Asid deoksiribonukleik

Asid deoksiribonukleik (juga dikenali dengan kependekan bahasa Inggerisnya DNA daripada deoxyiribonucleic acid) merupakan komponen kimia utama kromosom dan merupakan bahan yang menghasilkan gen. Ia kadangkalanya juga dipanggil molekul warisan atas keadaannya yang boleh mewariskan sifat-sifat daripada organisma induk. Dalam proses pembiakan, DNA bereplikasi dan hasilnya dipindahkan kepada zuriat. 

Dalam bakteria, organisma sel prokariot, dan organisma rendah yang lain, DNA tersebar di dalam keseluruhan sel. Bagi sel rumit atau sel eukariotik yang membentuk tumbuhan, haiwan dan organisma pelbagai-sel yang lain, kebanyakan DNA terdapat di dalam nukleus sel. Organel penjana tenaga seperti kloroplas dan mitokondria dan kebanyakan virus juga mengandungi DNA.

Sifat
DNA merupakan polimer panjang yang terhasil daripada unit nukleotida yang berulang-ulang. Strukturnya yang anjal berkebolehan melingkar menjadi gelung ketat serta bentuk yang lain. Dalam semua spesies, DNA terdiri daripada dua rantaian heliks yang diikat satu sama lain melalui ikatan hidrogen. Kedua-dua rantaian ini melingkar pada paksi yang sama serta mempunyai jarak benang sebanyak 34 ångström (3.4 nanometer). Radius pasangan rantaian ini berukuran sebanyak 10 ångström (1.0 nanometer).

Dalam organisma hidup, DNA tidak biasanya wujud sebagai molekul tunggal melainkan sebagai sepasang molekul yang diikat bersama.. Bebenang ini saling melingkar seperti gain (vine) dalam bentuk pilin kembar. Nukleotidanya mempunyai segmen tulang belakang molekul DNA (yang menghubungkan bebenang bersama) dan nukleobes (yang berinteraksi dengan DNA lain dalam heliks). Nukleobes yang berhubung dengan gula dipanggil nukleosida manakala bes yang diikat bersama gula serta satu atau lebih kumpulan fosfat dipanggil nukleotida. Polimer yang terdiri daripada banyak nukleotida (seperti DNA) yang berhubung dikenali sebagai polinukleotida.

Heliks kembar DNA distabilkan oleh dua daya utama: ikatan hidrogen antara nukleotida dan base-stacking interactions among aromatic nucleobases. Dalam persekitaran sel yang akueus, ikatan  konjugat bes nukleotida tersusun berseranjang dengan paksi molekul DNA mengurangkan interaksi bes-bes ini dengan  petala pensolvatan (solvation shell). Terdapat empat bes yang dijumpai pada DNA iaitu adenina (A), sitosina (C), guanina (G) and tiamina (T). Keempat-empat bes ini melekat pada fosfat gula membentuk nukleotida yang sempurna, sepertimana yang ditunjukkan pada struktur adenosina monofosfat. Adenina berpasangan dengan tiamina manakala guanina berpasangan dengan sitosina di mana ia diwakili oleh pasangan bes A-T dan G-C.

Model DNA 

Model Struktur DNA yang dicadangkan oleh James Watson dan Francis Crick (1953) adalah seperti berikut. 

Asid nukliek terdiri daripada subunit-subunit kecil nukleotida iaitu :-

 kumpulan fosfat 
 nukleotida tanpa kumpulan fosfat dikenali sebagai nukleotida
 kumpulan gula pentosa, gula ribosa dan deoksiribosa
 bes nitrogen purin dan pirimidina

4 komponen bes nitrogen pada DNA iaitu :-
 Adenina (A) 
 Tiamina (T)
 Sitosina (C)
 Guanina (G)

 Pada RNA, timina diganti dengan Urasil (U).
 Purin (ada 2 cincin) terdiri daripada adenina dan guanina.
 Pirimidina (1 cincin) terdiri daripada sitosina, timina dan urasil.

