SEJARAH PENEMUAN DNA, STRUKTUR DAN FUNGSI DNA STRUKTUR NUKLEOTIDA DAN NUKLEOSIDA
DISUSUN OLEH : Nurfani Amalia (06101410032) (06101410032)
DOSEN PENGASUH: Drs. Made Sukaryawan, M.si
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN JURUSAN PENDIDIKAN MIPA PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA UNIVERSITAS SERIWIJAYA 2013
Sejarah penemuan DNA
Sejarah penyelidikan genetik dimulai dengan Gregor Mendel "Bapak genetika". Dia telah melakukan percobaan dengan tanaman tahun 1857 yang mengarah ke peningkatan minat dalam penelitian genetika.
Mendel
Mendel yang menjadi seorang biarawan dari Gereja Katolik Roma pada tahun 1843, belajar di Universitas Wina dari mana ia belajar matematika, dan kemudian kemudian melaksanakan banyak eksperimen ilmiah. Eksperimen terlibat menanam tanaman kacang selama 8 tahun. Dia terpaksa menyerah eksperimen ketika ia menjadi pemimpin di biara. Ia meninggal pada tahun 1884, tapi percobaan masih membentuk dasar genetika dan memberikan ide yang adil dari warisan. Friedrich Miescher dan Richard Altmann
Friedrich Miescher (1844-1895) menemukan suatu zat yang ia disebut "nuclein" pada tahun 1869. Kemudian dia terisolasi murni contoh bahan yang kini dikenal sebagai DNA dari sperma salmon, dan pada tahun 1889 murid-Nya, Richard Altmann, menamakannya "asam nukleat". Zat ini ditemukan hanya ada dalam kromosom. Frederick Griffith
Frederick Griffith, seorang ilmuwan, bekerja pada sebuah proyek pada tahun 1928 yang membentuk dasar bahwa DNA adalah molekul warisan. Griffith ' s percobaan terlibat tikus dan dua jenis radang paru-paru-satu adalah virulen dan lain bebas-virulen. Ia disuntikkan
virulen radang paru-paru ke mouse dan mouse meninggal. Selanjutnya ia disuntikkan bebasvirulen radang paru-paru ke tikus dan tikus yang selamat. Setelah ini, dia memanas penyakit virulen untuk membunuh itu dan kemudian disuntikkan ke mouse. Waktu ini binatang bertahan sebagai diprediksi. Terakhir ia disuntikkan bebas-virulen radang paru-paru dan virulen radang paru-paru yang telah dipanaskan dan dibunuh, ke mouse. Kali ini mouse meninggal. Griffith berspekulasi bahwa membunuh bakteri virulen berlalu pada karakteristik yang bebasvirulen untuk membuatnya virulen. Ia percaya karakteristik ini dalam molekul warisan. Ini lewat pada molekul warisan adalah apa yang disebut transformasi. Oswald Avery
Oswald Avery dilanjutkan dengan percobaan Griffith di sekitar satu dekade kemudian untuk melihat apa molekul warisan.
Dalam percobaan ini, ia menghancurkan lipid, asam
ribonukleat, karbohidrat, dan protein virulen radang paru-paru. Transformasi masih terjadi setelah ini. Selanjutnya ia menghancurkan Asam deoksiribonukleat. Transformasi tidak terjadi. Dia telah menemukan dasar warisan. Phoebus Levene
Pada tahun 1929 Phoebus Levene di Rockefeller Institute diidentifikasi komponen yang membentuk molekul DNA. Komponen-komponen adalah: 1. Empat basa a. Adenina (A) b. Sitosina (C) c. Guanina (G) d. Timina (T) 2. Gula 3. Fosfat
Dia menunjukkan bahwa komponen DNA terkait dalam urutan fosfat-gula-basis. Dia mengatakan bahwa masing-masing unit adalah sebuah nukleotida dan menyatakan molekul DNA terdiri dari serangkaian unit nukleotida yang dihubungkan bersama-sama melalui gugus fosfat. Ia menyarankan bahwa ini membentuk ' tulang punggung ' molekul. Namun, Levene berpikir rantai pendek dan dasar diulang dalam urutan tetap sama. Itu Torbjorn Caspersson dan Einar Hammersten yang menunjukkan bahwa DNA adalah polimer. Erwin Chargaff dan Chargaff's aturan
Untuk memahami lebih baik molekul DNA, ilmuwan berusaha untuk membuat model untuk memahami cara kerjanya dan apa yang dilakukannya. Pada 1940 ilmuwan lainnya yang bernama Erwin Chargaff menemukan pola dalam jumlah dari empat basa: adenina, guanina, sitosina, dan timina. Ia mengambil sampel DNA dari sel yang berbeda dan menemukan bahwa jumlah adenina adalah hampir sama dengan jumlah timina, dan bahwa jumlah guanina adalah hampir sama dengan jumlah sitosina. Dengan demikian Anda bisa mengatakan: A = T, dan G = C. Penemuan ini kemudian menjadi Chargaff's aturan. Rosalind Franklin dan Maurice Wilkins
Kemudian dua peneliti Rosalind Franklin dan Maurice Wilkins mencoba membuat kristal molekul DNA. Mereka ingin mengambil gambar X ray DNA untuk memahami bagaimana DNA bekerja. Ini dua ilmuwan yang sukses dan memperoleh pola x-ray. Pola yang muncul untuk mengandung janjang, seperti orang-orang di tangga antara ke helai yang berdampingan. Mereka menemukan bahwa DNA memiliki bentuk helix.Watson dan Crick Pada tahun 1953, dua ilmuwan, James d. Watson dan Francis Crick, mencoba untuk menempatkan bersama-sama sebuah model DNA. Mereka mengambil melihat Franklin dan Wilkin ' s gambar X-ray dan membuat model mereka.
