Advertisement

Struktur DNA, DNA merupakan satu molekul berbentuk rantai panjang, yang kerangka dasarnya tersusun atas gula berselang-seling dengan residu fosfat. Terikat kepada rantai gula pada kerangka dasar tersebut adalah dua macam purin, yaitu adenin (A) dan guanin (G), dan dua macam pirimidin, yaitu sitosin (C) dan tiamin (T). Satu purin atau pirimidin terikat kepada masing-masing residu gula. Molekul-molekul DNA dalam semua organisme sesuai dengan pola umum ini, tetapi DNA yang diperoleh dari berbagai jenis hewan dan tumbuhan memiliki perban-dingan yang berbeda-beda dari empat kemungkinan basa yang ada. Dalam batas-batas kesalahan eksperimen, jumlah basa purin (yaitu A + G) selalu sama dengan jumlah basa pirimidin (C + T). Bagi suatu jenis, jumlah A selalu sama dengan jumlah T, dan demikian pula jumlah C selalu sama dengan jumlah G. Meskipun hubungan A = T dan C = G selalu berlaku, benar pula bahwa A + T tidak selalu sama dengan C + G

Nisbah antara jumlah basa A dan T (A + T) dan jumlah basa G dan C (G + C) disebut nisbah basa dan dari jenis ke jenis angka ini sangat bervariasi, dengan kisaran antara kurang dari 1 dan lebih dari 3.

Advertisement

Atas dasar pengetahuan yang ada tentang DNA (terutama basil penelitian kristalografi sinar X yang dilakukan Wilkins), pada tahun 1953 Watson dan Crick mengajukan satu model yang kini terkenal sebagai struktur tiga dimensi DNA. Mereka mengemukakan bahwa molekul DNA, terisolasi dari sel, terdiri bukan atas satu rantai linear nukleotida (yaitu balok-bangunan asam nukleat), melainkan atas 2 rantai sejajar yang satu sama lain dihubungkan oleh ikatan hidrogen antara kelompok-kelompok basa amino (elektropositif) dan karbonil (elektronegatif) pada rantai yang berseberangan. Basa-basa itu dihubungkan sedemikian rupa sehingga satu basa purin selalu bertautan dengan satu basa pirimidin. Nukleotida pada kedua rantai harus berhubungan jika mereka harus cocok satu dengan lainnya. Molekul-molekul purin A dan G sama bentuknya dan hanya berbeda pada satuan samping kecil tertentu, dan bentuk pirimidin T dan C juga bersamaan kecuali perbedaan-perbedaan kecil pada satuan sampingnya. Aturannya adalah bahwa satu nukleotida yang berisi A hanya akan cocok dengan yang berisi T dan demikian pula nukleotida yang mengandung G hanya akan cocok dengan nukleotida yang mengandung C. Pasangan khusus basa ini dikatakan komplementer (complementary), sebab ukuran dan struktur molekulnya adalah sedemikian rupa sehingga kecocokan yang sempurna hanya akan dapat terjadi antara kedua anggota pasangan komplementer tersebut. Jadi ada empat pasangan basa yang mungkin terjadi antara dua kerangka dasar DNA terpilin tersebut, yaitu A — T, T — A, G — C, dan C — G. Jika misalnya urutan nukleotida pada salah satu kerangka dasar adalah TG C A T T  C, susunan ini secara otomatis menentukan urutan pada kerangka dasar lainnya yang harus seperti berikut ini: A-C-G-T-A-A-G. Kedua helaian yang berhubungan dan komplementer itu kemudian saling berpilin membentuk satu heliks, yang disebabkan oleh pembentukan ikatan-ikatan hidrogen, seperti tampak pada  17.2. Terdapat dua ikatan hidrogen antara A dan T, dan tiga ikatan antara C dan G. Model DNA Watson-Crick dapat diibaratkan sebuah tangga yang anak-anak tangganya adalah pasangan-pasangan basa yang komplementer, dan rangka sampingnya adalah rangka dasar gula fosfat dari kedua helaian molekul tersebut. Tetapi, tangga tersebut adalah tangga terpilin, sehingga jika diletakkan vertikal akan menyerupai suatu tangga spiral, sebab tangga itu berupa heliks ganda.

Model Watson-Crick itu memenuhi persyaratan dasar bagi bahan genetika yang memberikan suatu penjelasan tentang bagaimana gen membuat replika strukturnya yang persis sekali, dan bagaimana gen-gen itu membawa informasi genetika melalui kode-kode kimia. Model ini memungkinkan suatu mekanisme replikasi gen secara persis, karena basa-basa itu selalu berpasangan menurut cara yang sama, yaitu hanya basa-basa yang komplementer yang dapat berpasangan. Jika satu heliks ganda membuat replika dirinya, didalilkan bahwa helaian komplementer itu membuka karena pecahnya ikatan hidrogen yang mengikat heliks itu, dan masing-masing helai lalu membuat satu turunan komplementer (complementary copy) dirinya dengan cara berfungsi sebagai suatu cetakan (templet) bagi nukleotida bebas dalam medium sekitarnya ( 17.3). Karena caranya basa berpasangan itu khusus sekali, maka molekul berhelai ganda yang baru itu merupakan duplikat sempurna dari aslinya. Dengan demikian, setiap helai ganda DNA terdiri atas separuh DNA baru dan separuh DNA lama, replikasi ini disebut semi-konservatif.

