BAB II. ASAM NUKLEAT

Pokok bahasan di dalam bab ini menguraikan struktur molekul dan komponen

asam nukleat, termasuk macam-macam ikatan kimia yang menghubungkan komponen-

komponen tersebut. Selain itu, dijelaskan pula perbedaan struktur antara DNA dan RNA,

serta sifat-sifat fisika-kimia dan spektroskopik-termal asam nukleat, khususnya DNA.

Dengan mempelajari pokok bahasan ini akan diperoleh gambaran mengenai perubahan

struktur yang terjadi pada asam nukleat yang dimanipulasi, dan juga mekanisme

manipulasi asam nukleat yang pada dasarnya berkaitan dengan sifat-sifat fisika-

kimianya.

Setelah mempelajari pokok bahasan di dalam bab ini mahasiswa diharapkan

mampu menjelaskan:

1. struktur molekul dan komponen-komponen asam nukleat, termasuk macam-macam

ikatan kimia yang terdapat di dalamnya,

2. perbedaan struktur antara DNA dan RNA,

3. cara pembacaan sekuens suatu molekul asam nukleat,

4. sifat-sifat fisika-kimia asam nukleat, dan

5. sifat-sifat spektroskopik-termal asam nukleat

Pengetahuan awal yang diperlukan oleh mahasiswa agar dapat mempelajari pokok

bahasan ini dengan lebih baik adalah sejarah penemuan asam nukleat beserta percobaan-

percobaan yang membuktikan bahwa DNA merupakan materi genetik pada sebagian

besar organisme dan RNA merupakan materi genetik pada virus tertentu. Pengetahuan

tersebut telah diperoleh melalui mata kuliah Genetika pada semester VI. Adapun urutan

bahasan di dalam bab ini adalah struktur molekul asam nukleat, sifat-sifat fisika-kimia

asam nukleat, dan sifat-sifat spektroskopik-temal asam nukleat.

Struktur Molekul

Asam nukleat merupakan salah satu makromolekul yang memegang peranan

sangat penting dalam kehidupan organisme karena di dalamnya tersimpan informasi

genetik. Asam nukleat sering dinamakan juga polinukleotida karena tersusun dari

sejumlah molekul nukleotida sebagai monomernya. Tiap nukleotida mempunyai struktur

15

yang terdiri atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen atau basa nukleotida

(basa N).

Ada dua macam asam nukleat, yaitu asam deoksiribonukleat atau

deoxyribonucleic acid (DNA) dan asam ribonukleat atau ribonucleic acid (RNA).

Dilihat dari strukturnya, perbedaan di antara kedua macam asam nukleat ini terutama

terletak pada komponen gula pentosanya. Pada RNA gula pentosanya adalah ribosa,

sedangkan pada DNA gula pentosanya mengalami kehilangan satu atom O pada posisi C

nomor 2’ sehingga dinamakan gula 2’-deoksiribosa (Gambar 2.1.b).

Perbedaan struktur lainnya antara DNA dan RNA adalah pada basa N-nya. Basa N,

baik pada DNA maupun pada RNA, mempunyai struktur berupa cincin aromatik

heterosiklik (mengandung C dan N) dan dapat dikelompokkan menjadi dua golongan,

yaitu purin dan pirimidin. Basa purin mempunyai dua buah cincin (bisiklik), sedangkan

basa pirimidin hanya mempunyai satu cincin (monosiklik). Pada DNA, dan juga RNA,

purin terdiri atas adenin (A) dan guanin (G). Akan tetapi, untuk pirimidin ada

perbedaan antara DNA dan RNA. Kalau pada DNA basa pirimidin terdiri atas sitosin

(C) dan timin (T), pada RNA tidak ada timin dan sebagai gantinya terdapat urasil (U).

Timin berbeda dengan urasil hanya karena adanya gugus metil pada posisi nomor 5

sehingga timin dapat juga dikatakan sebagai 5-metilurasil. O- 5’ CH2OH 5’ CH2OH O O O- - P - O 4’ 1’ 4’ 1’ O H H H H gugus fosfat H 3’ 2’ H H 3’ 2’ H OH OH OH H a) gula ribosa gula 2-deoksiribosa b) NH2 O NH2 O 6 N 6 N 4 4 N 1 5 7 HN 1 5 7 N 3 5 HN 3 5 R 8 8 2 4 2 4 2 6 2 6 9 H2N 9 O O 3 NH 3 NH 1 1 N N NH NH adenin guanin sitosin timin (jika R = CH3) urasil (jika R = H) c)