Mereka menciptakan model yang tidak berubah banyak sejak itu.
Model mereka
menunjukkan heliks ganda dengan sedikit janjang menghubungkan strands dua. Janjang ini adalah Basa nukleotida. Mereka juga menemukan bahwa jika mereka dipasangkan timina dengan adenina dan guanina dengan DNA sitosina akan terlihat seragam. Pasangan ini adalah juga sesuai dengan Chargaff ' s aturan. Mereka juga menemukan bahwa ikatan hidrogen yang dapat terbentuk antara dua pasangan basa. Selain itu, setiap sisi adalah pelengkap yang lengkap yang lain. Alec Jeffreys
Pemrofilan DNA dikembangkan beberapa tahun kemudian pada tahun 1984 oleh genetikawan Inggris Alec Jeffreys dari Universitas Leicester, dan pertama kali digunakan untuk mendakwa Colin Pitchfork pada 1988 dalam kasus pembunuhan Enderby di Leicestershire, Inggris. Jadi mulai perjalanan penelitian DNA.
Sejarah Penemuan DNA (Deoxyribonucleic Acid)Molekul Deoxyribonucleic Acid atau DNA pertama ditemukan oleh seorang ahli ilmu kimia berkebangsaan Jerman bernama Friedrich Miescher pada tahun 1869. Miescher menyelidiki susunan kimia dari nukleus sel. Ia mengetahui bahwa nukleus sel tidak terdiri dari karbohidrat, protein maupun lemak, melainkan terdiri dari zat yang mempunyai pengandungan fosfor sangat tinggi. Oleh karena zat itu terdapat di dalam nukleus sel, maka zat itu disebutnya nuklein. Nama ini kemudian diubah menjadi asam nukleat, karena asam ikut menyusunnya.
Penelitian berikutnya dilakukan oleh Fisher pada tahun 1880. Dari hasil risetnya ditemukan adanya zat-zat pirimidin dan purin di dalam asam nukleat. Temuan ini dikembangkan lagi oleh Albreent Kossel yang menghasilkan temuan dua pirimidin yaitu sitosin dan timin dan dua purin yaitu adenin dan guanin di dalam asam nukleat, sehingga atas penemuannya ia mendapatkan hadiah nobel pada tahun 1910.
Pada tahun 1920-an, dengan pewarna ungu DNA yang khas, yang dikembangkan oleh ahli kimia Jerman, Robert Feulgen, DNA ditemukan terletak secara ekslusif pada kromosom. Karena itu, DNA merupakan lokasi yang diharapkan bagi suatu bahan genetik. Pada tahun yang sama Phoebus Levine dari Institut Rockefeller (seorang ahli biokimia kelahiran Rusia) mengungkapkan bahwa gula DNA adalah deoksiribosa (karena itu namanya asam deoksiribonukleat).
Avery Machlead dan Mc Arthy (1944) memberi penegasan terhadap penemuan terdahulu bahwa DNA mempunyai hubungan langsung dengan keturunan. Selanjutnya penelitian Chargaff di tahun 1955, melalui hidrolisis DNA membuktikan bah wa pada berbagai macam makhluk ternyata banyaknya adenin selalu kira-kira sama dengan banyaknya timin (A=T), demikian pula dengan sitosin dan guanin (S=G). Dengan perkataan lain, aturan Ghargaff menyatakan bahwa perbandingan A/T dan S/G selalu mendekati satu. Penelitian selanjutnya dilakukan oleh ahli biologi molekuler, James Dewey Watson dan Francis H.C. Crick pada tahun 1953. Hasil penelitian tersebut memperlihatkan bahwa DNA tidak berdiri sendiri sebagai suatu rantai tunggal melainkan sebagai dua rantai yang saling berpilin, dengan basa pada rantai yang satu melekat pada basa rantai yang lain. Dengan lain perkataan, DNA adalah suatu heliks ganda. Teori model ini dikukuhkan dan disempurnakan oleh M.A.F. Wilkins pada tahun 1961. Oleh karena penemuan ini mereka bertiga mendapat hadiah nobel pada tahun 1962 dalam kedo kteran dan fisiologi.
