukan pada RNA maupun DNA,
sedangkan timina dapat ditemukan hanya pada DNA dan urasil dapat ditemukan hanya pada RNA.
Asam
deoksiribonukleat , lebih
dikenal dengan DNA ( bahasa
Inggris : d eoxyribo n ucleic a cid ), adalah sejenis asam
nukleat yang tergolong biomolekulutama
penyusun berat kering setiap organisme . Di
dalam sel , DNA umumnya terletak di dalam inti sel .
Secara
garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik ; artinya, DNA menyimpan cetak biru
bagi segala aktivitas sel. Ini
berlaku umum bagi setiap organisme. Di
antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus tidak termasuk organisme)
seperti HIV(Human
Immunodeficiency Virus).
Karakteristik kimia
.png)
Struktur
untai komplementer DNA menunjukkan pasangan basa (adenina dengan timina dan
guanina dengan sitosina) yang membentuk DNA beruntai ganda.
DNA merupakan polimer yang terdiri dari tiga
komponen utama,
§ gugus fosfat
§ gula deoksiribosa
§ basa nitrogen, yang terdiri
dari:
§ Adenina (A)
§ Guanina (G)
§ Sitosina (C)
§ Timina (T)
Sebuah unit monomer DNA yang terdiri dari ketiga
komponen tersebut dinamakan nukleotida , sehingga DNA tergolong
sebagai polinukleotida .
Rantai DNA memiliki lebar
22-24 Å , sementara
panjang satu unit nukleotida 3,3 Å. Walaupun
unit monomer ini sangatlah kecil, DNA dapat memiliki jutaan nukleotida yang
terangkai seperti rantai. Misalnya, kromosom terbesar pada manusia terdiri
atas 220 juta nukleotida .
Rangka utama untai DNA terdiri
dari gugus fosfat dan gula yang
berselang-seling. Gula pada DNA adalah gulapentosa (berkarbon lima), yaitu
2-deoksiribosa. Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan
fosfodiester antara atom karbon ketiga pada cincin satu gula
dan atom karbon kelima pada gula lainnya.Salah satu perbedaan utama DNA dan RNA
adalah gula penyusunnya; gula RNA adalah ribosa .
DNA terdiri atas dua untai yang
berpilin membentuk struktur heliks ganda . Pada
struktur heliks ganda, orientasi rantai nukleotida pada satu untai berlawanan
dengan orientasi nukleotida untai lainnya. Hal ini disebut sebagai antiparalel . Masing-masing
untai terdiri dari rangka utama, sebagai struktur utama, dan basa nitrogen,
yang berinteraksi dengan untai DNA satunya pada heliks. Kedua untai pada
heliks ganda DNA disatukan oleh ikatan hidrogen antara basa-basa yang terdapat
pada kedua untai tersebut. Empat basa yang ditemukan pada DNA adalah adenina (dilambangkan A), sitosina (C, dari c ytosine ), guanina (G), dan timina (T).Adenina berikatan hidrogen dengan
timina, sedangkan guanina berikatan dengan sitosina. Segmen polipeptida dari DNA disebut gen ,
biasanya merupakan molekul RNA .
Replikasi
Pada
replikasi DNA, rantai DNA baru dibentuk berdasarkan urutan nukleotida pada DNA
yang digandakan.
Replikasi merupakan proses
pelipatgandaan DNA. Proses replikasi ini dibutuhkan 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 "konjugasi" dari rantai pasangannya.Dengan
kata lain, dengan mengetahui susunan satu rantai, maka susunan rantai pasangan
dapat dengan mudah dibentuk.
Ada beberapa teori yang mencoba
menjelaskan bagaimana proses replikasi DNA ini terjadi. Salah satu teori
yang paling populer menyatakan bahwa pada masing-masing DNA baru yang diperoleh
pada akhir proses replikasi; satu rantai tunggal merupakan rantai DNA dari
rantai DNA sebelumnya, sedangkan rantai pasangannya merupakan rantai yang baru
disintesis. Rantai tunggal yang diperoleh dari DNA sebelumnya tersebut
bertindak sebagai "cetakan" untuk membuat rantai pasangannya.
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 enzim
helikase yang dapat mengenali titik-titik tersebut, dan enzim girase 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.
