DNA (Deoxyribonucleic Acid) Definisi Dan Sejarah Penemuan

Setiap manusia dibekali sifat fisik yang berbeda-beda, mulai dari bentuk wajah, warna kulit, warna mata, warna rambut hingga bentuk hidung juga berbeda-beda. Seseorang bisa memiliki warna kulit juga ciri fisik yang hampir mirip dengan orang tuanya. Hal ini dikarenakan adanya DNA, DNA adalah informasi genetic yang dimiliki organisme hidup yang diwariskan pada keturunannya.

Tidak hanya pada manusia, tapi pada semua makhluk hidup memiliki DNA. DNA adalah sebab adanya perbedaan satu organisme satu dengan organisme lainnya. Sehingga, DNA sangat penting fungsinya dalam ilmu taksonomi untuk mengklasifikasikan organisme tertentu.

Definisi DNA

DNA adalah asam nukleat yang terdapat di dalam inti sel dan berfungsi untuk menyimpan segala informasi biologis yang unik dari setiap organisme dalam bentuk materi genetik. DNA juga menentukan sifat organisme yang diturunkan. Banyak sekali manfaat yang bisa diterapkan atas penemuan DNA. Terutama dalam masalah yang berkaitan dengan genetika.

Secara definitif DNA adalah abreviasi dari Deoxyribonucleic Acid atau disebut Asam Deoksiribonukleat dalam istilah bahasa Indonesia. DNA tersusun atas tiga kata kunci yaitu Deoxyribo dan Nucleid Acid (asam nukleat). Deoxyribo memiliki arti gula yang kehilangan atom oksigennya, sedangkan Asam Nukleat adalah molekul yang mengandung informasi genetik.

Struktur kimia DNA berupa makromolekul kompleks dengan dua untai pita panjang saling berpilin untuk membentuk heliks (spiral) ganda. Dengan setiap pitanya termasuk suatu polimer dari ratusan sampai ribuan nukleotida, yang terdiri atas 3 jenis molekul, yaitu gula pentosa (deoksiribosa), asam fosfat, dan basa nitrogen. Basa nitrogen DNA terdiri dari golongan purin, yaitu adenine dan guanin, serta golongan pirimidin yaitu timin dan sitosin.

Funsi utama molekul DNA ialah menyimpan informasi jangka panjang. DNA sering dianalogikan sebagai satu set cetak biru atau kode atau resep, karena mengandung instruksi yang dibutuhkan untuk membentuk komponen lain dari sel, seperti protein dan molekul RNA. Segmen DNA yang membawa informasi genetik ini disebut gen, tetapi urutan DNA berbeda-beda untuk setiap organisme karna memiliki tujuan struktural sekaligus terlibat dalam mengatur penggunaan informasi genetik.

DNA juga berperan sebagai otokatalitik (replikasi diri) yaitu membentuk salinan dirinya sendiri. Setiap untaian DNA berisi sekuens basa tertentu. Setiap basa terhubung oleh molekul gula dan fosfat. Jika basa membentuk anak tangga (horizontal), maka molekul gula dan fosfat membentuk bagian vertikal dari tangga tersebut.

Sejarah Penemuan DNA

"It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material" wrote Watson and Crick in the scientific paper that was published in Nature, April 25-1953.

Sebelum banyaknya penemuan-penemuan signifikan sekarang ini, pada tahun 1866 seorang biarawan asal Austria, Gregor Mendel atau yang sering dikenal sebagai "Bapak Genetika," merupakan orang yang pertama kali menyarankan bahwa karakteristik diturunkan dari generasi ke generasi melalui eksperimen kacang polong. Mendel menciptakan istilah yang sekarang dikenal sebagai resesif dan dominan. Kemudian pada tahun1869 , seorang ahli biokimia asal Swiss Friedrich Miescher lewat usahanya dalam mempelajari komposisi sel Limfoid (sel darah putih). Namun Miescher, justru berhasil mengidentifikasi molekul baru yang ia sebut "Nuklein" dengan mengisolasi dari inti sel yang kemudian dikenal sebagai DNA. Dinamakan "Nuklein" karna letaknya diinti sel. Namun kala itu para peneliti belum menyadari petapa pentingnya molekul-molekul ini.