Struktur DNA
DNA terdiri atas dua utas benang polinukleotida yang saling berpilin membentuk heliks ganda (double helix). Model struktur DNA itu pertama kali dikemukakan oleh James Watson dan Francis Crick pada tahun 1953 di Inggris. Struktur tersebut mereka buat berdasarkan hasil analisis foto difraksi sinar X pada DNA yang dibuat oleh Rosalind Franklin. Karena yang difoto itu tingkat molekul, maka yang tampak hanyalah bayangan gelap dan terang saja.
Foto difraksi sinar X pada DNA (yang di sebelah kanan merupakan hasil foto difraksi Rosalind Franklin) Bayangan foto itu dianalisis sehingga mereka berkesimpulan bahwa molekul DNA merupakan dua benang polinukleotida yang berpilin. Gambar kiri: Crick (kanan) dan Watson (kiri) dengan model molekul DNA nya. Berikut merupakan visualisasi dari struktur molekul DNA :
Gambar Struktur tiga dimensi molekul DNA Seutas polinukleotida pada molekul DNA tersusun atas rangkaian nukleotida. Setiap nukleotida tersusun atas : 1. Gugusan gula deoksiribosa 2. Gugusan fosfat yang terikat pada atom C nomor 5 dari gula 3. Gugusan basa nitrogen yang terikat pada atom C nomor 1 dari gula Ketiga gugus tersebut saling terkait dan membentuk “tulang punggung” yang sangat panjang bagi heliks ganda. Strukturnya dapat diibaratkan sebagai tangga, dimana ibu tangganya adalah gula deoksiribosa dan anak tangganya adalah susunan basa nitrogen. Fosfat menghubungkan
gula pada satu nukleotida ke gula pada nukleotida berikutnya untuk membentuk polinukleotida.
Gambar Struktur DNA Basa nitrogen penyusun DNA terdiri dari basa purin, yaitu adenin (A) dan guanin (G), serta basa pirimidin yaitu sitosin (C) dan timin (T). Ikatan antara gula pentosa dan basa nitrogen disebut nukleosida. Ada 4 macam basa nukleosida yaitu : 1. Ikatan A-gula disebut adenosin deoksiribonukleosida (deoksiadenosin) 2. Ikatan G-gula disebut guanosin deoksiribonukleosida (deoksiguanosin) 3. Ikatan C-gula disebut sitidin deoksiribonukleosida (deoksisitidin) 4. Ikatan T-gula disebut timidin deoksiribonukleosida (deoksitimidin) Ikatan basa-gula-fosfat disebut sebagai deoksiribonukleotida atau sering disebut nukleotida. Ada
4
macam
deoksiribonukleotida,
deoksiribonukleotida,
sitidin
yaitu
adenosin
deoksiribonukleotida,
dan
deoksiribonukleotida, timidin
timidin
deoksiribonukleotida.
Nukleotida-nukleotida itu membentuk rangkaian yang disebut polinukleotida. DNA terbentuk dari dua utas polinukleotida yang saling berpilin dan arahnya berlawanan. Basa-basa nitrogen pada utas yang satu memiliki pasangan yang tetap dengan basa basa nitrogen pada utas yang lain. Adenin berpasangan dengan timin dan guanin berpasangan dengan sitosin. Pasangan basa nitrogen A dan T dihubungkan oleh dua atom hidrogen (A=T). Adapun pasangan basa nitrogen C dan G dihubungkan oleh tiga atom hidrogen (C≡G).