Ciri-ciri utama model Watson dan Crick ialah 

 DNA terdiri daripada 2 bebenang polinukleotida yang bergelung untuk menghasilkan bentuk dwi-heliks.
 Dua bebenang polinukleotida tersusun dalam arah yang bertentangan (5’-3’ dengan 3’-5’).
 DNA mempunyai tulang belakang gula-fosfat ikatan fosfodiester dan pada bahagian tengahnya terdapat pasangan-pasangan bes A-T dan G-C. Pasangan ini diikat oleh ikatan hidrogen.
 Dupleks DNA mempunyai diameter 20 Å. Pasangan bes pada DNA disusun dalam jarak 3.4 Å antara satu sama lain. Satu pusingan penuh heliks berjarak 34 Å dan mengandungi 10 bes.
 Segmen molekul DNA mempunyai alur major yang berselang dengan alur minor.

Pandangan keseluruhan tentang struktur molekul 

Walaupun kadangkala dikenali sebagai "molekul warisan", perca DNA sebagaimana dikenali oleh orang ramai bukannya satu molekul. Sebaliknya DNA adalah sepasang molekul yang berpaut seperti sulur paut untuk membentuk heliks berkembar.

Setiap molekul merupakan seurat DNA: rantaian nukleotida yang bersambung secara kimia, setiap satunya mengandungi gula, fosfat dan satu dari empat jenis aromatik berasaskan Nitrogen (Nitrogenous base). Oleh kerana utasan DNA terdiri daripada sub-unit nukleotida, DNA adalah polimer. 

Kepelbagaian asas bererti terdapat empat jenis nukleotida, yang biasanya dikenali dengan asas mereka. Ini adalah adenina (A), tiamina (T), sitosina (C), and guanina (G). 

Dalam heliks DNA berkembar, dua rantaian polinukleotida bergabung melalui pasangan bes, yang terdiri daripada ikatan hidrogen. Setiap asas cenderung untuk membentuk ikatan hidrogen hanya dengan pasangannya. -- A kepada T dan C kepada G -- jadi pengenalpastian pada asas satu untaian menentukan asas pada untaian pasangan. Oleh itu keseluruhan urutan utama nukleotida bagi setiap untaian menurut kepada yang lain, dan apabila dipisahkan, setiap satu mampu bertindak sebagai acuan kepada mana salinan kepada yang asal yang lengkap dapat disalin dengan sempurna.

Oleh kerana berpasangan, ia menyebabkan asas nukleotida untuk menghadap teras heliks, kumpulan nukleotida gula dan fosfat selari di luar, dan dua rantaian yang dibentuk kadang kala dipanggil tulang belakang heliks. Malah, ikatan kimia antara fosfat dan gula yang mengikat setiap nukleotida kepada untaian DNA seterusnya.

Setiap nukleotida terdiri daripada gula, bes dan fosfat. Ikatan antara sitosina dan guanina berupa dua rantai hidrogen, sedangkan untuk adenina dan tiamina hanya berupa satu ikatan rantai hiodrogen. Rantai DNA yang satu merupakan komplemen bagi rantai yang lainnya dengan arah 5'-3' dan 3'-5'. DNA dapat bereplikasi, ada 3 model replikasi DNA iaitu konservatif, semi konservatif, dan dispersiv, tetapi yang sering dipakai adalah yang model semi konservativ. Struktur DNA pada eukariot berbentuk linier sedangkan pada prokariot berbentuk sirkuler. Kerana rantai DNA sangat panjang maka nanti akan mengalami pengepakan dengan bantuan protein histon. Kedudukan DNA diantara kromosom adalah sebagai berikut : kromosom menipis menjadi benang kromatin yang terdiri dari rangkaian nukleosom dimana setiap nukleosom terdiri dari 8 protein histon.

Peranan turutan 

Di dalam gen, urutan nukleotida sepanjang untaian DNA menentukan rantaian serta jenis protein, yang akan dihasilkan oleh organisma atau pengekpresan gen pada satu atau beberapa titik pada hayatnya menggunakan maklumat urutan ini. aitan antara urutan nukleotida dan urutan asid amino protein ditentukan oleh hukum selular (cellular) mudah terjemahan, dikenali keseluruhannya sebagai kod genetik. Membaca sepanjang urutan "pengkod protein", setiap urutan tiga nukleotida berikutnya (dikenali sebagai kodon) menentukan atau "mengkodkan" satu asid amino.

