DNA (Deoxyribose Nucleic Acid)

PENGERTIAN DNA
DNA, Deoxyribose Nucleic Acid adalah asam nukleotida, biasanya dalam bentuk heliks ganda yang mengandung instruksi genetik yang menentukan perkembangan biologis dari seluruh bentuk kehidupan sel.

DNA berbentuk polimer panjang nukleotida, mengkode barisan residu asam amino dalam protein dengan menggunakan kode genetik, sebuah kode nukleotida triplet.

DNA seringkali dirujuk sebagai molekul hereditas karena ia bertanggung jawab untuk penurunan sifat genetika dari kebanyakan ciri yang diwariskan. Pada manusia, ciri-ciri ini misalnya dari warna rambut hingga kerentanan terhadap penyakit. Selama pembelahan sel, DNA direplikasi dan dapat diteruskan ke keturunan selama reproduksi.

DNA bukanlah suatu molekul tunggal, nampaknya ia adalah sepasang molekul yang digandeng oleh ikatan hidrogen: DNA tersusun sebagai untai komplementer dengan ikatan hidrogen di antara mereka. Masing-masing untai DNA adalah rantai kimia ?batu bata penyusun?, yakni nukleotida, yang terdiri dari empat tipe, antara lain:
Adenine (A),
Cytosine (C),
Guanine (G) dan
Thymine (T)

DNA mengandung informasi genetika yang diwariskan oleh keturunan dari suatu organisme; informasi ini ditentukan oleh barisan pasangan basa. Sebuah untai DNA mengandung gen, sebagai ?cetak biru? organisme. DNA membuat genom organisme.

Struktur DNA
DNA adalah polimer, lebih tepatnya, suatu himpunan dua polimer yang terbelit. Tiap-tiap monomer yang menyusun polimer ini adalah nukleotida yang terdiri dari tiga elemen: fosfat, gula dan basa. Gula dan fosfat dari seluruh nukleotida seluruhnya sama, tetapi nukleotida dapat dibedakan dengan meninjau komponen basanya menjadi empat tipe, termasuk dua kategori, purin: Adenine (A) dan Guanine (G) yang memiliki dua siklus organik dan pirimidin: Cytosine (C) dan Thymine (T), yang memiliki satu siklus organik.

Satu pengamatan penting yang menuntun Watson dan Crick ke penemuan terkenal dari struktur heliks ganda DNA adalah, basa cenderung berpasangan melalui ikatan hidrogen, dan pasangan yang terbentuk oleh purin dan pirimidin memiliki ukuran yang hampir sama, sehingga pasangan-pasangan demikian membentuk struktur dua rantai nukleotida berikatan hidrogen yang sangat teratur. Untuk memahami mengapa dua rantai nukleotida terkait membentuk heliks ganda, maka harus ditinjau interaksi antara grup penyusun nukleotida

Terdapat dua kelas interaksi dasar yang menstabilkan struktur heliks ganda:

* ikatan hidrogen antara basa-basa komplementer;
* interaksi tumpukan (stacking interaction) dari plateu pasangan basa.

Barisan pasangan basa dalam DNA mengkode informasi untuk mensintesa protein, adalah polimer yang terdiri dari 20 asam amino berbeda. Dalam kaitan dengan gen, DNA mengandung daerah tak terkode yang peranannya belum sepenuhnya dipahami. Selama replikasi DNA, yang terjadi selama pembelahan sel, misalnya, molekul dikopi dengan cara membukanya seperti ritsleting. Transkripsi DNA adalah pembacaan gen tunggal untuk mensintesa protein.

Model DNA
DNA adalah entitas yang sangat dinamis dan srtukturnya tidak beku. ?Pernapasan (breathing)? DNA terkandung dalam pembukaan temporer pasangan-pasangan basa. Dalam pemodelan gerak fungsional DNA, dianalogikan dengan gerak mekanis. Terdapat banyak variasi model yang mendeskripsikan gerak DNA: kontinyu dan diskrit, spiral dan tak spiral, gerak tiruan dari setiap atau hampir setiap atom, model homogen dan model-model yang memasukkan keberadaan barisan basa.

Model batang elastis dicirikan oleh tiga tipe gerak internal: gerak longitudinal, gerak rotasi atau berpilin, dan gerak transversal. Model DNA tingkat kedua memasukkan perhitungan bahwa molekul DNA terdiri dari dua rantai polinukleotida, dapat dimodelkan dengan dua batang elastis yang berinteraksi lemah di antara mereka serta tergulung ke dalam spiral ganda. Analogi diskrit dari model demikian mewakili dua rantai dari cakram yang terkait oleh pegas longitudinal dan transversal serta kekakuan pegas longitudinal yang jauh lebih kuat ketimbang pegas transversal.