1944 - Oswald Avery mengidentifikasi DNA sebagai 'prinsip transformasi'

Pada tahun 1932 seorang ahli bakteriologi Amerika Oswald Avery menaruh perhatian dengan hasil eksperimen oleh seorang ahli mikrobiologi Inggris Frederick Griffith tahun 1928, yang kala itu mencoba mempelajari Streptococcus pneumoniae yaitu bakteri yang menyebabkan penyakit pneumonia pada mamalia. Griffith berhasil menunjukkan bahwa bakteri dapat memindahkan informasi genetik melalui proses yang disebut transformasi. Namun Griffith belum dapat menunjukkan jenis substansi (molekul) pembawa faktor keturunan. Berbekal hasil eksperimen Griffith, Avery dibantu rekannya MacLeod dan McCarty melakukan eksperimen dengan memurnikan berbagai macam zat yang terdapat dalam sisa sel bakteri yang patogen. Zat-zat tersebut kemudian dicampurkan ke dalam sel bakteri nonpatogen. Hasil penelitian menunjukkan klon bakteri yang dicampur dengan asam nukleat (DNA) yang berasal dari sisa bakteri patogen mengalami perubahan sifat dari nonpatogen menjadi patogen. Mereka segera mencatat bahwa zat itu tampaknya bukan protein atau karbohidrat melainkan asam nukleat, dan dengan analisis lebih lanjut, terungkap bahwa itu adalah DNA. Dengan temuannya itu, Avery berhasil mematahkan anggapan lama para ilmuwan yang menyebut protein sebagai materi genetik. Pada tahun 1944, setelah banyak pertimbangan, Avery dan rekan-rekannya menerbitkan sebuah makalah di Journal of Experimental Medicine, di mana mereka menguraikan sifat DNA sebagai 'prinsip transformasi'. Makalah ini menginspirasi penelitian lebih lanjut sekaligus membuka jalan bagi salah satu penemuan terbesar abad ke-20.

1950 - Erwin Chargaff menemukan bahwa komposisi DNA adalah spesies yang spesifik

Erwin Chargaff, ahli biokimia kelahiran Austria Pada 1944 tengah menganilis karya ilmiah Oswald Avery yang mengidentifikasi DNA sebagai molekul yang bertanggung jawab atas hereditas. Berangkat dari analisisnya, Chargaff memulai penelitian pada kimia asam nukleat dengan merancang metode untuk menganalisis komponen nitrogen dan gula DNA dari spesies yang berbeda. Dari hasil penelitiannya, Chargaff menemukan adanya beberapa keteraturan dalam komposisi dasar DNA yaitu jumlah persentase basa nitrogen Adenin selalu sama dengan Timin dan Guanin selalu sama dengan Sitosin. Data ini menjadi indikasi kalau Adenin berpasangan dengan Timin dan Guanin berpasangan dengan Sitosin. Chargaff juga menemukan jumlah persentase basa nitrogen Adenin, Timin, Guanin, dan Sitosin berbeda-beda tiap organisme. Fakta ini mengindikasian bahwa tiap organisme punya kodenya masing-masing dan kode itu tersimpan didalam DNA. Temuannya tersebut dipublikasikan pada tahun 1950 yang kemudian dikenal sebagai "Aturan Chargaff". Dari data itu juga nantinya yang membantu penelitian lebih lanjut dalam menentukan struktur 3D DNA.

1952 - Rosalind Franklin memotret serat DNA yang mengkristal

Rosalind Franklin, seorang ahli kimia fisika wanita asal Inggris, memulai peneltian ketika Jhon Randal memintanya untuk ikut bergabung dalam proyek DNA di King's College London. Dimana sebelumnya sudah ada Maurice Wilkins dan seorang mahasiswa Raymond Gosling yang mengerjakan proyek DNA tersebut. Franklin melakukan penelitian dengan metode kristalografi sinar-X pada serat DNA, sebuah metode yang digunakan untuk menentukan suatu struktur atom dan molekul sebuah kristal. Pada saat itu ditemukan 2 bentuk kondisi DNA yang berbeda, yaitu pada saat basah serat DNA menjadi panjang dan tipis. Sedangkan saat kering serat DNA berbentuk pendek dan berisi. Dua macam data DNA tersebut diberi nama DNA ‘A’ dan DNA ‘B’. Sehingga Franklin dan Wilkins membagi pekerjaan tersebut, Franklin memilih data DNA ‘A’ sedangkan Wilkins adalah DNA ‘B’.

