Mengenal DNA dan Sejarah Penemuannya

BAB 1

       1.1 PENDAHULUAN

DNA merupakan bahan genetik yang harus disampaikan kepada generasi berikutnya. Terdiri dari tiga komponen utama, yaitu gugus fosfat, gula 5-karbon (deoksiribosa) dan basa nitrogen. DNA akan mengalami proses perbanyakan sebagai salah satu tahapan sangat penting dalam proses pertumbuhan sel. Replikasi merupakan proses pelipatgandaan DNA. Proses replikasi diawali dengan pembukaan untaian ganda DNA pada titik-titik tertentu di sepanjang rantai DNA oleh enzim Helikase. Enzim Helikase adalah enzim yang berfungsi membuka heliks ganda pada cabang replikasi serta memisahkan kedua untai lama. Sintesis DNA berlangsung dengan orientasi 5’-Pà 3’-OH. Ada tiga jenis protein/enzim yang berperan dalam sintesis DNA, yaitu DNA Polimerase yang mengkatalisis proses polimerasasi nukleotida menjadi untaian DNA. Menurut Yuwono (2008), pada jasad prokariotik terdapat 3 macam DNA Polimerase, yaitu DNA Polimerase I, DNA Polimerase II, dan DNA Polimerase III. Pada jasad eukariotik terdapat 5 macam DNA Polimerase, yaitu DNA Polimerase α, DNA Polimerase β, DNA Polimerase γ, DNA Polimerase δ dan DNA Polimerase ε. Sedangkan DNA Ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk menyambung fragmen-fragmen DNA dimana ligase mengkatalisis penyatuan dua molekul yang berpasangan dengan pemecahan ikatan pirofosfat dalam ATP atau trifosfat serupa dan DNA Primase bertugas mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA.

Kesalahan dalam menggabungkan basa dapat saja terjadi. DNA Polimerase I dan III mengandung aktivitas eksonuklease 3’-5’ yang berfungsi untuk mengoreksi kesalahan-kesalahan tersebut. Nukleotida yang tergabung secara tidak tepat dilepaskan sebelum rantainya tumbuh lebih panjang. DNA juga dapat mengalami kerusakan yang disebabkan oleh beberapa zat termasuk radiasi ultraviolet, radiasi pengionan dan berbagai macam bahan kimia. Kerusakan molekul seperti itu dapat menyebabkan kerusakan bahkan kematian pada makhluk hidup

DNA sebagai materi genetic yang selalu mengalami berbagai reaksi kimia dan selalu melakukan kopi DNA. Perubahan struktur DNA ini disebut mutasi DNA yang dapat terjadi pada saat proses replikasi DNA. Untuk menstabilkan hal tersebut maka DNA memiliki kemampuan untuk memperbaiki (repair) kesalahan yang terjadi pada dirinya sendiri. Jika mutasi DNA yang terjadi cukup banyak dan DNA tidak sempat untuk memperbaiki (repair) dirinya sendiri maka akan terjadi kelainan ekspresi genetic bahkan menyebabkan terjadinya penyakit genetik. Konsumsi makanan yang bergizi serta istirahat yang cukup memungkinkan tubuh untuk dapat melakukan repair DNA.

DNA repair merupakan suatu mekanisme perbaikan DNA yang mengalami kerusakan / kesalahan yang diakibatkan oleh proses metabolisme yang tidak normal, radiasi dengan sinar UV, radiasi ion, radiasi dengan bahan kimia, atau karena adanya kesalahan dalam replikasi DNA. Mekanisme perbaikan yang terdapat ditingkat selular secara garis besar disesuaikan dengan jenis kerusakan yang tentu saja terkait erat dengan jenis factor penyebabnya. Sel-sel menggunakan mekanisme-mekanisme perbaikan DNA untuk memperbaiki kesalahan-kesalahan pada sekuens basa molekul DNA. Kesalahan dapat terjadi saat aktivitas selular normal, ataupun dinduksi. DNA merupakan sasaran untuk berbagai kerusakan: baik eksternal agent maupun secara spontan. 

BAB II

2.1 Sejarah Penemuan DNA

Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme. Di antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus tidak termasuk organisme) seperti HIV (Human Immunodeficiency Virus).

DNA pertama kali berhasil dimurnikan pada tahun 1868 oleh ilmuwan Swiss Friedrich Miescher di Tubingen, Jerman, yang menamainya nuclein berdasarkan lokasinya di dalam inti sel. Namun demikian, penelitian terhadap peranan DNA di dalam sel baru dimulai pada awal abad 20, bersamaan dengan ditemukannya postulat genetika Mendel. DNA dan protein dianggap dua molekul yang paling memungkinkan sebagai pembawa sifat genetis berdasarkan teori tersebut.

Dua eksperimen pada dekade 40-an membuktikan fungsi DNA sebagai materi genetik. Dalam penelitian oleh Avery dan rekan-rekannya, ekstrak dari sel bakteri yang satu gagal men-transform sel bakteri lainnya kecuali jika DNA dalam ekstrak dibiarkan utuh. Eksperimen yang dilakukan Hershey dan Chase membuktikan hal yang sama dengan menggunakan pencari jejak radioaktif (bahasa Inggris: radioactive tracers).

Misteri yang belum terpecahkan ketika itu adalah: bagaimanakah struktur DNA sehingga ia mampu bertugas sebagai materi genetik? Persoalan ini dijawab oleh Francis Crick dan koleganya James Watson berdasarkan hasil difraksi sinar X pada DNA oleh Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin.

Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick mendefinisikan DNA sebagai polimer yang terdiri dari 4 basa dari asam nukleat, dua dari kelompok purina:adenina dan guanina; dan dua lainnya dari kelompok pirimidina:sitosina dan timina. Keempat nukleobasa tersebut terhubung dengan glukosa fosfat.

Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin menemukan bahwa molekul DNA berbentuk heliks yang berputar setiap 3,4 nm, sedangkan jarak antar molekul nukleobasa adalah 0,34 nm, hingga dapat ditentukan bahwa terdapat 10 molekul nukleobasa pada setiap putaran DNA. Setelah diketahui bahwa diameter heliks DNA sekitar 2 nm, baru diketahui bahwa DNA terdiri bukan dari 1 rantai, melainkan 2 rantai heliks.

Crick, Watson, dan Wilkins mendapatkan hadiah Nobel Kedokteran pada 1962 atas penemuan ini. Franklin, karena sudah wafat pada waktu itu, tidak dapat dianugerahi hadiah ini.

Konfirmasi akhir mekanisme replikasi DNA dilakukan lewat percobaan Meselson-Stahl yang dilakukan tahun 1958.

2.2 Mengungkap Rahasia Reparasi DNA

Thomas Carell dan Eva Bürckstümmer di Ludwig Maximillan University of Munich, Jerman, telah membuat rantai-rantai DNA pendek yang mengandung lesi (cacat/luka). Carell menjelaskan bahwa ini adalah kunci untuk memahami reparasi DNA. "Sejauh ini, semua penelitian yang dilakukan terhadap proses yang membingungkan ini dihambat oleh kurangnya DNA yang mengandung lesi-lesi ini," paparnya.

Lesi-lesi yang terdapat pada DNA ini analog dengan lesi yang timbul apabila sinar UV mengenai DNA yang tersimpan dalam spora seperti spora bakteri Bacillus. Di alam, spora-spora ini bisa menjadi tidak aktif (dorman) selama bertahun-tahun, dengan menyimpan DNA, tetapi kemudian hidup kembali, papar Carell. Bagaimana spora menyimpan DNA dan bagaimana reparasi lesi terjadi adalah pertanyaan-pertanyaan yang ingin dijawab oleh dua peneliti Jerman ini.

Carell dan Bürckstümmer membuat rantai-rantai DNA mereka dengan mensintesis dua isomer dari sebuah analog lesi dinukleotida dan memasukkannya ke dalam DNA. Mereka menemukan bahwa salah satu DNA lebih stabil dibanding yang lainnya, sehingga menandakan bahwa lesi alami bisa memiliki struktur yang mirip dengan analognya dalam DNA yang lebih stabil. Carell menyebutkan bahwa analog-analog lesi yang serupa adalah substrat untuk enzim reparasi DNA spora sehingga rantai-rantai DNA yang baru bisa membantu dalam meneliti lebih lanjut tentang mekanisme enzim ini.

Glen Burley, seorang ahli di bidang nanoteknologi DNA di Universitas Leicester, Inggris, mengatakan bahwa penelitian ini menarik karena menemukan sebuah metode untuk meneliti bagaimana spora bakteri mereparasi DNA yang rusak. "Mekanisme yang terlibat perlu segera diketahui karena proses kerusakan DNA pada spora berbeda dengan yang terjadi pada mamalia," kata dia. "Metode-metode ini kemungkinan akan membuka pemahaman yang lebih besar tentang bagaimana spora bisa bertahan hidup selama periode waktu yang lama dan pada kondisi-kondisi yang tidak cocok – misalnya pada sumber mata air panas atau dibawah keterpaparan sinar UV."

Carell menjelaskan bahwa walaupun proses reparasi pada spora berbeda, tetapi fenomena pengenalan lesi oleh enzim bersifat umum. "Enzim-enzim seperti ini juga bekerja dalam sel-sel kita," kata dia, "sehingga pemahaman yang lebih mendalam tentang kelompok enzim yang membingungkan ini diperlukan." Carell menambahkan bahwa dia tertarik dalam mempelajari lebih banyak tentang kegagalan-kegagalan proses reparasi. "Kegagalan-kegagalan reparasi DNA ini bertanggungjawab untuk terjadinya mutasi yang selanjutnya mengarah pada situasi seluler berbahaya yang bisa menghasilkan kanker," ungkapnya.

DAFTAR PUSTAKA

http://id.shvoong.com/medicine-and-health/genetics/2077854-dna-repair perbaikan-dna/

http://kamriantiramli.wordpress.com/2011/04/26/

http://www.rsc.org/chemistryworld/

Amstrong, F, B,.2001. Buku ajar biokimia edisi 3. Alih bahasa dr. RF. Maulany, MSc. Penerbit EGC: Jakarta.

        Anonim, http://en.wikipedia.org/wiki/DNA_repair

Campbell, N, A,. 2002. Biologi. Alih bahasa Rahayu lestari (et.al). Erlangga: Jakarta

        Murray, R.K., [et.al]. 2003. Biokimia Harper Edisi 25. Jakarta : EGC.

Soemiaty, A, M,. 1989. Pedoman Kuliah Biologi Sel, PAU-Bioteknologi,  Universitas Gadjah Mada: Yogyakarta

        Yuwono, T., 2008. Biologi Molekuler. Erlangga: Jakarta

(www.wikipedia.org/wiki/DNA_repair).