Organisme keturunannya pasti memiliki sifat-sifat khusus yang tidak dimiliki oleh makhluk hidup lain. Sifat tersebut dikendalikan oleh gen-gen tertentu.
Setiap gen pada suatu sifat akan memiliki karakter atau ciri yang berbeda. perbedaan tersebut disebabkan oleh wujud DNA yang berbeda.
Namun DNA tidak tidak begitu saja diartikan sebagai pembawa materi genetik. beberapa penelitian juga berusaha untuk membuktikan bahwa DNA adalah materi genetik.
Penelitian dan pembuktian yang dilakukan pada tahapan tahapan tertentu oleh peneliti menghasilkan teori teori baru mengenai DNA atau gen.
Pengertian DNA
Pada manusia memiliki 23 pasang kromosom dan terdiri dari 25000 gen yang menentukan warna kulit, warna rambut, warna mata, dan sifat-sifat lainnya. sehingga dengan banyaknya sifat tersebut setiap manusia serta keturunannya pasti memiliki susunan DNA yang berbeda.
Susunan DNA yang berbeda tersebut akan bersifat menurun sehingga antara tetua atau induk pasti memiliki kesamaan dengan keturunannya entah pada warna kulit saja atau warna mata saja sehingga pada proses persilangan akan terdapat percampuran DNA.
Struktur DNA
Kromosom merupakan kumpulan atau susunan dari DNA yang berada pada nukleus. namun DNA juga dapat ditemukan dalam organel sel lainnya seperti mitokondria dari tumbuhan dan hewan.
DNA yang berada pada nukleus dan DNA yang organel lain yang memiliki perbedaan yang nyata yaitu DNA yang pada organel sel lainnya tidak ada hubungannya dengan protein histon serta memiliki bentuk molekul yang bulat seperti pada bakteri, sedangkan DNA yang ada di nukleus atau inti sel memiliki hubungan dengan protein.
DNA merupakan asam nukleat yang tersusun atas monomer nukleotida yang apabila diuraikan terdiri dari gula fosfat dan basa nitrogen. gula pentosa deoksiribosa dan basa nitrogen akan membentuk ikatan glikosida yang terdapat pada atom C 1 gula pentosa dengan atom n 1 pirimidin dan kemudian membentuk molekul nukleotida. Dengan demikian maka DNA merupakan suatu susunan atau polinukleotida.
Penemuan DNA (deoxyribonucleic acid) sebagai materi genetik mulanya menimbulkan kontroversi. mulanya pengetahuan menyatakan bahwa kromosom tersusun dari protein dan asam nukleat sehingga menganggap bahwa protein sebagai materi genetik.
Hal tersebut berkaitan dengan sifat protein yang sangat dinamis pada seluruh bagian sel. Sehingga hingga tahun 1950 terus dilakukan percobaan dan penelitian untuk mencari materi.
Struktur fisik dari DNA pernah di kemukakan oleh James Watson dan Francis crick di mana DNA membentuk dua rantai polinukleotida antiparalel dalam heliks ganda. Mereka juga menyatakan ciri-ciri dari model DNA heliks ganda yaitu:
- Molekul DNA mengandung double helix polinukleotida yang terikat satu sama lain dalam heliks ganda putar kanan.
- Diameter pada heliks ganda adalah 2 nanometer
- Rantai antiparalel merupakan rantai yang berorientasi dalam arah berlawanan yaitu satu rantai arah 5 ketiga dan rantai lain 3 ke-5
- Rangkaian gula fosfat berada pada sisi luar heliks ganda sementara basa terletak pada pusat sumbu
- Ikatan antara basa nitrogen diikat oleh hidrogen sehingga basa tersebut membentuk adenin dengan timin sedangkan basa guanin berikatan dengan sitosin
- Antar pasangan basa terpisah dengan jarak 0,30 m dan memiliki putaran penuh 360° helix dengan mengambil jarak 3,46 m sehingga terdapat 10 pasang pada setiap putaran
- Sejumlah 2 rantai yang mengikat pasangan basa pada cincin gulanya yang tidak berlawanan secara langsung. lekukan antar tulang punggung dihasilkan karena tulang punggung 2 gula fosfat dari heliks ganda tidak sama panjang dalam sumbu helix serta dari lakukan tersebut memiliki bentuk dan ukuran yang sama.