Model DNA tingkat ketiga memperhitungkan tiap-tiap rantai terdiri dari tiga subunit: gula, fosfat dan basa. Model DNA tingkat keempat diwakili oleh model kisi DNA dan mendeskripsikan gerak atom yang menyusun sel kisi. Solusi tipe model DNA tingkat keempat ini dapat diselesaikan dengan aproksimasi (harmonik) linier. Model DNA tingkat kelima mensimulasi struktur dan gerak DNA dengan akurasi maksimum dalam model dinamika molekuler.

Untuk mendeskripsikan gerak internal DNA, digunakan model aproksimasi berbeda. Model yang paling sederhana dari DNA, katakanlah, model batang elastis dan versi diskritnya. Untuk mendeskripsikan dinamika internal dari batang elastis, cukup dengan menuliskan tiga pasang persamaan diferensial: satu persamaan untuk gerak longitudinal, satu persamaan untuk gerak puntiran (torsional) dan satu persamaan untuk gerak transversal. Untuk mendeskripsikan versi diskrit diperlukan 3N persamaan.

Model yang lebih kompleks, dengan meninjau molekul DNA yang terdiri dari dua rantai polinukleotida. Model pertama terdiri dari dua batang elastis yang secara lemah berinteraksi dan melilit satu sama lain untuk menghasilkan heliks ganda. Model kedua adalah versi diskritnya.

Untuk mendeskripsikan model yang terdiri dari dua batang elastis yang berinteraksi lemah (dengan mengabaikan helisitas struktur DNA), diperlukan enam persamaan diferensial tergandeng: dua persamaan untuk gerak longitudinal, dua persamaan untuk gerak torsional dan dua persamaan untuk gerak transversal dalam kedua batang. Deskripsi model untuk versi diskritnya terdiri dari 6N persamaan tergandeng.

Model berikutnya dengan memasukkan dalam perhitungan bahwa masing-masing rantai polinukleotida terdiri dari tiga tipe grup atom (basa, gula dan fosfat). Dalam model-model DNA tersebut di atas, grup berbeda ditunjukkan dengan bentuk geometri yang berbeda, dan untuk penyederhanaan helisitas struktur DNA diabaikan.

Daftar model aproksimasi dapat diteruskan dengan model struktur dan dinamika DNA yang lebih kompleks, hingga model yang paling akurat dicapai dengan memasukkan dalam perhitungan seluruh atom, gerak dan interaksi [5].

Englander, Kallenbach, Heeger dan Krumhansl (1980) melakukan penelitian rintisan dalam pengujian dinamika internal DNA. Metode pertukaran hidrogen-tritium digunakan untuk menunjukkan kemungkinan utama pembentukan keadaan terbuka (open state) dalam DNA yang didefinisikan sebagai daerah lokal yang bergerak (dari satu hingga beberapa pasang basa), dimana ikatan hidrogen dibuka.

Pembentukan keadaan terbuka DNA dihubungkan dengan deviasi sudut basa dari keadaan kesetimbangan. Proses ini dideskripsikan dengan menggunakan formalisme Hamiltonian.

Di dalam pemodelan gerak internal DNA, tidak terbatas pada pemodelan deviasi kecil dari keadaan kesetimbangan (harmonik atau aproksimasi linier), tetapi juga meninjau gerak internal dengan amplitudo besar (aproksimasi nonlinier atau nonharmonik). Solusi persamaan nonlinier dari gerak internal DNA dengan amplitudo besar (persamaan sine-Gordon), merupakan deskripsi yang menunjukkan keadaan terbuka DNA.

Modifikasi model Englander (Yakushevich, 1998) mendeskripsikan gerak rotasi amplitudo besar dari basa mengelilingi rantai gula-fosfat. Gerak ini memumpun ke putusnya ikatan hidrogen dan pembentukan keadaan terbuka DNA.

Analogi antara molekul DNA dan rantai bandul digunakan untuk mendeskripsikan sifat-sifat gerak internal DNA. Basa terkait dengan gula memegang peranan bandul berotasi dalam DNA, rantai gula-fosfat memainkan peranan rantai horisontal, dan medan gravitasi eksternal diperankan oleh medan yang diinduksi oleh benang kedua DNA yang secara lemah berinteraksi dengan benang pertama DNA melalui ikatan hidrogen di antara basa.

Dalam skema penguraian DNA, dua rantai gula-fosfat digambarkan oleh dua garis panjang, sementara basa ditandai dengan banyak garis pendek. Kusutan (kink) berhubungan dengan daerah lokal dengan pasangan basa yang terbuka. Solusi tipe kink mendeskripsikan deformasi lokal (pembukaan pasangan-pasangan basa) bergerak sepanjang molekul DNA.