16

Gambar 2.1. Komponen-komponen asam nukleat a) gugus fosfat b) gula pentosa c) basa N

Di antara ketiga komponen monomer asam nukleat tersebut di atas, hanya basa N-

lah yang memungkinkan terjadinya variasi. Pada kenyataannya memang urutan

(sekuens) basa N pada suatu molekul asam nukleat merupakan penentu bagi

spesifisitasnya. Dengan perkataan lain, identifikasi asam nukleat dilakukan berdasarkan

atas urutan basa N-nya sehingga secara skema kita bisa menggambarkan suatu molekul

asam nukleat hanya dengan menuliskan urutan basanya saja.

Nukleosida dan nukleotida

Penomoran posisi atom C pada cincin gula dilakukan menggunakan tanda aksen

(1’, 2’, dan seterusnya), sekedar untuk membedakannya dengan penomoran posisi pada

cincin basa. Posisi 1’ pada gula akan berikatan dengan posisi 9 (N-9) pada basa purin

atau posisi 1 (N-1) pada basa pirimidin melalui ikatan glikosidik atau glikosilik

(Gambar 2.2). Kompleks gula-basa ini dinamakan nukleosida.

Di atas telah disinggung bahwa asam nukleat tersusun dari monomer-monomer

berupa nukleotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula

pentosa, dan sebuah basa N. Dengan demikian, setiap nukleotida pada asam nukleat

dapat dilihat sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pengertian nukleotida secara

umum sebenarnya adalah nukleosida dengan sebuah atau lebih gugus fosfat. Sebagai

contoh, molekul ATP (adenosin trifosfat) adalah nukleotida yang merupakan nukleosida

dengan tiga gugus fosfat.

Jika gula pentosanya adalah ribosa seperti halnya pada RNA, maka nukleosidanya

dapat berupa adenosin, guanosin, sitidin, dan uridin. Begitu pula, nukleotidanya akan

ada empat macam, yaitu adenosin monofosfat, guanosin monofosfat, sitidin monofosfat,

dan uridin monofosfat. Sementara itu, jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti

halnya pada DNA, maka (2’-deoksiribo)nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin,

deoksiguanosin, deoksisitidin, dan deoksitimidin.

Ikatan fosfodiester

17

Selain ikatan glikosidik yang menghubungkan gula pentosa dengan basa N, pada

asam nukleat terdapat pula ikatan kovalen melalui gugus fosfat yang menghubungkan

antara gugus hidroksil (OH) pada posisi 5’ gula pentosa dan gugus hidroksil pada posisi

3’ gula pentosa nukleotida berikutnya. Ikatan ini dinamakan ikatan fosfodiester karena

secara kimia gugus fosfat berada dalam bentuk diester (Gambar 2.2).

O- ikatan glikosidik

O- P O 5’ 1’ G

O 3’ O ikatan glikosidik C

ikatan 3’-5’fosfodiester O- P O 5’ 1’

O 3’ O ikatan glikosidik

ikatan 3’-5’fosfodiester O- P O 5’ 1’ A

O 3’OH Gambar 2.2. Ikatan fosfodiester dan ikatan glikosidik pada asam nukleat

Oleh karena ikatan fosfodiester menghubungkan gula pada suatu nukleotida

dengan gula pada nukleotida berikutnya, maka ikatan ini sekaligus menghubungkan

kedua nukleotida yang berurutan tersebut. Dengan demikian, akan terbentuk suatu rantai

polinukleotida yang masing-masing nukleotidanya satu sama lain dihubungkan oleh

ikatan fosfodiester.

Kecuali yang berbentuk sirkuler, seperti halnya pada kromosom dan plasmid

bakteri, rantai polinukleotida memiliki dua ujung. Salah satu ujungnya berupa gugus

fosfat yang terikat pada posisi 5’ gula pentosa. Oleh karena itu, ujung ini dinamakan

ujung P atau ujung 5’. Ujung yang lainnya berupa gugus hidroksil yang terikat pada

posisi 3’ gula pentosa sehingga ujung ini dinamakan ujung OH atau ujung 3’. Adanya

ujung-ujung tersebut menjadikan rantai polinukleotida linier mempunyai arah tertentu.

Pada pH netral adanya gugus fosfat akan menyebabkan asam nukleat bermuatan

negatif. Inilah alasan pemberian nama ’asam’ kepada molekul polinukleotida meskipun

di dalamnya juga terdapat banyak basa N. Kenyataannya, asam nukleat memang

merupakan anion asam kuat atau merupakan polimer yang sangat bermuatan negatif.

