Asam deoksiribonukleat
Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan singkatan DNA (bahasa Inggris: d eoxyribo n ucleic a cid), adalah sejenis biomolekul yang menyimpan dan menyandi instruksi-instruksi genetika setiap organisme dan banyak jenis virus. Instruksi-instruksi genetika ini berperan penting dalam pertumbuhan, perkembangan, dan fungsi organisme dan virus. DNA merupakan asam nukleat; bersamaan dengan protein
dan karbohidrat, asam nukleat adalah makromolekul esensial bagi seluruh makhluk hidup yang diketahui. Kebanyakan molekul DNA terdiri dari dua unting biopolimer yang berpilin satu sama lainnya membentuk heliks ganda. Dua unting DNA ini dikenal sebagai polinukleotida karena keduanya terdiri dari satuan-satuan molekul yang disebut nukleotida.
Tiap-tiap nukleotida terdiri atas salah satu jenis basa nitrogen (guanina (G), adenina (A), timina (T), atau sitosina (C)), gula monosakarida yang disebut deoksiribosa, dan gugus fosfat. Nukleotida-nukelotida ini kemudian tersambung dalam satu rantai ikatan kovalen antara gula satu nukleotida dengan fosfat nukelotida
lainnya. Hasilnya adalah rantai punggung gula-fosfat yang berselang-seling. Menurut kaidah pasangan basa (A dengan T dan C dengan G), ikatan hidrogen mengikat basa-basa dari kedua unting polinukleotida membentuk DNA unting ganda
Dua unting DNA bersifat anti-paralel, yang berarti bahwa keduanya berpasangan secara berlawanan. Pada setiap gugus gula, terikat salah satu dari empat jenis nukleobasa. Urutan-urutan empat nukleobasa di sepanjang rantai punggung DNA inilah yang menyimpan kode informasi biologis. Melalui proses biokimia yang disebut transkripsi, unting DNA digunakan sebagai templat untuk membuat unting RNA. Unting RNA ini kemudian ditranslasikan untuk menentukan urutan asam amino protein yang dibangun.
Struktur kimia DNA yang ada membuatnya sangat cocok untuk menyimpan informasi biologis setiap makhluk hidup. Rantai punggung DNA resisten terhadap pembelahan kimia, dan kedua-dua unting dalam struktur unting ganda DNA menyimpan informasi biologis yang sama. Karenanya, informasi biologis ini akan direplikasi ketika dua unting DNA dipisahkan. Sebagian besar DNA (lebih dari 98% pada manusia) bersifat non-kode, yang berarti bagian ini tidak berfungsi menyandikan protein.
Dalam sel, DNA tersusun dalam kromosom. Semasa pembelahan sel, kromosom-kromosom ini diduplikasi dalam proses yang disebut replikasi DNA. Organisme eukariotik (hewan, tumbuhan, fungi, dan protista) menyimpan kebanyakan DNA-nya dalam inti sel dan sebagian kecil sisanya dalam organel seperti mitokondria ataupun kloroplas. Sebaliknya organisme prokariotik (bakteri dan
arkaea) menyimpan DNA-nya hanya dalam sitoplasma. Dalam kromosom, protein kromatin seperti histon berperan dalam penyusunan DNA menjadi struktur kompak. Struktur kompak inilah yang kemudian berinteraksi antara DNA dengan protein lainnya, sehingga membantu kontrol bagian-bagian DNA mana sajakah yang dapat ditranskripsikan.
Para ilmuwan menggunakan DNA sebagai alat molekuler untuk menyingkap teori-teori dan hukum-hukum fisika, seperti misalnya teorema ergodik dan teori elastisitas. Sifat-sifat materi DNA yang khas membuatnya sangat menarik untuk diteliti bagi ilmuwan dan insinyur yang bekerja di bidang mikrofabrikasi dan nanofabrikasi material. Beberapa kemajuan di bidang material ini misalnya origami DNA dan material hibrida berbasis DNA.
DNA merupakan sebuah polimer yang terdiri dari satuan-satuan berulang yang disebut nukleotida. Tiap-tiap nukleotida terdiri dari tiga komponen utama, yakni gugus fosfat, gula deoksiribosa, dan basa nitrogen (nukleobasa). Pada DNA, nukleobasa yang ditemukan adalah Adenina (A), Guanina (G), Sitosina (C) dan Timina (T). Nukleobasa yang
terhubung dengan sebuah gugus gula disebut sebagai nukleosida, dan nukleosida yang terhubung dengan satu atau lebih gugus fosfat disebut sebagai nukleotida. Polimer yang terdiri dari nukleotida yang saling terhubung menjadi satu rantai disebut sebagai polinukleotida. Sehingga DNA termasuk pula ke dalam polinukleotida.
