Menjelajah dunia DNA
Dari heliks ganda hingga rekayasa genetika, jelajahi blok-blok pembangun kehidupan dan dampak DNA pada dunia kita.
Mari memulai perjalanan menjelajah DNA, dan pelajari bagaimana molekul ini telah merevolusi pemahaman kita tentang biologi dan mengubah dunia farmasi, kedokteran, pertanian, dan forensik. Apakah kamu seorang ilmuwan, mahasiswa, atau pelajar yang ingin tahu, selami dunia DNA dan temukan kode kehidupan yang menghubungkan kita semua.
Memahami lokasi materi genetik DNA
DNA dan RNA bertindak sebagai materi genetik untuk berbagai entitas biologis seperti sel prokariot dan eukariot, virus, dan plasmid. Namun, susunan dan lokasi materi genetik bervariasi di antara mereka. Prokariot tidak memiliki inti, sehingga DNA bercampur bersama dengan isi sel lainnya. Sedangkan pada eukariot, DNA ditemukan di dalam inti dan mitokondria1.
DNA dalam inti sel bergabung dengan protein dan membentuk kompleks yang dikenal sebagai kromatin. Selama interfase (fase sel tidak membelah), kromatin tampak menyebar (eukromatin) atau padat (heterokromatin), tetapi tetap memiliki struktur yang sama.
Namun, sebelum mitosis, DNA mengalami replikasi dan menghasilkan dua kromosom identik yang disebut kromatid saudara. Selama metafase (salah satu fase pada mitosis), kromosom-kromosom ini menjadi terpisah.
DNA terdiri dari dua untai yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen dan membentuk pasangan basa (bp). Ukuran molekul DNA sering kali ditunjukkan dengan jumlah pasangan basa yang dikandungnya. Misal, bentangan 100 pasangan basa DNA berarti setiap untai memiliki 100 basa, menghasilkan total 200 basa untuk seluruh molekul.
Mitokondria mengandung kurang dari 0,1% total DNA sel. Materi genetik pada mitokondria dikodekan dalam kurang dari 20.000 bp DNA, sedangkan inti haploid manusia (seperti sel telur atau sel sperma) mengandung sekitar 3 miliar bp DNA. DNA mitokondria dan sistem sintesis protein memiliki kemiripan dengan sistem bakteri daripada yang ditemukan di inti dan sitoplasma eukariotik, yang mengindikasikan bahwa mitokondria mungkin berevolusi dari bakteri penyerbu sel eukariotik purba.
Virus adalah partikel infeksius kecil yang terdiri dari genom (baik DNA atau RNA, tetapi tidak keduanya), protein yang diperlukan untuk replikasi atau patogenesis, dan mantel protein. Untuk menyebabkan infeksi, virus bergantung pada mesin sel inang karena mereka tidak memiliki sistem yang lengkap untuk replikasi, transkripsi, atau translasi. Virus dapat menginfeksi eukariota dan prokariota. Salah satu contohnya, bakteriofag atau fag merupakan virus yang menginfeksi bakteri.
Plasmid adalah molekul DNA melingkar yang dapat masuk ke dalam bakteri dan bereplikasi secara independen dari genom inang. Tidak seperti virus, plasmid tidak menular dan tidak mengubah sel inang menjadi pabrik untuk produksi plasmid.
Plasmid sering kali mengandung gen, termasuk beberapa gen yang dapat memberikan resistensi terhadap antibiotik. Para ilmuwan menggunakan plasmid dalam rekayasa genetika untuk mentransfer gen asing ke dalam bakteri, karena mudah untuk memasukkan segmen DNA ke dalam plasmid.
Ukuran molekul DNA
Sel prokariotik memiliki molekul DNA melingkar tunggal, mengandung lebih dari 4 juta pasangan basa dan berat molekul lebih dari 2.500 juta g/mol (kromosom dari E. coli).
Sebaliknya, sel eukariotik memiliki DNA linier, dengan setiap kromosom mengandung satu heliks DNA yang berkesinambungan. DNA kromosom manusia terpanjang memiliki panjang lebih dari 7 cm, dan ke-46 kromosom tersebut secara bersama-sama membentang sejauh sekitar 2 meter. DNA eukariotik kira-kira 1.000 kali lebih besar daripada DNA prokariotik, dengan total sekitar 6 miliar pasangan basa.
Pengemasan DNA
Agar muat di dalam sel, molekul DNA memerlukan pengemasan khusus. Pada E. coli, DNA melingkar dipadatkan dan dilekatkan pada kompleks protein-RNA. DNA adalah struktur heliks ganda di mana dua untai melilit satu sama lain. Untuk memadatkannya, molekul DNA melingkar di sekelilingnya sendiri, membentuk superkoil.
Ini mirip dengan kabel telepon, yang menjadi superkoil ketika dililit. Selama replikasi DNA, akan terjadi superkoil ketika untaian terpisah dan terlepas di wilayah kecil, menyebabkan tekanan pada bagian molekul yang tersisa. Topoisomerase adalah enzim yang mengurangi tekanan ini sehingga untaian DNA dapat dilepaskan.
DNA sel eukariotik lebih besar dan lebih kompleks dibandingkan dengan sel prokariotik. DNA eukariotik bergabung dengan histon, protein basa kecil yang mengandung arginin dan lisin dalam jumlah besar, untuk membentuk kromatin.
Kromatin berperan penting mengendalikan transkripsi dan pengemasan. Kromatin tampak seperti manik-manik pada seutas benang ketika diekstraksi dari sel. Manik-manik, yang dikenal sebagai nukleosom, terdiri dari dua molekul dari masing-masing empat kelas histon (H2A, H2B, H3, dan H4) yang membentuk pusat inti. Sekitar 140 bp DNA untai ganda melilit setiap inti. DNA yang bergabung dengan inti adalah kompleks dengan jenis histon kelima, yaitu H1. Nukleosom melingkar menjadi gulungan tubular heliks yang dikenal sebagai struktur solenoida untuk pemadatan lebih lanjut.
Di nukleus, juga terdapat protein lain yang dapat kontak dengan DNA pada kromatin, yaitu faktor transkripsi dan enzim pengubah DNA. Jumlah dan jenis protein nonhiston ini bervariasi pada berbagai jenis jaringan. Mereka berperan dalam mengatur ekspresi gen dan proses terkait DNA lainnya.
Q: Apakah histon memiliki muatan positif atau negatif bersih, karena mengandung arginin dan lisin dalam jumlah besar?
Histon memiliki muatan bersih positif, karena adanya muatan positif yang dibawa oleh arginin dan lisin pada rantai sampingnya pada pH fisiologis. Asam amino ini terkonsentrasi di daerah tertentu dari molekul histon, dan daerah bermuatan positif berinteraksi dengan gugus fosfat dari DNA yang bermuatan negatif.
Mata kuliah terkait: Biologi Sel Molekuler