Dukungan yang meyakinkan bagi model replikasi DNA ini diberikan oleh suatu percobaan klasik yang dilaksanakan oleh Meselson dan Stahl pada tahun 1958 ( 17.4). Bakteri Escherichia coli dibiakkan dalam satu medium yang berisi isotop nitrogen berat 15N sebagai satu-satunya sumber nitrogen, sehingga DNA dalam semua sel mengandung nitrogen berat. Sel-sel itu lalu dipindahkan ke satu medium yang semua nitrogennya adalah isotop normal “N. Setelah satu generasi (yaitu jika populasi bakteri telah berlipat dua), kemudian diambil satu contoh sel-sel bakteri tersebut dan DNA di dalamnya diekstrak.

DNA yang berisi isotop berat 15N (DNA berat) dapat dipisahkan dari DNA yang berisi isotop normal “N (DNA ringan) dengan satu cara yang dikenal sebagai sentrifugasi gradasi kepadatan (density gradient centrifugation). Dengan cara ini partikel-partikel yang berbeda kepadatannya membentuk suspensi dalam larutan pekat garam logam berat yang mudah sekali larut (misalnya klorida sesium = cesium chloride), dan dipisahkan dengan mesin ultra-sentrifugal. Gaya sentrifugal mengakibatkan terjadinya suatu gradasi kepadatan baik garam maupun partikel suspensi dalam tabung. Setelah beberapa jam mengalami daya tarik gravitasi yang tinggi, gradasi itu mencapai suatu titik di mana kepadatan larutan dan material yang membentuk suspensi seimbang pada suatu ketinggian dalam tabung, yang di tempat itu Pula semua partikel suspensi dengan kepadatan yang sama terkumpul dan membentuk pita sempit. Dengan teknik ini mungkin untuk memisahkan partikel-partikel yang ukurannya sama tetapi berbeda kepadatannya, walaupun menggunakan bahan yang sedikit sekali.

Jika DNA yang diekstrak dari sel yang diambil dari medium setelah satu generasi bakteri disentrifugasi dalam larutan sesium klorida, semua DNA membentuk pita yang terletak di tengah antara pita yang telah terbentuk sebelumnya dari DNA yang seluruhnya ditandai (hanya 15N) dan pita DNA yang sepenuhnya tidak ditandai (hanya “N). Hasil pengamatan ini konsisten dengan hipotesis bahwa DNA yang pernah direplikasi dalam medium 14N harus menjadi ‘hidrid’, yaitu terdiri atas satu helai yang semua nitrogennya 15N (‘lama’) dan satu helai lagi yang semua nitrogennya mesti “N (‘baru’). Setelah dua generasi bakteri DNA yang diekstraksi memperlihatkan dua pita pada tabung ultrasentrifugal, satu pita dengan kepadatan hibrid atau kepadatan antara dan satu lagi sesuai dengan kepadatan DNA yang berisi 14N (DNA ringan). Pada generasi-generasi berikutnya, jumlah DNA dalam pita yang sesuai dengan DNA ringan meningkat secara eksponen, sedangkan jumlah DNA hibrid boleti dikatakan konstan. Dengan demikian, hasil eksperimen Meselson dan Stahl ini secara keseluruhan konsisten dengan mekanisme replikasi DNA semi-konservatif yang merupakan syarat bagi model DNA Watson-Crick.

Percobaan Meselson dan Stahl pada dasarnya telah diulang pada kromosom sel ujung akar kacang (Vida faba) dengan menggunakan teknik sitologi. Sel-sel akar ditaruh dalam larutan yang mengandung timidin yang diberi tritium (3H), .dan dibiarkan mengalami mitosis, sehingga timidin [3H] dapat tergabung ke dalam DNA. Ujung akar tersebut lalu dicuci dan dipindahkan ke dalam larutan yang berisi timidin nonradioaktif. Jika pada tahap ini dimaksudkan kolkisin, maka pembentukan gelendong dicegah dan kromosom pada tahap metafase gagal memisah, sehingga kromatid anak tetap saling bergabung pada sentromernya untuk beberapa saat. Dengan kehadiran timidin radioaktif mitosis sel-sel ujung akar selama satu babak penggandaan tampak menyebabkan penandaan (labelling) DNA kromosom dengan isotop radioaktif. Analisis kromosom anak dengan autoradiografi menunjukkan bahwa tiap pasang berlabel isotop. Jika kromosom anak itu diamati setelali penggandaan kedua dalam lingkungan yang mengandung timidin nonradioaktif, maka hampir semua pasangan kromosom yang terbentuk dari tetua yang radioaktif mengandung satu kromosom berlabel dan satu lagi tak berlabel. Hasil pengamatan ini menunjukkan bahwa cara penggandaan DNA pada organisme eukariotik mirip dengan penggandaan yang dipertunjukkan oleh DNA bakteri E. coli, sebab penggandaan tersebut dapat diinterpretasikan sebagai penggandaan semi-konservatif.

 

Advertisement