Photo 51. (Image credit: King's College London Archives/CC BY-NC 4.0)

Dimulailah penelitian struktur DNA dengan metode difraksi sinar-X. Franklin dibantu Gosling menyiapkan sampel serat DNA terlebih dahulu sebelum dilakukan penembakan sinar-X pada sampel. Kemudian pola tertentu berupa gambar akan muncul dari hasil difraksi sinar-x. Setelah beberapa kali melekukan percobaan paparan sinar-x, Franklin akhirnya menemukan citra gambar terbaiknya dari hasil tembakan yang ke 51 yang kemudian diberi nama "Photograph 51" pada 1952. Hingga seorang ilmuwan J. D. Bernal berpendapat, "foto-foto sinar-X paling indah dari zat apa pun yang pernah diambil". Gambar "Photograph 51" merupakan data utama yang menjadi stimulasi temuan ide mengenai model struktur DNA yang dipelajari hingga sekarang. Dari hasil penelitian tersebut Franklin menyimpulkan:

Setiap heliks terdiri dari 1 basa nitrogen
Diameter DNA sama sepanjang molekul DNA
Struktur heliks DNA terdiri dari 2 pasang utas
Rangka gula dan fosfat ada di dalam struktur DNA
DNA merupakan polimer dari asam amino

1953 - James Watson dan Francis Crick menemukan struktur heliks ganda DNA

James Watson, seorang ahli biologi molekuler sekaligus genetika asal Amerika dan Francis Crick, ahli biofisik sekaligus neorosains asal Inggris. Keduanya bertemu dan mulai membicarakan soal struktur DNA. Untuk menghilangkan keraguan atas data-data sinar-x yang diperoleh Franklin, Watson dan Crick merasa penting untuk membuat model atas molekul yang sedang mereka pelajari. Ketika Watson mendengar rincian data hasil riset Franklin dalam seminar pada November 1951, dia dan Crick percaya bisa untuk memulai membuat model karna sudah punya data yang cukup. Model pertama mereka memiliki tiga untai helix dengan fosfat berada didalam dan basa berada diluar helix. Mereka lalu mengundang Wilkins dan Franklin ke Cambridge untuk meninjau model tersebut namun menolak model yang mereka yang buat. Januari 1952, Linus Pauling mengumumkan telah menemuka struktur DNA namun struktu yang diajukan memiliki tiga rantai, Watson dan Crick menyadari bahwa itu bukan strukur yang benar.

Original DNA demonstartion model by Watson and Crick

Berangkat dari temuan Erwin Chargaff, Crick mendeduksi data dari Photo 51 milik Franklin. Lalu mereka sampai pada kesimpulan bahwa struktur DNA ialah berbentuk polimer helix ganda atau spiral dua untai dengan rantai panjang monomer nukleotida, terpilin satu sama lain dengan ikatan basa dari kelompok purin yaitu adenin dan timin (A-T) lalu kelompok pirimidin yaitu sitosin dan guanin (C-G) yang membentuk anak tangga. Keempat basa tersebut terhubung dengan glukosa fosfat. Menurut hasil penemuan mereka, DNA mereplikasi diri dengan memisahkan diri menjadi untai tunggal, masing-masing akan menjadi wadah untuk dua helix.

Temuan Watson dan Crick atas struktur doble-helix DNA diumumkan secara resmi pada 25 April 1953 setelah dipublikasikan di majalah Nature. Teori model tersebut lalu dikukuhkan dan disempurnakan oleh Maurice Wilkins pada tahun 1961. Atas temuannya tersebut, pada tahun 1962 James Watson, Francis Crick dan Maurice Wilkins dianugerahi Hadiah Nobel untuk Fisiologi atau Kedokteran. Rosalind Franklin, karna sudah wafat pada waktu itu, tidak bisa dianugrahi hadiah tersebut.

Maka terungkaplah struktur lengkap DNA setelah sekian lama terselubung kabut misteri. Untuk pertama kalinya manusia dapat melihat dan mengerti struktur pita molekul didalam kromosom disetiap sel tubuh manusia ini.

Diract Rasy