18

Sekuens asam nukleat

Telah dikatakan di atas bahwa urutan basa N akan menentukan spesifisitas suatu

molekul asam nukleat sehingga biasanya kita menggambarkan suatu molekul asam

nukleat cukup dengan menuliskan urutan basa (sekuens)-nya saja. Selanjutnya, dalam

penulisan sekuens asam nukleat ada kebiasaan untuk menempatkan ujung 5’ di sebelah

kiri atau ujung 3’ di sebelah kanan. Sebagai contoh, suatu sekuens DNA dapat dituliskan

5’-ATGACCTGAAAC-3’ atau suatu sekuens RNA dituliskan 5’-GGUCUGAAUG-3’.

Jadi, spesifisitas suatu asam nukleat selain ditentukan oleh sekuens basanya, juga

harus dilihat dari arah pembacaannya. Dua asam nukleat yang memiliki sekuens sama

tidak berarti keduanya sama jika pembacaan sekuens tersebut dilakukan dari arah yang

berlawanan (yang satu 5’→ 3’, sedangkan yang lain 3’→ 5’).

Struktur tangga berpilin (double helix) DNA

Dua orang ilmuwan, J.D.Watson dan F.H.C.Crick, mengajukan model struktur

molekul DNA yang hingga kini sangat diyakini kebenarannya dan dijadikan dasar dalam

berbagai teknik yang berkaitan dengan manipulasi DNA. Model tersebut dikenal sebagai

tangga berplilin (double helix). Secara alami DNA pada umumnya mempunyai struktur

molekul tangga berpilin ini.

Model tangga berpilin menggambarkan struktur molekul DNA sebagai dua rantai

polinukleotida yang saling memilin membentuk spiral dengan arah pilinan ke kanan.

Fosfat dan gula pada masing-masing rantai menghadap ke arah luar sumbu pilinan,

sedangkan basa N menghadap ke arah dalam sumbu pilinan dengan susunan yang sangat

khas sebagai pasangan - pasangan basa antara kedua rantai. Dalam hal ini, basa A pada

satu rantai akan berpasangan dengan basa T pada rantai lainnya, sedangkan basa G

berpasangan dengan basa C. Pasangan-pasangan basa ini dihubungkan oleh ikatan

hidrogen yang lemah (nonkovalen). Basa A dan T dihubungkan oleh ikatan hidrogen

rangkap dua, sedangkan basa G dan C dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap tiga.

Adanya ikatan hidrogen tersebut menjadikan kedua rantai polinukleotida terikat satu

sama lain dan saling komplementer. Artinya, begitu sekuens basa pada salah satu rantai

diketahui, maka sekuens pada rantai yang lainnya dapat ditentukan.

19

Oleh karena basa bisiklik selalu berpasangan dengan basa monosiklik, maka jarak

antara kedua rantai polinukleotida di sepanjang molekul DNA akan selalu tetap. Dengan

perkataan lain, kedua rantai tersebut sejajar. Akan tetapi, jika rantai yang satu dibaca

dari arah 5’ ke 3’, maka rantai pasangannya dibaca dari arah 3’ ke 5’. Jadi, kedua rantai

tersebut sejajar tetapi berlawanan arah (antiparalel).

Gambar 2.3. Model struktur tangga berpilin DNA

P = fosfat S =gula A = adenin, G = guanin, C = sitosin, T =timin

Jarak antara dua pasangan basa yang berurutan adalah 0,34 nm. Sementara itu, di

dalam setiap putaran spiral terdapat 10 pasangan basa sehingga jarak antara dua basa

yang tegak lurus di dalam masing-masing rantai menjadi 3,4 nm. Namun, kondisi

semacam ini hanya dijumpai apabila DNA berada dalam medium larutan fisiologis

dengan kadar garam rendah seperti halnya yang terdapat di dalam protoplasma sel hidup.

DNA semacam ini dikatakan berada dalam bentuk B atau bentuk yang sesuai dengan

model asli Watson-Crick. Bentuk yang lain, misalnya bentuk A, akan dijumpai jika

DNA berada dalam medium dengan kadar garam tinggi. Pada bentuk A terdapat 11

pasangan basa dalam setiap putaran spiral. Selain itu, ada pula bentuk Z, yaitu bentuk

molekul DNA yang mempunyai arah pilinan spiral ke kiri. Bermacam-macam bentuk

DNA ini sifatnya fleksibel, artinya dapat berubah dari yang satu ke yang lain bergantung

kepada kondisi lingkungannya.

