Substansi Genetika

DNA dan Inti Sel (Sumber : On The Human Genome Project)

Berbicara tentang substansi genetika, maka kita akan berbicara tentang senyawa kimia di dalam inti sel (nukleus) yang disebut asam nukleat. Asam nukleat berfungsi sebagai informasi genetik yang mengatur pemunculan sifat suatu makhluk hidup. Suatu sifat akan dimunculkan melalui pengendalian enzim-enzim atau senyawa protein lain yang disintesis oleh asam nukleat. Selain itu dengan adanya asam nukleat segala aktivitas hidup dikendalikan (proses-proses metabolisme dalam tubuh makhluk hidup yang terjadi di dalam setiap sel) melalui pengendalian enzim-enzim yang disintesis oleh asam nukleat. Fungsi pengendalian dan pengaturan sintesis protein inilah yang dijadikan dasar untuk menyebut asam nukleat sebagai substansi genetika (pembawa informasi genetik).

Asam nukleat dibedakan atas DNA (Deoxyribonucleic acid) dan RNA (Ribonucleic acid). Kedua macam asam nukleat tersebut disusun oleh unit-unit struktural yang disebut nukleutida, sehingga asam nukleat dapat dinamakan juga polinukleutida (polimer nukleutida). Setiap nukleutida terdiri dari gula pentosa (gula 5 atom karbon), gugus fosfat dan basa nitrogen. Basa nitrogen dikelompokkan menjadi dua, yaitu basa purin (basa nitrogen yang memiliki dua struktur cincin, meliputi basa adenine (A) dan guanine (G)) dan basa pirimidin (basa nitrogen yang memiliki satu struktur cincin, meliputi basa timin (T), sitosin (C) dan urasil (U).

DNA

Molekul DNA merupakan molekul double-helix yang memiliki dua untai polinukleutida (double-stranded). Setiap polinukleutida dari DNA terdiri atas nukletida-nukleutida yang dihubungkan oleh ikatan phospodiester. Nukleutida pada molekul DNA mengandung tiga komponen penting, yaitu :

• Gula pentosa yang disebut deoxyribose (gula ribosa yang kehilangan atom oksigen pada atom C nomor 2)

• Gugus fosfat, menyusun struktur nukleutida (nukleusida monofosfat)

• Basa nitrogen berupa basa purin (adenine dan guanin) dan basa pirimidin (timin dan sitosin). Basa adenine dari untai yang satu akan berpasangan dengan basa timin dari untai yang lainnya. Sedangkan basa guanine dari untai yang satu akan berpasangan dengan basa sitosin dari untai lainnya.

Struktur DNA (Sumber: evolution.berkeley.edu)

Nukleutida berdasarkan kandungan basa nitrogen yang menyusunnya dibedakan atas Adenosine monophosphate (AMP), Guanine monophosphate (GMP), Cytidine monophosphate (CMP), Thymidine monophosphate (TMP) dan Uridine monophosphate (UMP).

Struktur nukleutida dapat juga dikatakan tersusun atas gugus fosfat dan nukleusida (gabungan antara gula pentosa dan basa nitrogen). Nukleusida-nukleusida tersebut dihubungkan dengan gugus fosfat melalui ikatan glikosidik. Macam-macam nukleusida berdasarkan kandungan basa nitrogen yang menyusunnya dibedakan atas Adenosine (A), Guanosine (G), Cytidine (C), Thymidine (T) dan Uridine (U).

Model Struktur DNA Watson-Crick

Struktur DNA yang sangat kecil dan rumit dapat digambarkan dengan model struktur DNA yang diusulkan oleh Watson James dan Crick Francis. Model struktur DNA tersebut dikenal dengan nama model tangga berpilin (double helix). Berikut ini adalah penjelasan dari model struktur DNA Watson-Crick (double-Helix Structure).

Watson James dan Crick Francis (Sumber : King Saud University)

1. kedua untai polinukleutida saling memilin di sepanjang sumbu yang sama.
2. kedua untai polinukleutida satu sama lain arahnya sejajar tetapi berlawanan arah (antiparalel)
3. basa-basa nitrogen menghadap ke arah sumbu dan masing-masing basa nitrogen berpasangan satu sama lain (antara untai yang satu dengan untai yang lain). basa Adenin pada satu untai berpasangan dengan basa timin pada untai lainnya, dan basa guanin pada satu untai berpasangan dengan basa sitosin pada untai lainnya. oleh karena itu kedua untai polinukleutida dikatakan komplementer satu sama lain.
4. setiap pasangan basa berjarak 3,4 A dengan pasangan basa berikutnya.
5. tedapat 10 pasangan basa bitrogen di dalam satu kali pilinan (360).
6. jumlah iktana hidrogen antara basa nitrogen Adenin dan Timin sebanyak rangkap dua, sedangkan antara basa nitrogen guanosin dan sitosin sebanyak rangkap tiga. oleh karena itu nisbah G+C yang tinggi maka semakin tinggi pula stabilitas molekul DNA
7. gugus fosfat dan gula pentosa terletak di sebelah luar sumbu.
8. nukleutida-nukleutida penyusun polinukleutida yang berurutan satu sama lain dihubungkan oleh ikatan fosfodiester. ikatan fosfodiester menghubungkan atom C nomor 3′ dengan atom C nomor 5′ pada gula deoksiribosa.
9. Atom C nomor 3′ di salah satu ujung untai polinukleutida tidak lagi memiliki ikatan fosfodiester, tetapi mengikat gugus OH sehingga ujung 3′ disebut ujung OH. sedangakn di ujung lainnya, yaitu atom C nomor 5′ akan mengikat gugus fosfat, sehingga ujung 5′ disebut ujung P.
10. arah antiparalel kedua ujung dilihat dari arah ujung 3′ dan ujung 5′. Jika untai yang satu memiliki arah dari ujung 5′ ke 3′, maka untai yang lain (untai komplementernya) memiliki arah dari ujung 3′ ke 5′.

Struktur Double Helix DNA (Sumber : http://www.mun.ca)

RNA

Molekul RNA merupakan hasil instruksi DNA yang disintesis melalui mekanisme transkripsi DNA untuk selanjutnya ditransfer keluar dari inti sel masuk ke dalam sitoplasma. Molekul RNA memiliki perbedaan yang mendasar dengan molekul DNA, yaitu :

• Gula pentosa penyusun nukleutida bukan deoxyribosa seperti yang dimiliki DNA, tetapi berupa gula ribosa.

• RNA tidak memiliki basa nitrogen jenis timin, tetapi digantikan dengan basa urasil (U). Ketika suatu untai tunggal RNA akan disintesis melalui mekanisme transkripsi DNA, basa urasil akan dimunculkan sebagai hasil transkripsi (penyalinan) dari basa adenine untai DNA.

• Molekul RNA merupakan molekul untai tunggal polinukleutida (single-stranded), tidak seperti DNA yang merupakan molekul double-stranded (untai ganda).

Perbandingan struktur DNA dan RNA (Sumber : geneticsolutions.com)