Dengan demikian, kedua polinukleotida pada satu DNA saling komplemen.Pada tahun 1947, sebelum ditemukannya struktur molekul DNA, seorang ahli biokimia bernama Erwin Chargaff menganalisis komposisi basa DNA sejumlah organisme yang berbeda. Hasil analisisnya adalah tiap spesies organisme memiliki komposisi DNA yang berbeda-beda. Banyaknya keempat basa nitrogen pada tiap spesies tidak sama, tetapi memiliki perbandingan yang khas. Artinya, tiap spesies memiliki jumlah basa yang khas. Dalam DNA setiap spesies yang ditelitinya, Chargaff mengemukakan bahwa jumlah adenin sama dengan jumlah timin dan jumlah sitosin sama dengan jumlah guanin. Selain itu, urutan basa dan panjang DNA pada tiap spesies berbeda. Dengan 4 macam basa dan DNA yang panjang, akan terbentuk berbagai kemungkinan urutan basa. Karena gen tersusun dari urutan basa tertentu, maka jumlah gen pada DNA juga sangat banyak kemungkinannya. Jadi, hanya dengan 4 macam basa akan terbentuk banyak gen yang menentukan sifat individu. Apabila dilihat dengan mikroskop elektron , maka struktur DNA akan nampak seperti berikut :
Gambar Foto DNA yang diambil dengan menggunakan mikroskop elektron. DNA terdiri dari dua utas polinukleotida yang saling berpilin dengan arah berlawanan. DNA heliks ganda yang panjang juga mempunyai suatu polaritas. Polaritas tersebut dikarenakan salah satu ujung rantai DNA merupakan gugus fosfat dengan rantai karbon 5’ – deoksiribosa pada ujung terminal nukleotidanya. Oleh karena ujung rantai DNA lain merupakan gugus demikian pula, rantai polinukleotida merupakan suatu polaritas atau bidireksionalitas polinukleotida 3’———-5’ dan 5’———3’. Polaritas heliks ganda berlawanan orientasi satu sama lain. Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk heliks ganda berjajar secara antiparalel. Jika digambarkan sebagai berikut : 5’ – ATTGTCGAGG – 3’
3’ – TAACAGSTCC – 5 Fungsi DNA
Fungsi
atau
peranan
materi
genetik,
DNA
melainkan
ini juga
sebenarnya menjalankan
tidak
sekadar
fungsi
yang
sebagai
pembawa
sangat
kompleks
pula,antara lain: a.
Sebagai
pembawa
materi
b.
Mengontrol
aktivitas
c.
Melakukan sintesis protein.
genetika
hidup
secara
dari
generasi
langsung
ke
generasi
maupun
berikutnya.
tidak
langsung.
d. Sebagai autokatalis, yaitu kemampuan DNA untuk menggandakan diri(replikasi). e.
Sebagai
heterokatalis,
yaitu
senyawa lain. Struktur nukleotida dan nukleosida
kemampuan
DNA
untuk
dapat
mensintesis
Nukleosida merupakan sebutan untuk bagian dari nukleotida tanpa gugus fosfat. Dengan demikian, nukleosida tersusun dari gula ribosa atau deoksiribosa dan basa nitrogen. Nukleosida merupakan kerangka dasar bagi terbentuknya AMP, ADP, dan ATP. Proses pembentukan ketiga senyawa pembawa energi kimia ini biasanya terjadi di mitokondria sebagai bagian dari reaksi katabolisme/respirasi. Nukleotida adalah molekul yang tersusun dari gugus basa heterosiklik , gula, dan satu atau lebih gugus fosfat. Basa penyusun nukleotida biasanya adalah berupa purina atau pirimidina sementara gulanya adalah pentosa (ribosa), baik berupa deoksiribosa maupun ribosa. Nukleotida adalah monomer penyusun RNA, DNA, dan beberapa kofaktor , seperti CoA, FAD, FMN, NAD, dan NADP. Dalam sel, kofaktor ini memainkan peran penting dalam fiksasi energi (misalnya fotosintesis), metabolisme, dan transduksi sinyal selular .
Penamaan Kode nukleotid Kode Ekuivalen A A C C G G T or U T M A atau C R A atau G W A atau T S C atau G
Komplementer T atau U G C A K Y W S
Y K V H D B X atau N
C atau T G atau T A atau C or G A atau C or T A atau G or T C atau G or T A atau C atau G atau T
R M B D H V X
Nama-nama nukleotida disingkat menjadi kode empat-huruf standar. Huruf pertama berupa huruf kecil dan menandakan bawa nukleotida yang dipertanyakan adalah sebuah ribonukleotida (r) atau deoxyribonucleotid (d). Huruf ke-2 menandakan nukleosida yang berhubungan dengan nukleobasa: G: Guanina A: Adenina T: Timina C: Sitosina U: Urasil biasanya tidak ada dalam DNA, tetapi menggantikan timina pada RNA Huruf ke-3 dan ke-4 menandakan panjang dari rantai fosfat yang terikat (Mono-, Di-, Tri-) dan keberadaan sebuah fosfat (P). Sebagai contoh, deoksi-sitidin-trifosfat disingkat sebagai dCTP.
Daftar pustaka
James D. Watson, et.al., DNA Rekombinon (Suatu Pelajaran Singkat), terj. Wisnu Gunaryo, (Jakarta: Erlangga, 1988)
Suryo, Genetika Manusia, (Yogyakarta: Gadjah Mada University Press, 1994).
http://www.referensimakalah.com/2013/01/sejarah-penemuan-DNA-deoxyribonucleicacid.html
http://e-ducationcenter.blogspot.com/2012/08/fungsi-dna.html