Rantai punggung unting DNA terdiri dari gugus fosfat dan gula yang berselang-seling. Gula pada DNA adalah gula pentosa (berkarbon lima), yaitu 2-deoksiribosa. Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester antara atom karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. Ikatan yang tidak simetris ini membuat DNA
memiliki arah atau orientasi tertentu. Pada struktur heliks ganda, orientasi rantai nukleotida pada satu unting berlawanan dengan orientasi nukleotida unting lainnya. Hal ini disebut sebagai antiparalel. Kedua ujung asimetris DNA disebut sebagai 5' (lima prima) dan 3' (tiga prima). Ujung 5' memiliki gugus fosfat terminus, sedangkan ujung 3' memiliki gugus hidroksi terminus. Salah satu
perbedaan utama DNA dan RNA adalah gula penyusunnya, yakni gula 2-deoksiribosa pada DNA digantikan gula ribosa pada RNA.
Dalam organisme hidup, DNA biasanya ditemukan dalam bentuk berpasangan dan terikat kuat. Dua unting DNA saling berpilin membentuk heliks ganda. Heliks ganda ini distabilisasi oleh dua gaya utama: ikatan hidrogen antar nukleotida dan interaksi tumpukan antar nukleobasa aromatik. Dalam lingkungan sel yang berair, ikatan  konjugasi antar basa nukleotida tersusun tegak lurus
terhadap sumbu pilinan DNA. Hal ini meminimalisasi interaksi dengan cangkang solvasi, dan sehingganya menurunkan energi bebas Gibbs.
Struktur DNA semua jenis spesies terdiri dari dua rantai heliks yang berpilin dengan jarak antar putaran heliks 34 (3.4nanometer) dan jari-jari 10 (1.0nanometer). Menurut kajian lainnya, ketika diukur menggunakan larutan tertentu, rantai DNA memiliki lebar 22-26 (2.2-2.6nanometer) sedangkan satu satuan nukleotida memiliki panjang 33 (0.33nm). Walaupun satuan nukleotida ini sangatlah
kecil, polimer DNA dapat memiliki jutaan nukleotida yang terangkai seperti rantai. Misalnya, kromosom 1 yang merupakan kromosom terbesar pada manusia mengandung sekitar 220 juta pasangan basa.
Nukleobasa diklasifikasikan ke dalam dua jenis: purina (A dan G) yang berupa fusi senyawa heterolingkar beranggota lima dengan senyawa heterolingkar beranggota enam, dan pirimidina (C dan T) yang berupa cincin beranggota enam. Pirimidina lainnya, urasil (U), biasanya menggantikan timina pada DNA. Perbedaan urasil dengan timina terletak pada ketiadaan gugus metil pada cincin
urasil. Selain kelima nukleobasa tersebut, terdapat pula sejumlah besar analog asam nukleat buatan yang telah disintesis untuk mengkaji sifat-sifat asam nukleat dan digunakan dalam bioteknologi.
Urasil biasanya tidak ditemukan dalam DNA (ditemukan dalam sel hanya sebagai produk uraian sitosina). Namun pada sejumlah bakteriofag- bakteriofag PBS1 dan PBS2 Bacillus subtilis dan bakteriofag piR1-37 Yersinia- timina telah digantikan oleh urasil. Fag lainnya- fag S6 Staphylococcus- juga telah diidentifikasi mempunyai urasil pada genomnya.
Basa J (beta-d-glukopiranosiloksimetilurasil) yang merupakan bentuk modifikasi dari urasil juga dapat ditemukan pada sejumlah organisme: flagellata Diplonema dan Euglena, dan seluruh organisme marga kinetoplastid Biosintesis basa J terjadi dalam dua tahap: pada tahap pertama, basa timina spesifik pada DNA diubah menjadi hidroksimetildeoksiuridina (HOMedU); pada tahap
kedua HOMedU diglikosilasi menjadi basa J. Protein-protein yang mengikat basa J ini juga telah berhasil diidentifikasi. Protein-protein ini tampaknya merupakan kerabat jauh dari onkogen Tet1 yang terlibat dalam patogenesis leukimia myeloid akut. Basa J tampaknya bekerja sebagai sinyal terminasi untuk RNA polimerase II.
Pada struktur heliks ganda DNA, terdapat ruang antar unting DNA yang juga berbentuk alur heliks. Ruang kosong ini bersebelahan dengan pasangan basa dan merupakan tapak ikatan yang potensial. Dikarenakan kedua unting DNA tidak berposisi secara simetris satu sama lainnya, alur yang dihasilkan jugalah tidak berukuran sama. Satu alur yang disebut alur mayor, memiliki lebar 22,