Deoxyribonucleic Acid (DNA): Model, Eksperimen Komposisi Kimia dan Transformasi

Baca artikel ini untuk mempelajari tentang Model, Komposisi Kimia, dan Eksperimen Transformasi DNA!

Asam Deoksiribonukleat (DNA):

DNA ditemukan dalam sel semua organisme hidup kecuali pada beberapa virus tumbuhan. Pada zaman bakteriof ­dan virus, terdapat inti pusat DNA yang terbungkus dalam selubung protein. Pada bakteri, dan dalam mitokondria dan plastida sel eukariotik, DNA berbentuk lingkaran dan terletak telanjang di dalam sitoplasma.

Dalam inti sel eukariotik, DNA muncul dalam bentuk benang panjang yang digulung secara spiral dan tidak bercabang, yaitu kromosom. Di dalam kromosom, DNA ditemukan berkombinasi dengan protein membentuk nukleoprotein, bahan kromatin. Beberapa baris bukti tidak langsung telah lama menyatakan bahwa DNA berisi informasi genetik organisme hidup.

Hasil terpenting yang diperoleh dengan menggunakan beberapa ­prosedur percobaan yang berbeda menunjukkan bahwa sebagian besar DNA terletak di kromosom, sedangkan RNA dan protein lebih melimpah di sitoplasma. Selain itu, ada korelasi yang tepat antara jumlah DNA per sel dan jumlah set kromosom per sel.

Sebagian besar sel somatik organisme diploid, misalnya, mengandung tepat dua kali jumlah DNA sebagai sel germinal atau gamet haploid dari spesies yang sama. Akhirnya, komposisi molekuler DNA di semua sel yang berbeda dari suatu organisme adalah sama (dengan pengecualian yang jarang terjadi), sedangkan komposisi RNA dan protein bervariasi baik secara kualitatif maupun kuantitatif dari satu jenis sel ke jenis sel lainnya. Sementara korelasi ini sangat menyarankan bahwa DNA adalah materi genetik, mereka sama sekali tidak membuktikannya. Bukti langsung telah menetapkan bahwa informasi genetik dikodekan dalam DNA.

Eksperimen Transformasi:

Eksperimen transformasi awalnya dilakukan oleh Frederick Griffith pada tahun 1928. Dia menyuntikkan campuran dua strain pneumococcus (Diplococcus pneumoniae) ke tikus. Salah satu dari dua galur ini, S III bersifat virulen dan galur lainnya R II tidak virulen. Strain virulen mati panas SIII, ketika disuntikkan satu per satu tidak menyebabkan kematian, menunjukkan bahwa infektivitas setelah pembunuhan panas hilang.

Tikus yang disuntik dengan campuran RII (hidup) dan S III (mati karena panas) mati dan pneumokokus virulen dapat diisolasi dari tikus ini. Kesimpulannya adalah bahwa beberapa komponen sel SIII mati ( ­prinsip transformasi) pasti telah mengubah sel RII hidup menjadi S III.

OT Avery, CM MacLeod dan M. McCarty pada tahun 1944 mengulangi eksperimen Griffith dalam sistem in vitro dan menghasilkan bukti langsung pertama bahwa materi genetik adalah DNA, bukan protein atau RNA. Mereka menunjukkan bahwa komponen sel yang bertanggung jawab atas fenomena transformasi ­pada bakteri Diplococcus pneumoniae adalah DNA. Eksperimen ini melibatkan penggunaan enzim yang mendegradasi DNA, RNA atau protein.

Dalam percobaan terpisah, DNA yang sangat murni dari sel S III diperlakukan dengan:

(1) Deoxyribonuclease (DNAase) yang mendegradasi DNA,

(2) Ribonuclease (RNAase) yang mendegradasi RNA atau

(3) Protease (yang mendegradasi protein) kemudian diuji kemampuannya untuk mengubah sel RII menjadi SIII. Hanya DNAase yang tidak berpengaruh pada aktivitas transformasi persiapan DNA, itu benar-benar menghilangkan ­semua aktivitas transformasi. Eksperimen ini dengan demikian menunjukkan bahwa DNA dan bukan protein atau RNA adalah materi genetik.

Bukti langsung tambahan yang menunjukkan bahwa DNA adalah materi genetik ditunjukkan oleh AD Hershey dan MJ Chase pada bakteriofag T ₂ .

Komposisi Kimia DNA:

Analisis kimia telah menunjukkan bahwa DNA terdiri dari tiga jenis molekul yang berbeda.

1. Asam fosfat (H ₃ PO ₄ ) memiliki tiga gugus reaktif (-OH) yang dua di antaranya terlibat dalam pembentukan ­tulang punggung gula fosfat DNA.
2. Gula pentosa:

DNA mengandung 2′-deoksi-D-ribosa (atau hanya deoksiribosa) yang merupakan alasan untuk nama asam nukleat deoksiribosa.

3. Basis organik:

Basa organik adalah senyawa heterosiklik yang mengandung nitrogen dalam cincinnya; karenanya mereka juga disebut basa nitrogen. DNA biasanya mengandung empat basa berbeda yang disebut adenirie (A), guanin (G), timin (T) dan sitosin (C).

Keempat basa ini dikelompokkan menjadi dua kelas berdasarkan struktur kimianya:

(1) pirimidin (T dan C) dan

(2) purin (A, G).

Dalam DNA ditemukan empat nukleosida berbeda. Ini adalah:

(i) deoxycytidine

(ii) deoxythymidine,

(iii) deoxyadenosine dan

(iv) deoksiguanosin.