Percobaan Pembuktian DNA
Penelitian mengenai DNA diawali pada tahun 1930 yaitu pembelajaran oleh ahli mengenai susunan kimia gen melalui pendekatan biofisik serta biokimia. sehingga dengan latar belakang tersebut muncullah istilah bolu atau cabang ilmu ilmu baru yaitu biologi molekular.
Dengan demikian maka terdapat keterkaitan antara genetika dengan biologi molekular yang kemudian muncul lagi istilah genetika molekular. Genetika molekular merupakan fokus ilmu tersebut mempelajari tentang gen pada organisme.
1. Percobaan Griffith
Gen terletak pada kromosom kromosom tersebut berada pada inti sel. Komponen kimiawi dari kromosom DNA dan protein perlu pembuktian khusus dari ketiga tersebut mana yang merupakan suatu materi genetik.
Kemudian penelitian dilanjutkan oleh ahli kesehatan dari Inggris yaitu Frederick griffith. Penelitian tersebut membuktikan antara DNA protein atau kromosom yang menjadi materi genetik. pembuktian dilakukan dengan griffith yang mempelajari penyebab penyakit pneumonia pada mamalia.
Pneumonia pada mamalia disebabkan oleh bakteri streptococus pneumoniae. dari bakteri tersebut griffith memiliki dua strain bakteri yaitu bakteri yang dapat menyebabkan penyakit dan bakteri yang tidak menyebabkan penyakit. kemudian berisik membagi lagi dari bakteri yang menjadi penyebab penyakit dibagi menjadi tiga tipe yaitu tipe I, II dan III.
Berdasarkan keberadaan kapsulnya bakteri streptococus pneumoniae dibagi menjadi dua yaitu berkapsul dan tidak berkapsul. Bakteri yang berkapsul yaitu adanya kapsul yang menyelubungi seluruh sel dari bakteri. Selubung kapsul tersebut menyebabkan permukaan bakteri menjadi halus (smooth).
Sedangkan bakteri yang tidak berkapsul merupakan bakteri yang tidak berbahaya dan ditandai dengan permukaan sel yang kasar. Hal tersebut disebabkan karena seluruh permukaan sel tidak diselubungi oleh kapsul. Bakteri kasar ini disebut bakteri type R (rough).
Objek percobaan yang dilakukan oleh griffith yaitu penyuntikan bakteri pada tikus. berikut adalah perlakuan yang diberikan oleh griffith terhadap objek percobaannya :
Percobaan selanjutnya bakteri tipe s dimatikan dengan pemanasan 60 derajat Celcius selama 3 jam. kemudian bakteri tersebut disuntikkan pada tikus dan tidak berefek apapun pada tikus atau tikus tetap sehat. artinya bakteri tipe s akan menyebabkan penyakit pada tikus apabila dalam kondisi bakteri hidup.
Percobaan yang ke-4 dilakukan oleh griffith dengan mencampur bakteri tipe s yang telah mati akibat pemanasan dengan bakteri type r. Hasil pencampuran tersebut disuntikkan pada tikus tikus percobaan griffith menjadi sakit kemudian dengan melihat penyebab penyakitnya griffith melakukan otopsi.
Hasil otopsi menunjukkan bahwa ditemukan banyak bakteri tipe s pada tikus tersebut. terdapat substansi yang berasal dari bakteri tipe s yang sudah mati mengubah sel bakteri type r menjadi bentuk bakteri penyebab penyakit atau menjadi bakteri tipe s.
Sifat keantagonisan pada bakteri tipe s ditularkan pada bakteri tipe R sehingga Tipe R yang menyerang tikus menjadi antagonis dan menjadi bakteri tipe S.
Pewarisan atau pemindahan materi genetik tersebut merupakan sifat patogenitas yang dimiliki bakteri type r yang ternyata diwariskan ke semua keturunannya. griffith belum mengetahui substansi yang menyebabkan perubahan yang diwariskan oleh bakteri streptococus pneumoniae. sehingga fenomena tersebut disebut transformasi yang merupakan perubahan genotip dan fenotip bakteri yang disebabkan oleh asimilasi DNA eksternal.
2. Percobaan Oswald Avery dkk.
Percobaan yang dilakukan oleh Oswald Avery merupakan lanjutan dari percobaan griffith untuk membuktikan bahwa DNA merupakan materi genetik. Percobaani dilakukan oleh Oswald Avery Colin mcleod dan mccarty melanjutkan dari percobaan griffith yang dilakukan 14 tahun setelahnya.