3’ 5’

5’ 3’

20

Modifikasi struktur molekul RNA

Tidak seperti DNA, molekul RNA pada umumnya berupa untai tunggal sehingga

tidak memiliki struktur tangga berpilin. Namun, modifikasi struktur juga terjadi akibat

terbentuknya ikatan hidrogen di dalam untai tunggal itu sendiri (intramolekuler).

Dengan adanya modifikasi struktur molekul RNA, kita mengenal tiga macam

RNA, yaitu RNA duta atau messenger RNA (mRNA), RNA pemindah atau transfer

RNA (tRNA), dan RNA ribosomal (rRNA). Struktur mRNA dikatakan sebagai struktur

primer, sedangkan struktur tRNA dan rRNA dikatakan sebagai struktur sekunder.

Perbedaan di antara ketiga struktur molekul RNA tersebut berkaitan dengan perbedaan

fungsinya masing-masing.

Sifat-sifat Fisika-Kimia Asam Nukleat

Di bawah ini akan dibicarakan sekilas beberapa sifat fisika-kimia asam nukleat.

Sifat-sifat tersebut adalah stabilitas asam nukleat, pengaruh asam, pengaruh alkali,

denaturasi kimia, viskositas, dan kerapatan apung.

Stabilitas asam nukleat

Ketika kita melihat struktur tangga berpilin molekul DNA atau pun struktur

sekunder RNA, sepintas akan nampak bahwa struktur tersebut menjadi stabil akibat

adanya ikatan hidrogen di antara basa-basa yang berpasangan. Padahal, sebenarnya

tidaklah demikian. Ikatan hidrogen di antara pasangan-pasangan basa hanya akan sama

kuatnya dengan ikatan hidrogen antara basa dan molekul air apabila DNA berada dalam

bentuk rantai tunggal. Jadi, ikatan hidrogen jelas tidak berpengaruh terhadap stabilitas

struktur asam nukleat, tetapi sekedar menentukan spesifitas perpasangan basa.

Penentu stabilitas struktur asam nukleat terletak pada interaksi penempatan

(stacking interactions) antara pasangan-pasangan basa. Permukaan basa yang bersifat

hidrofobik menyebabkan molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela perpasangan

basa sehingga perpasangan tersebut menjadi kuat.

Pengaruh asam

Di dalam asam pekat dan suhu tinggi, misalnya HClO4 dengan suhu lebih dari

100ºC, asam nukleat akan mengalami hidrolisis sempurna menjadi komponen-

21

komponennya. Namun, di dalam asam mineral yang lebih encer, hanya ikatan glikosidik

antara gula dan basa purin saja yang putus sehingga asam nukleat dikatakan bersifat

apurinik.

Pengaruh alkali

Pengaruh alkali terhadap asam nukleat mengakibatkan terjadinya perubahan

status tautomerik basa. Sebagai contoh, peningkatan pH akan menyebabkan perubahan

struktur guanin dari bentuk keto menjadi bentuk enolat karena molekul tersebut

kehilangan sebuah proton. Selanjutnya, perubahan ini akan menyebabkan terputusnya

sejumlah ikatan hidrogen sehingga pada akhirnya rantai ganda DNA mengalami

denaturasi. Hal yang sama terjadi pula pada RNA. Bahkan pada pH netral sekalipun,

RNA jauh lebih rentan terhadap hidrolisis bila dibadingkan dengan DNA karena adanya

gugus OH pada atom C nomor 2 di dalam gula ribosanya.

Denaturasi kimia

Sejumlah bahan kimia diketahui dapat menyebabkan denaturasi asam nukleat

pada pH netral. Contoh yang paling dikenal adalah urea (CO(NH2)2) dan formamid

(COHNH2). Pada konsentrasi yang relatif tinggi, senyawa-senyawa tersebut dapat

merusak ikatan hidrogen. Artinya, stabilitas struktur sekunder asam nukleat menjadi

berkurang dan rantai ganda mengalami denaturasi.

Viskositas

DNA kromosom dikatakan mempunyai nisbah aksial yang sangat tinggi karena

diameternya hanya sekitar 2 nm, tetapi panjangnya dapat mencapai beberapa sentimeter.