Demikian pula empat nukleotida dalam DNA adalah:

(i) asam deoxycytidylic atau deoxycytidylate,

(ii) asam deoksitimidilat atau deoksitimidilat,

(iii) asam deoksiadenilat atau deoksiadenilat dan

(iv) asam deoksiguanilat atau deoksiguanilat.

Ketika komposisi DNA dari banyak ­organisme berbeda dianalisis oleh E. Chargaff dan rekan kerja (1950), diamati bahwa (i) terlepas dari sumbernya, komponen purin dan pirimidin terdapat dalam jumlah yang sama dalam sebuah molekul, (ii) Jumlah adenin (A) setara dengan jumlah timin (T) dan sitosin (C) setara dengan guanin (G) dan (iii) rasio basa A+T/G+C konstan untuk a spesies tertentu.

Model DNA Helix Ganda Watson dan Crick:

Struktur DNA pertama kali disimpulkan oleh JD Watson dan FH Crick pada tahun 1953. Berdasarkan data Chargaff, temuan difraksi sinar-X Wilkin dan Franklin dan kesimpulan dari bangunan model mereka sendiri, Watson dan Crick mengusulkan bahwa DNA ada sebagai heliks ganda. di mana dua rantai polinukleotida digulung satu sama lain dalam bentuk spiral.

Setiap rantai polinukleotida terdiri dari urutan ­nukleotida yang dihubungkan bersama oleh ikatan fosfodiester, membentuk gugus deoksiribosa yang berdekatan. Kedua untai polinukleotida disatukan dalam konfigurasi heliksnya dengan ikatan hidrogen antara basa dalam untaian yang berlawanan, pasangan basa yang dihasilkan ditumpuk di antara dua rantai yang tegak lurus terhadap sumbu molekul seperti anak tangga spiral.

Pasangan basa spesifik, adenin selalu berpasangan dengan timin, dan guanin selalu berpasangan dengan sitosin. Jadi, semua pasangan basa terdiri dari satu purin dan satu pirimidin. Spesifisitas pasangan basa dihasilkan dari kapasitas ikatan hidrogen basa, dalam konfigurasi normalnya.

Dalam ­konfigurasi struktural yang paling umum, adenin dan timin membentuk dua ikatan hidrogen dan guanin dan sitosin membentuk tiga ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen analog antara sitosin dan adenin, misalnya, umumnya tidak mungkin.

Setelah urutan basa dalam satu untai heliks ganda DNA diketahui, urutan basa pada untai lainnya juga secara otomatis diketahui karena pasangan basa tertentu. Dua helai heliks ganda dengan demikian dikatakan saling melengkapi (tidak identik); sifat inilah, saling melengkapi dari dua untai, yang membuat DNA cocok secara unik untuk menyimpan dan mengirimkan informasi genetik.

Pasangan basa dalam DNA ditumpuk terpisah 3,4A° dengan 10 pasangan basa per putaran (360°) heliks ganda. Tulang punggung gula-fosfat dari dua rantai komplementer adalah antiparalel; yaitu mereka memiliki polaritas kimia yang berlawanan.

Saat seseorang bergerak searah sepanjang heliks ganda DNA, ikatan fosfodiester dalam satu untai berubah dari karbon 3′ dari satu nukleotida menjadi karbon 5′ dari nukleotida yang berdekatan sementara yang ada di untai komplementer berubah dari 5′ karbon ­bon menjadi 3′. karbon.

Bentuk DNA A, B, dan Z:

Sebagian besar molekul DNA yang ada dalam protoplasma berair sel hidup hampir pasti ada dalam bentuk heliks ganda Watson-Crick yang dijelaskan di atas. Ini disebut DNA bentuk-B dan menunjukkan gulungan tangan kanan. Ini berisi 10,4 pasangan basa per putaran (bukan 10 yang ­disebutkan di atas). DNA dehidrasi terjadi dalam bentuk-A yang juga merupakan heliks tangan kanan, tetapi memiliki 11 pasangan basa per putaran.

Urutan DNA tertentu terjadi dalam bentuk-Z, yang menunjukkan gulungan tangan kiri, berisi 12 pasangan basa per putaran. Dalam Z-DNA, tulang punggung gula-fosfat mengikuti jalur zig-zag yang memberinya nama Z-DNA atau Z-form.

Segmen spesifik molekul DNA dapat mengalami perubahan konformasi dari bentuk-B ke bentuk-Z dan sebaliknya; perubahan ini dapat disebabkan oleh beberapa protein pengatur khusus. Z-bentuk DNA didalilkan untuk memainkan peran dalam regulasi gen.

Bukti yang Mendukung Struktur Heliks Ganda DNA:

Struktur heliks ganda DNA yang diberikan oleh Waston dan Crick didukung oleh bukti-bukti berikut.

1. MHF Wilkins dan rekan-rekannya mempelajari DNA dengan kristalografi sinar-X dan mendukung struktur heliks gandanya.
2. Kornberg dan rekan-rekannya mencoba untuk mensintesis DNA dalam media bebas DNA dengan adanya enzim DNA polimerase dan nukleotida, blok bangunan DNA. Mereka menemukan bahwa dalam medium bebas DNA dengan semua senyawa yang diperlukan, sintesis DNA tidak terjadi. Hanya ketika beberapa DNA ditambahkan sebagai primer ke media yang sama barulah sintesis DNA dimulai.