Ketika orang tersebut melakukan percobaan menggunakan kultur bakteri tipe s yang telah mati akibat pemanasan.
Tahap selanjutnya yaitu mereka memecah sel bakteri dengan deterjen dan menggunakan sentrifus untuk memisahkan komponen sel sehingga menjadi ekstrak sel. hasil ekstrak sel bakteri tersebut kemudian diinkubasi dengan kultur bakteri type r yang hidup.
Kemudian battery type r tersebut ditumbuhkan pada media kultur di cawan petri. kemudian dilakukan pengamatan dan hasilnya terdapat pertumbuhan bakteri s pada media kultur yang menunjukkan bahwa hasil ekstrak tersebut melalui proses prinsip transformasi.
Avery dan kawan-kawan menduga bahwa salah satu diantara komponen makro molekul yang terdapat pada ekstrak adalah polisakarida dan protein RNA dan DNA yang menjadi penyebab adanya transformasi.
Pembuktian selanjutnya adalah untuk menentukan penyebab dari transformasi. langkah pertama yang dilakukan untuk pembuktian transformasi adalah komponen penyusun sel dirusak dengan menggunakan enzim untuk merusak substansi tersebut.
Untuk merusak komponen protein mereka menggunakan enzim protease, untuk merusak RNA mereka menggunakan enzim ribonuklease atau RNA ase.
Hasilnya menunjukkan bahwa degradasi dari komponen penyusun sel tidak menghalangi berlangsungnya proses transformasi kecuali pada saat molekul DNA dirusak dengan menggunakan enzim deoksiribonuklease.
3. Percobaan Hershey dan Chase
Percobaan selanjutnya dilakukan oleh Herbie dan jasa yang lebih mengutamakan pada observasi. penguat lain yang menyatakan bahwa DNA merupakan materi genetik dapat disimpulkan dari bakteriofage atau virus yang menginfeksi bakteri.
Diketahui bahwa komponen utama dari virus yaitu terdiri dari DNA atau RNA serta protein yang menyelimutinya. teknik perbanyakan diri yaitu virus menginfeksi sel hidup dengan mengambil perangkat metabolisme pada sel hidup tersebut.
Pada bakteriofag materi genetik dikenal sebagai T2 yang merupakan DNA. di sini hershey dan Martha case menyebutkan T2 adalah salah satu dari faga yang menginfeksi bakteri escherichia colli. sama seperti virus lainnya T2 juga terdiri dari DNA dan protein sebagai komponen utama.
Dengan cara infeksi melalui ecoli T2 bisa memperbanyak diri sehingga ecoli sebagai penghasil T2 yang dilepas ketika sel tersebut pecah. keunikan lainnya yaitu T2 dapat mengatur sel inang untuk memproduksi virus namun pada tahap ini belum di ketahui bagian virus yang mana yang berperan untuk mengatur tersebut entah dari protein atau DNA.
Tahap selanjutnya yaitu he residences melakukan percobaan dengan tujuan pembuktian bagian mana komponen penyusun T2 yang masuk ke dalam sel bakteri. mereka memanfaatkan isotop radioaktif yang berbeda untuk menandai antara DNA dan protein atau sebagai pembeda keduanya.
Awalnya T2 ditumbuhkan bersama dengan escherichia colli dalam sulfur radioaktif. atom atom radioaktif hanya masuk ke dalam protein fakta tersebut karena protein mengandung banyak sulfur. Sehingga kultur T2 yang berbeda ditumbuhkan dalam fosfor radioaktif 32p.
Bukan hanya protein DNA juga mengandung fosfor maka fosfor radioaktif akan melekat pada DNA. dari kedua kultur tersebut sama-sama mengandung virus t 2 yang sudah memiliki label radioaktif yang kemudian dibiarkan secara terpisah dari escherichia colli yang non radioaktif.
Tahap selanjutnya yaitu pelepasan bagian faga yang terdapat di luar sel bakteri, tahap selanjutnya yaitu tahap selanjutnya yaitu pemisahan antara pelet yang terbentuk dengan substansi lainnya (supernatan) menggunakan sentrifus.