Dengan demikian, DNA tersebut berbentuk tipis memanjang. Selain itu, DNA

merupakan molekul yang relatif kaku sehingga larutan DNA akan mempunyai viskositas

yang tinggi. Karena sifatnya itulah molekul DNA menjadi sangat rentan terhadap

fragmentasi fisik. Hal ini menimbulkan masalah tersendiri ketika kita hendak melakukan

isolasi DNA yang utuh.

Kerapatan apung

Analisis dan pemurnian DNA dapat dilakukan sesuai dengan kerapatan apung

(bouyant density)-nya. Di dalam larutan yang mengandung garam pekat dengan berat

22

molekul tinggi, misalnya sesium klorid (CsCl) 8M, DNA mempunyai kerapatan yang

sama dengan larutan tersebut, yakni sekitar 1,7 g/cm3. Jika larutan ini disentrifugasi

dengan kecepatan yang sangat tinggi, maka garam CsCl yang pekat akan bermigrasi ke

dasar tabung dengan membentuk gradien kerapatan. Begitu juga, sampel DNA akan

bermigrasi menuju posisi gradien yang sesuai dengan kerapatannya. Teknik ini dikenal

sebagai sentrifugasi seimbang dalam tingkat kerapatan (equilibrium density

gradient centrifugation) atau sentrifugasi isopiknik.

Oleh karena dengan teknik sentrifugasi tersebut pelet RNA akan berada di dasar

tabung dan protein akan mengapung, maka DNA dapat dimurnikan baik dari RNA

maupun dari protein. Selain itu, teknik tersebut juga berguna untuk keperluan analisis

DNA karena kerapatan apung DNA (ρ) merupakan fungsi linier bagi kandungan GC-

nya. Dalam hal ini, ρ = 1,66 + 0,098% (G + C).

protein

CsCl 8M sentrifugasi DNA

RNA

Gambar 2.4. Sentrifugasi seimbang dalam tingkat kerapatan

Sifat-sifat Spektroskopik-Termal Asam Nukleat

Sifat spektroskopik-termal asam nukleat meliputi kemampuan absorpsi sinar UV,

hipokromisitas, penghitungan konsentrasi asam nukleat, penentuan kemurnian DNA,

serta denaturasi termal dan renaturasi asam nukleat. Masing-masing akan dibicarakan

sekilas berikut ini.

Absorpsi UV

Asam nukleat dapat mengabsorpsi sinar UV karena adanya basa nitrogen yang

bersifat aromatik; fosfat dan gula tidak memberikan kontribusi dalam absorpsi UV.

Panjang gelombang untuk absorpsi maksimum baik oleh DNA maupun RNA adalah

260 nm atau dikatakan λmaks = 260 nm. Nilai ini jelas sangat berbeda dengan nilai untuk

23

protein yang mempunyai λmaks = 280 nm. Sifat-sifat absorpsi asam nukleat dapat

digunakan untuk deteksi, kuantifikasi, dan perkiraan kemurniannya.

Hipokromisitas

Meskipun λmaks untuk DNA dan RNA konstan, ternyata ada perbedaan nilai yang

bergantung kepada lingkungan di sekitar basa berada. Dalam hal ini, absorbansi pada λ

260 nm (A260) memperlihatkan variasi di antara basa-basa pada kondisi yang berbeda.

Nilai tertinggi terlihat pada nukleotida yang diisolasi, nilai sedang diperoleh pada

molekul DNA rantai tunggal (ssDNA) atau RNA, dan nilai terendah dijumpai pada DNA

rantai ganda (dsDNA). Efek ini disebabkan oleh pengikatan basa di dalam lingkungan

hidrofobik. Istilah klasik untuk menyatakan perbedaan nilai absorbansi tersebut adalah

hipokromisitas. Molekul dsDNA dikatakan relatif hipokromik (kurang berwarna) bila

dibandingkan dengan ssDNA. Sebaliknya, ssDNA dikatakan hiperkromik terhadap

dsDNA.

Penghitungan konsentrasi asam nukleat

Konsentrasi DNA dihitung atas dasar nilai A260-nya. Molekul dsDNA dengan

konsentrasi 1mg/ml mempunyai A260 sebesar 20, sedangkan konsentrasi yang sama

untuk molekul ssDNA atau RNA mempunyai A260 lebih kurang sebesar 25. Nilai A260

untuk ssDNA dan RNA hanya merupakan perkiraan karena kandungan basa purin dan

pirimidin pada kedua molekul tersebut tidak selalu sama, dan nilai A260 purin tidak sama

dengan nilai A260 pirimidin. Pada dsDNA, yang selalu mempunyai kandungan purin dan

pirimidin sama, nilai A260 -nya sudah pasti.