DNA
dalam forensik
Ilmuwan
forensik dapat menggunakan DNA yang terletak dalam darah , sperma , kulit , liur atau rambut yang tersisa di tempat kejadian kejahatan
untuk mengidentifikasi kemungkinan tersangka, sebuah proses yang disebut fingerprinting genetika atau
pemrofilan DNA ( DNA profiling ). Dalam pemrofilan DNA
panjang relatif dari bagian DNA yang berulang seperti short tandem
Repeats dan minisatelit ,
dibandingkan. Pemrofilan DNA dikembangkan pada 1984 oleh
genetikawan Inggris Alec
Jeffreysdari Universitas
Leicester , dan pertama kali digunakan untuk mendakwa Colin
pitchfork pada 1988 dalam
kasus pembunuhan
Enderby di Leicestershire , Inggris .
Banyak yurisdiksi membutuhkan
terdakwa dari kejahatan tertentu untuk menyediakan sebuah contoh DNA untuk
dimasukkan ke dalam database komputer. Hal ini telah
membantu investigator menyelesaikan kasus lama di mana pelanggar tidak
diketahui dan hanya contoh DNA yang diperoleh dari tempat kejadian (terutama
dalam kasus perkosaan antar
orang tak dikenal). Metode ini adalah salah satu teknik paling tepercaya
untuk mengidentifikasi seorang pelaku kejahatan, tetapi tidak selalu sempurna,
misalnya bila tidak ada DNA yang dapat diperoleh, atau bila tempat kejadian
terkontaminasi oleh DNA dari banyak orang.
DNA
dalam komputasi
DNA memainkan peran penting
dalam ilmu komputer ,
baik sebagai masalah riset dan sebagai sebuah cara komputasi.
Riset dalam algoritma
pencarian string , yang menemukan kejadian dari urutan huruf di
dalam urutan huruf yang lebih besar, dimotivasi sebagian oleh riset DNA, dimana
algoritma ini digunakan untuk mencari urutan tertentu dari nukleotida dalam
sebuah urutan yang besar. Dalam aplikasi lainnya seperti editor
text , bahkan algoritma sederhana untuk masalah ini biasanya
mencukupi, tetapi urutan DNA menyebabkan algoritma-algoritma ini untuk
menunjukkan sifat kasus-mendekati-terburuk dikarenakan jumlah kecil dari
karakter yang berbeda.
Teori database juga telah dipengaruhi oleh
riset DNA, yang memiliki masalah khusus untuk menaruh dan memanipulasi urutan
DNA. Database yang dikhususkan untuk riset DNA disebut database
genomik , dam harus menangani sejumlah tantangan teknis yang
unik yang dihubungkan dengan operasi pembandingan kira-kira, pembandingan
urutan, mencari pola yang berulang, dan pencarian homologi.
Sejarah
DNA pertama kali berhasil
dimurnikan pada tahun 1868 oleh ilmuwan Swiss Friedrich
Miescher di Tubingen , Jerman , yang menamainya nuclein berdasarkan
lokasinya di dalam inti sel. Namun demikian, penelitian terhadap peranan
DNA di dalam sel baru dimulai pada awal abad 20, bersamaan dengan ditemukannya
postulat genetika Mendel . DNA
dan proteindianggap dua molekul yang paling
memungkinkan sebagai pembawa sifat genetis berdasarkan teori tersebut.
Dua eksperimen pada dekade 40-an
membuktikan fungsi DNA sebagai materi genetik. Dalam penelitian oleh Avery dan
rekan-rekannya, ekstrak dari sel bakteri yang satu gagal men-transform sel
bakteri lainnya kecuali jika DNA dalam ekstrak dibiarkan utuh. Eksperimen yang
dilakukan Hershey dan Chase membuktikan
hal yang sama dengan menggunakanpencari jejak radioaktif ( bahasa Inggris : radioactive
tracers ).
Misteri yang belum terpecahkan ketika
itu adalah: " bagaimana struktur DNA sehingga ia mampu bertugas
sebagai materi genetik ". Persoalan ini dijawab oleh Francis Crick dan koleganya James Watson berdasarkan hasil difraksi sinar X pada DNA oleh Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin .
Pada tahun 1953, Watson dan
Francis Crick mendefinisikan DNA sebagai polimer yang terdiri dari 4 basa dari asam nukleat , dua dari kelompok purina : adenina dan guanina; dan dua lainnya dari
kelompok pirimidina :
sitosina dan timina. Keempat nukleobasa tersebut terhubung
dengan glukosa
fosfat .
Maurice Wilkins dan Rosalind
Franklin menemukan bahwa molekul DNA berbentuk heliks yang berputar setiap 3,4 nm, sedangkan jarak
antar molekul nukleobasa adalah 0,34 nm, hingga dapat ditentukan bahwa terdapat
10 molekul nukleobasa pada setiap putaran DNA. Setelah diketahui
bahwa diameter heliks DNA sekitar 2 nm, baru
diketahui bahwa DNA terdiri bukan dari 1 rantai, melainkan 2 rantai heliks.