Dalam kebanyakan spesis organisma, hanya sebahagian kecil dari seluruh urutan genom kelihatan mengandungi kod protein. Fungsi yang selebihnya menjadi spekulasi. Ia diketahui bahawa urutan nukleotida tertentu mempunyai kecenderungan untuk protein pengikat DNA, yang memainkan pelbagai peranan luas, khususnya melalui penyalinan terkawal dan transkripsi. Urutan ini selalunya dipanggil urutan pengawal(regulatory sequence), dan penyelidik menjangkakan bahawa setakat ini mereka hanya mengenal pasti hanya sebahagian kecil daripada sepenuhnya. "Sampah DNA" mewakili urutan yang masih belum kelihatan mengandungi gen atau mempunyai fungsi.

Urutan juga menentukan bahagian DNA yang cenderung kepada belahan oleh enzim pendam, maklumat terpenting dalam bidang kejuruteraan genetik. Kedudukan tapak belahan (cleavage sites) sepanjang genom seseorang menentukan cap jari DNA seseorang.

Penyalinan DNA 

 Untuk rencana lanjutan, lihat Penyalinan DNA

Ciri-ciri mekanikal berkaitan dengan biologi 

Ikatan hidrogen antara untaian heliks berkembar cukup lemah sehinggakan ia dapat diuraikan dengan mudah oleh enzim. Enzim dikenali sebagai helicase mengurai untaian-untaian DNA untuk memudahkan kemajuan enzim pembaca urutan seperti Polimerase DNA. Uraian ikatan memerlukan enzim helicase untuk membelah secara kimia tulang belakang fosfat salah satu untaian agar ia dapat berpusing mengelilingi yang lain. Untaian juga dapat diuraikan dengan pemanasan perlahan, seperti digunakan dalam prosedur tindakbalas rantai polimerase, bergantung ia mempunyai kurang daripada 10,000 pasangan bes ((10 pasangan kilobes (kilobase pairs), atau 10 kbp). Pembelitan untaian DNA menyebabkan bahagian panjang sukar dipisahkan.

Apabila hujung untaian DNA heliks berkembar bersambung membentuk bulatan, seperti dalam DNA plasmid, untaian adalah kusut topologi. Ini bererti ia tidak dapat dipisahkan melalui pemanasan perlahan sahaja atau sebarang proses yang tidak membabitkan memutuskan untaian. Tugas menguraikan untaian DNA bersambung secara topologi dilakukan oleh enzim yang dikenali sebagai topoisomerase. Sesetengah enzim menguraikan bulatan DNA dengan membelah dua untaian agar segmen untaian berkembar yang lain dapat lalu. Penguraian diperlukan untuk penyalinan bulatan DNA dan juga untuk pelbagai jenis gabungan dalam DNA lurus.

Model pengisi ruang seksion molekul DNA

Heliks DNA boleh membentuk satu dari tiga jenis geometri yang berlainan sedikit, yang mana bentuk "B" digambarkan oleh James D. Watson dan Francis Crick dipercayai didapati secara meluas di dalam sel. Ia adalah selebar 2 nanometer dan mengunjur 3.4 nanometer setiap 10 bp urutan. Ini juga merupakan anggaran panjang urutan dalam mana heliks membuat satu pusingan di sekeliling teras (axis). Kekerapan pusingan ini (dikenali sebagai nada heliks (helical pitch)) bergantung kepada tenaga tindih (stacking forces) yang setiap asas kenakan pada jirannya dalam rantaian DNA. 

Kesempitan heliks berkembar menjadikannya mustahil untuk dikesan melalui mikroskop elektron biasa, kecuali melalui pewarna pekat. Pada masa yang sama, DNA di kebanyakan sel boleh jadi sepanjang makroskopik (macroscopic) -- anggaran 5 sentimeter panjang untuk untaian dalam kromosom manusia. Oleh itu, sel mestilah memampatkan atau membungkus DNA untuk dibawa bersama. Ini adalah salah satu fungsi kromosom, yang mengandungi protein berbentuk gelung yang dikenali sebagai protein histone, yang mana DNA bergelung disekelilingnya.

Bibliografi 

 DNA: The Secret of Life, by James D. Watson. ISBN 0-375-41546-7

Rujukan

Pautan luar 
 DNA: molekul PDB bulan ini 
 Google: Nucleic Acids 
 17 April, 2003, BBC News: Most ancient DNA ever?
 Buku pertama saya mengenai DNA
 Watson, James, and Francis Crick, "Molecular structure of nucleic acids , A structure for Deoxyribose Nucleic Acid". April 2, 1953. (paper on the structure of DNA)