Kemurnian asam nukleat

Tingkat kemurnian asam nukleat dapat diestimasi melalui penentuan nisbah A260

terhadap A280. Molekul dsDNA murni mempunyai nisbah A260 /A280 sebesar 1,8.

Sementara itu, RNA murni mempunyai nisbah A260 /A280 sekitar 2,0. Protein, dengan

λmaks = 280 nm, tentu saja mempunyai nisbah A260 /A280 kurang dari 1,0. Oleh karena itu,

suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai A260 /A280 lebih dari 1,8 dikatakan

terkontaminasi oleh RNA. Sebaliknya, suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai

A260 /A280 kurang dari 1,8 dikatakan terkontaminasi oleh protein.

24

Denaturasi termal dan renaturasi

Di atas telah disinggung bahwa beberapa senyawa kimia tertentu dapat

menyebabkan terjadinya denaturasi asam nukleat. Ternyata, panas juga dapat

menyebabkan denaturasi asam nukleat. Proses denaturasi ini dapat diikuti melalui

pengamatan nilai absorbansi yang meningkat karena molekul rantai ganda (pada dsDNA

dan sebagian daerah pada RNA) akan berubah menjadi molekul rantai tunggal.

Denaturasi termal pada DNA dan RNA ternyata sangat berbeda. Pada RNA

denaturasi berlangsung perlahan dan bersifat acak karena bagian rantai ganda yang

pendek akan terdenaturasi lebih dahulu daripada bagian rantai ganda yang panjang.

Tidaklah demikian halnya pada DNA. Denaturasi terjadi sangat cepat dan bersifat

koperatif karena denaturasi pada kedua ujung molekul dan pada daerah kaya AT akan

mendestabilisasi daerah-daerah di sekitarnya.

Suhu ketika molekul asam nukleat mulai mengalami denaturasi dinamakan titik

leleh atau melting temperature (Tm). Nilai Tm merupakan fungsi kandungan GC sampel

DNA, dan berkisar dari 80 ºC hingga 100ºC untuk molekul-molekul DNA yang panjang.

DNA yang mengalami denaturasi termal dapat dipulihkan (direnaturasi) dengan

cara didinginkan. Laju pendinginan berpengaruh terhadap hasil renaturasi yang

diperoleh. Pendinginan yang berlangsung cepat hanya memungkinkan renaturasi pada

beberapa bagian/daerah tertentu. Sebaliknya, pendinginan yang dilakukan perlahan-

lahan dapat mengembalikan seluruh molekul DNA ke bentuk rantai ganda seperti

semula. Renaturasi yang terjadi antara daerah komplementer dari dua rantai asam

nukleat yang berbeda dinamakan hibridisasi.

Superkoiling DNA

Banyak molekul dsDNA berada dalam bentuk sirkuler tertutup atau closed-

circular (CC), misalnya DNA plasmid dan kromosom bakteri serta DNA berbagai virus.

Artinya, kedua rantai membentuk lingkaran dan satu sama lain dihubungkan sesuai

dengan banyaknya putaran heliks (Lk) di dalam molekul DNA tersebut.

Sejumlah sifat muncul dari kondisi sirkuler DNA. Cara yang baik untuk

membayangkannya adalah menganggap struktur tangga berpilin DNA seperti gelang

25

karet dengan suatu garis yang ditarik di sepanjang gelang tersebut. Jika kita

membayangkan suatu pilinan pada gelang, maka deformasi yang terbentuk akan terkunci

ke dalam sistem pilinan tersebut. Deformasi inilah yang disebut sebagai superkoiling.

Interkalator

Geometri suatu molekul yang mengalami superkoiling dapat berubah akibat

beberapa faktor yang mempengaruhi pilinan internalnya. Sebagai contoh, peningkatan

suhu dapat menurunkan jumlah pilinan, atau sebaliknya, peningkatan kekuatan ionik

dapat menambah jumlah pilinan. Salah satu faktor yang penting adalah keberadaan

interkalator seperti etidium bromid (EtBr). Molekul ini merupakan senyawa aromatik

polisiklik bermuatan positif yang menyisip di antara pasangan-pasangan basa. Dengan

adanya EtBr molekul DNA dapat divisualisasikan menggunakan paparan sinar UV.