Crick, Watson, dan Wilkins
mendapatkan hadiah Nobel Kedokteran pada
1962 atas penemuan ini. Franklin, karena sudah wafat pada waktu itu, tidak
dapat dianugerahi hadiah ini.
Konfirmasi akhir mekanisme replikasi DNA dilakukan lewat percobaan
Meselson-Stahl yang dilakukan tahun 1958.
Asam
ribonukleat (bahasa
Inggris:ribonucleic acid, RNA) adalah satu dari tiga makromolekul utama (bersama dengan DNA dan protein) yang
berperan penting dalam segala bentuk kehidupan.
Asam
ribonukleat berperan sebagai pembawa bahan
genetik dan memainkan peran
utama dalam ekspresi
genetik. Dalam dogma pokok (central dogma) genetika molekular, RNA menjadi perantara antara
informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein.
Struktur RNA
Struktur dasar RNA mirip
dengan DNA.
RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah nukleotida.
Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus pentosa,
dan satu gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan
berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus pentosa dari
nukleotida yang lain.
Perbedaan RNA dengan DNA terletak
pada satu gugus hidroksil cincin gula pentosa,
sehingga dinamakan ribosa, sedangkan gugus pentosa pada DNA disebut deoksiribosa. Basa
nitrogen pada RNA sama dengan DNA, kecuali basa timina pada
DNA diganti dengan urasil pada RNA. Jadi tetap ada empat pilihan: adenina, guanina, sitosina,
atau urasil untuk suatunukleotida.
Selain itu, bentuk konformasi RNA
tidak berupa pilin ganda sebagaimana DNA, tetapi bervariasi sesuai dengan tipe
dan fungsinya.
Tipe-tipe RNA
RNA hadir di alam dalam berbagai
macam/tipe. Sebagai bahan genetik, RNA berwujud sepasang pita (Inggris double-stranded
RNA, dsRNA). Genetika molekular klasik mengajarkan,
pada eukariota terdapat
tiga tipe RNA yang terlibat dalam proses sintesis protein:
1. RNA-kurir (bahasa
Inggris: messenger-RNA, mRNA), yang disintesis
dengan RNA polimerase I.
2. RNA-ribosom (bahasa
Inggris: ribosomal-RNA, rRNA), yang disintesis dengan RNA
polimerase II
3. RNA-transfer (bahasa
Inggris: transfer-RNA, tRNA), yang disintesis
dengan RNA polimerase III
Pada akhir abad ke-20 dan awal
abad ke-21 diketahui bahwa RNA hadir dalam berbagai macam bentuk dan terlibat
dalam proses pascatranslasi. Dalam pengaturan ekspresi genetik orang sekarang
mengenal RNA-mikro (miRNA)
yang terlibat dalam "peredaman gen" atau gene silencing dan small-interfering
RNA (siRNA) yang terlibat dalam
proses pertahanan terhadap serangan virus.
Fungsi RNA
Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag),
RNA merupakan bahan genetik. Ia berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik,
sebagaimana DNA pada organisme hidup lain. Ketika virus ini menyerang sel
hidup, RNA yang dibawanya masuk ke sitoplasma sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh
sel inang untuk menghasilkan virus-virus baru.
Namun demikian, peran penting RNA
terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan protein dalam
proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk
semua organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode
urutan basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi.
Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk 'triplet', tiga urutan basa N, yang
dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan satu asam amino (atau
kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein. Lihat ekspresi
genetik untuk keterangan lebih lanjut.
Penelitian mutakhir atas fungsi
RNA menunjukkan bukti yang mendukung atas teori 'dunia RNA', yang
menyatakan bahwa pada awal proses evolusi,
RNA merupakan bahan genetik universal sebelum organisme hidup memakai DNA.
Interferensi RNA
Suatu gejala yang baru ditemukan
pada penghujung abad ke-20 adalah adanya mekanisme peredaman (silencing)
dalam ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa RNA tidak diterjemahkan
(translasi) menjadi protein oleh tRNA. Ini terjadi karena sebelum sempat
ditranslasi, mRNA dicerna/dihancurkan oleh suatu mekanisme yang disebut sebagai
"interferensi RNA". Mekanisme ini
melibatkan paling sedikit tiga substansi (enzim dan protein
lain). Gejala ini pertama kali ditemukan pada nematoda Caenorhabditis
elegans tetapi selanjutnya ditemukan pada hampir semua kelompok
organisme hidup.
