Model Struktur Deoxyribonucleic Acid (DNA) oleh Watson & Crick (1953)

Secara umum, Deoxyribonucleic Acid (DNA) merupakan molekul penyusun makhluk hidup yang menyimpan informasi genetik. Sebagian besar DNA terletak di dalam kromosom yang berada di inti sel, meskipun juga terdapat di organel sel lain seperti mitokondria ataupun kloroplas (pada tumbuhan) [1]. Di dalam sel hidup, DNA akan diwariskan ke sel keturunannya melalui serangkaian proses penggandaan (replikasi) dalam reproduksi seluler. Hal tersebut bertujuan untuk melestarikan informasi genetik yang tersimpan di dalamnya [2].

• Hasil penelitian Erwin Chargaf yang menunjukkan bahwa konsentrasi Timin sama dengan Adenin, dan konsentrasi Guanin sama dengan Sitosin. Hal tersebut menunjukkan bahwa DNA tersusun dari basa Pirimidin (Timin dan Sitosin) yang berikatan dengan basa Purin (Adenin dan Guanin) [3];
• Pola difraksi sinar-X terhadap serat DNA yang direkam oleh Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin menunjukkan pola berbentuk silang yang dapat dilihat pada Gambar 1.  Foto tersebut, selanjutnya dikenal sebagai Photo 51,yang menjadi dasar penentuan struktur Heliks ganda DNA [4]

Gambar 1.  Foto hasil difraksi sinar-X serat DNA yang direkam Wilkins & Franklin (Snustad & Simmons, 2012)

Berdasarkan 2 temuan diatas, Watson & Crick (1953) mengusulkan model 3D struktur DNA yang terdiri dari 2 untai polinukleotida melingkar membentuk spiral (heliks). Untaian polinukleotida tersebut tersusun dari basa Pirimidin (Timin & Sitosin) dan Purin (Adenin & Guanin) yang saling berikatan, dikenal sebagai basa komplementer. Adenin berikatan dengan Timin sedangkan Guanin berikatan dengan Sitosin. Struktur Double Helix DNA selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Struktur Double Helix DNA Diadaptasi dari : (Snustad & Simmons, 2012)

Setiap untai DNA memiliki ujung 5’ dengan gugus fosfat, dan ujung 3’ dengan gugus hidroksil. Untai DNA tersebut bersifat antiparalel, artinya satu untai berjalan dari 5’ke 3’ sedangkan untai lainnya berjalan dari 3’ ke 5’. Setiap basa komplementer penyusun DNA, disatukan oleh Ikatan Hidrogen [1]. Pasangan basa Adenin dengan Timin, memiliki 2 Ikatan Hidrogen, sedangkan Guanin dan Sitosin memiliki 3 Ikatan Hidrogen. Basa Adenin disusun oleh Gugus amino (NH₂) dan 1 atom Hidrogen (H) sedangkan Timin disusun oleh Gugus Karbonil (C=O) dan 1 atom Hidrogen (H). Basa Guanin disusun oleh 2 Gugus Karbonil (C=O) dan satu Gugus Amino (NH₂), sedangkan basa Sitosin disusun oleh 1 Gugus Amino (NH₂) dan 2 atom Hidrogen (H) [5].

Gambar 3. Struktur Basa Nitrogen pada DNA (A. Timin & Adenin; B. Sitosin & Guanin)

Basa-basa pada DNA bersifat Hidrofobik yang menyebabkannya dapat bertumpuk rapi sehingga membuat struktur DNA tampak kokoh dan stabil di dalam lingkungan sel yang berair [1].  Saat replikasi terjadi, Ikatan Hidrogen DNA akan terbuka sementara dengan bantuan enzim Helikase. Komposisi pasangan basa A-T dan G-C antarspesies dapat bervariasi, misalnya pada bakteri termofilik cenderung memiliki pasangan G-C lebih banyak, sehingga memiliki titik leleh yang tinggi [6]. Komponen utama penyusun DNA yaitu gula deoksiribosa yang merupakan gula Pentosa (memiliki 5 atom karbon) dan termasuk ke dalam golongan Monosakarida. Struktur Gula Deoksiribosa dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Struktur Kimia 2-Deoksiribosa pada DNA (Gula Pentosa yang kehilangan atom oksigen pada Karbon nomor 2)

Dapat dilihat pada Gambar 4. Gula Deoksiribosa tidak membentuk gugus karboksil pada karbon nomor 2, karena kehilangan atom oksigen. Gula ini dikenal juga sebagai 2-deoksiribosa.  Pada DNA, Gula Deoksiribosa berikatan dengan Gugus Fosfat melalui Ikatan Fosfodiester [5].

Gambar 5. Struktur Kimia Gugus Fosfat pada DNA ( Tersusun dari 1 atom fosfor dan 4 atom oksigen)

Gugus Fosfat pada DNA disusun oleh 1 atom Fosfor dan 4 atom Oksigen yang salah satu atomnya bermuatan negatif (PO₄^3-). Gugus Fosfat pada DNA bersifat hidrofilik, sehingga mampu menarik molekul air yang membuat DNA larut dalam lingkungan seluler yang berair [1]. Melalui Ikatan Fosfodiester antara gugus fosfat dan gula deoksiribosa membentuk tulang punggung DNA yang dapat melindungi Basa Komplementer di dalamnya. Tulang punggung DNA berperan penting untuk menjaga stabilitas DNA di dalam sel hidup [7].

Referensi

1. P. Snustad and M. Simmons, Principle of Genetics, 6th ed. United State of America: John Wiley & Sons, Inc., 2012.
2. A. M. Amshawee, M. A. Hussain, S. T. M. Al Muhtaser, and A. A. Al- Faham, ‘Structure, Functions And Clinical Significance Of DNA: A Review Article’, Int. J. Heal. Med. Res., vol. 03, no. 07, Jul. 2024, doi: 10.58806/ijhmr.2024.v3i07n07.
3. E. Rosenberg, ‘Chemistry of DNA’, in It’s in Your DNA, Elsevier, 2017, pp. 9–16. doi: 10.1016/B978-0-12-812502-1.00002-0.
4. X. Yi-he, ‘X-ray diffraction analysis of DNA fibre and the discovery of DNA double helies structure’, Coll. Phys., 2005.
5. J. E. Krebs, E. S. Goldstein, and S. T. Kilpatrick, Lewin’s Genes XII. Pennysilvania: Jones & Bartlett Learning, 2017.
6. N. Takemata, ‘How Do Thermophiles Organize Their Genomes?’, Microbes Environ., vol. 39, no. 5, p. ME23087, 2024, doi: 10.1264/jsme2.ME23087.
7. X. Cun-Shuan, ‘Analyse on the Thermodynamical Basis of 3′,5′-PhosphodiesterLinkage to Structural Stability of DNA’, Henan Sci., 2007, [Online].