Hasil pengamatan radioaktif antara pelet dan supernatan menunjukkan bahwa bakteri yang terinfeksi virus t 2 yang berlabel radioaktif pada proteinnya, sebagian radioaktif lainnya ditemukan di dalam supernatan di mana supernatan tersebut mengandung virus. Artinya protein faga tidak memasuki sel inang.
Sedangkan pada bakteri yang terinfeksi virus t 2 yang bagian DNA nya ditandai dengan fosfor radioaktif hasil peleknya menjadi materi bakteri yang sebagian besar mengandung unsur radioaktif. tahap selanjutnya yaitu bakteri dikembalikan ke dalam kultur namun hasilnya menunjukkan bahwa infeksi terus berjalan dan melepaskan faga yang mengandung fosfor radioaktif.
Dari pengamatan dapat disimpulkan bahwa bagian DNA virus masuk ke dalam sel inang sedangkan sebagian besar protein tetap di luar. adanya infeksi molekul DNA ini menyebabkan sel-sel memproduksi DNA dan protein. hasil dari kesimpulan ini dijadikan teori bahwa asam nukleat merupakan materi yang bersifat herediter atau bukan protein.
Apakah RNA Juga Materi Genetik ?
Tidak semua organisme memiliki DNA sebagai materi genetiknya yang utuh tetapi sebagian organisme seperti virus yang menginfeksi hewan atau virus yang menginfeksi bakteri maupun tumbuhan materi genetik bukan hanya DNA melainkan mereka memiliki RNA sebagai informasi genetik.
Misalnya pada virus tembakau atau TMV tobacco mosaic virus sebagai penyebab penyakit pada tanaman tembakau, virus tersebut tidak memiliki DNA tapi memiliki DNA sebagai materi genetik sedangkan komponen lainnya adalah protein yang bersama RNA membentuk konfigurasi.
Namun apakah benar RNA sebagai materi genetik pada TMV ? teori tersebut kemudian muncul pada tahun 1956 di mana percobaan dilakukan oleh A. Gierire dan Schramm dengan cara inokulasi RNA murni dari tobacco mosaic virus atau virus pada tembakau.
Penelitian selanjutnya dilakukan oleh Frankel corant dan b singer dengan cara memisahkan RNA dan protein dari jenis strain TMV yang berbeda. langkah selanjutnya yaitu antara RNA dan protein direkonstruksi menggunakan pasangan RNA dan protein dari strain virus berlainan. Hasilnya kedua hibrida virus ini diinfeksikan pada tanaman tembakau.
Hasil inokulasi virus menunjukkan bahwa gejala penyakit yang disebabkan virus pada tembakau sangat spesifik dengan menunjukkan RNA dari strain TMV yang awal dan tidak spesifik pada proteinnya. artinya dari percobaan tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa RNA merupakan materi genetik yang dicontohkan oleh hasil inokulasi TMV pada tembakau.
Fungsi DNA
DNA diartikan sebagai materi genetik pada sebagian besar organisme. DNA memiliki tugas khusus dalam menjalankan fungsi pokoknya. Yaitu :
1. Tempat Penyimpanan Informasi Genetik
DNA sebagai tempat penyimpanan informasi genetik dan dengan tepat dapat menurunkan informasi atau kode tersebut dari induk atau tetua yang diturunkan kepada keturunannya dari generasi ke generasi selanjutnya.
Sehingga dengan fungsi tersebut DNA harus melalui proses replikasi atau memperbanyak diri dengan wujud yang sama.
2. Pengatur Perkembangan Fenotip Suatu Organisme
DNA berfungsi sebagai pengatur perkembangan fenotip suatu organisme. maksudnya materi genetik DNA harus berorientasi pada pertumbuhan dan diferensiasi organisme yang diawali dari sel yang membentuk zigot hingga menuju ke pembentukan individu dewasa.
Fungsi tersebut merupakan fungsi fenotipik yaitu dituangkan dalam ekspresi gen atau wujud aktivitas dari gen.
3. Sebagai Evolusioner
DNA padu pada waktu tertentu harus dapat mengalami perubahan sehingga makhluk hidup yang bersangkutan akan mampu menyesuaikan dan beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang juga berubah.
Tanpa adanya perubahan maka evolusi pada organisme juga tidak akan pernah berlangsung sehingga fungsi DNA di sini adalah sebagai evolusioner. evolusioner ini dapat berlangsung melalui peristiwa mutasi atau perubahan gen.