Molekul DNA

BBR 26303 PENGANTAR BIOLOGI

Latar Belakang Genetik

Genetik merupakan bidang sains yang mengkaji fenomena pewarisan dan variasi

dalam kesemua makhluk hidup, samada manusia mahupun bakteria. Istilah "genetik"

pertama kali diperkenalkan oleh pakar genetik British, William Bateson. Dalam

organisma hidup, maklumat genetik disimpan dalam kromosom yang dibentuk daripada

molekul DNA dan sejenis protein yang dikenali sebagai histon.

DNA adalah singkatan dari perkataan asid deoksiribonukleik yang merupakan

komponen kimia utama kromosom dan merupakan bahan yang menghasilkan gen. Ia

kadang kala dipanggil molekul warisan, kerana DNA boleh mewariskan sifat-sifat

organisma induk.

Sejarah pengetahuan untuk memahami genetik ini bermula apabila Jean Baptiste

Lamarck mengemukakan teori evolusinya yang mencadangkan bahawa sesuatu ciri yang

diperolehi semasa jangka hayat sesuatu organisma boleh diwarisi oleh generasi yang

berikutnya, tetapi teori ini lenyap selepas penerbitan The Origins of the

Species oleh Charles Darwin (Tokoh yang terkenal dengan teori yang mengatakan asal

kejadian manusia berasal dari beruk). Kemudian, Gregor Mendel telah memberi

sumbangan terbesar beliau dengan membuat kajian mengenai pokok kacang pis yang

membuktikan kewujudan unit-unit diskrit, atau gen, yang membawa maklumat genetik.

Penemuan DNA sebagai unsur genetik dibuktikan oleh Alfred Hershey dan Martha

Chase pada tahun 1952. James Watson, Francis Crick dan Maurice Wilson pula berjaya

menerangkan struktur DNA yang berbentuk gegelung dwi-heliks pada tahun 1953.

Projek terbaru iaitu Projek Genom Manusia pada tahun 2000 yang dipelopori oleh Craig

Venter menunjukkan hasil yang menakjubkan apabila 3.1 billion unit nukleotid dalam

tubuh badan manusia, hanya 1% (kira-kira 30,000 gen) ditranskripsikan kepada bentuk

protein.

Molekul DNA MS 1


Penemuan DNA

( Lampiran A )

Fredrick Griffth mendapati bahawa maklumat genetik boleh dipindahkan dari

satu sel ke satu sel yang lain. Fredrick Griffith menggunakan dua jenis pneumokokus

( Streptococcus pneumoniae ) bakteria yang menjangkiti tikus, satu jenis III- S ( licin)

dan satu lagi jenis II- R ( kasar). III- S meliputi dirinya dengan kapsul polisakarida yang

melindungi daripada sistem imun tikus, menyebabkan kematian tikus manakala II-R

yang tidak mempunyai kapsul perlindungan telah dikalahkan oleh sistem imun tikus.

Oswald Avery mengulangi eksperimen Fredrick Griffth dan membuktikan

bahawa DNA menyimpan dan menghantar maklumat genetik. Beliau mendapati gen dan

kromosom dihasilkan oleh DNA.

Erwin Chargaff menunjukkan bahawa DNA adalah pembawa maklumat genetik.

Beliau berjaya menemui bes pada DNA. Beliau juga membuktikan bahawa dalam DNA,

bilangan unit guanina sama dengan jumlah adenina, timinal, dan unit sitosina. Erwin

Chargaff menjalankan proses penyahaslian DNA dengan memanaskan DNA untuk

memecahkan ikatan hidrogen.

Alfred Hershey dan Martha Chase menyokong penemuan Oswald Avery. Mereka

telah membuktikan DNA sebagai unsur genetik pada tahun 1952. Mereka mendapati

virus mempunyai DNA dan bakteria bukan menjangkiti protein tetapi menjangkiti DNA.

Rosalind Franklin memperkenalkan struktur DNA yang mempunyai bentuk dwi-

heliks yang dihasilkan oleh dua bebenang yang bergelung. Penemuan beliau telah

digunakan untuk membantu ahli-ahli sains yang lain dalam penemuan mereka. Beliau

menjalankan eksperimen melihat DNA dengan mengggunakan pembelauan sinar-X.

James Watson dan Francis Crick telah membina satu model struktur DNA

berpandukan penemuan Rosalind Franklin. Mereka telah berjaya menerbitkan model 3-D

molekul DNA pada tahun 1953. Pada tahun 1962, James Watson dan Francis Crick telah

dianugerahkan Anugerah Nobel kerana menemui struktur molekul DNA dan

Molekul DNA MS 2


menunjukkan bagaimana maklumat disampaikan melalui DNA. DNA adalah asid yang

terdapat dalam hampir setiap sel organisma hidup yang mengandungi arahan digunakan

dalam pembangunan dan fungsi organisma hidup.

Molekul DNA MS 3


Pengenalan Molekul DNA

( Lampiran B )

Gen merupakan unit asas pewarisan dan mempunyai lokasi atau lokus tertentu di

kromosom. Kromosom ialah struktur berupa benang yang terdapat dalam nukleus. Setiap

kromosom terdiri daripada molekul DNA (Asid Deoksiribonukleik ) yang panjang dan

melingkari molekul protein yang dipanggil histon. Molekul DNA mengandungi ribuan

kod genetik manakala molekul protein tidak membawa sebarang maklumat genetik.

Asid Deoksiribonukleik (DNA) merupakan komponen kimia utama kromosom

dan merupakan bahan yang menghasilkan gen. Ia kadang kala dipanggil molekul

warisan, kerana DNA boleh mewariskan sifat-sifat daripada organisma induk (iaitu ibu

bapa). Dalam proses pembiakan, DNA bereplikasi dan hasilnya dipindahkan kepada

zuriat. Dalam bakteria, organisma sel prokaryotik, dan organisma rendah yang lain, DNA

tersebar di dalam keseluruhan sel. Bagi sel rumit atau sel eukaryotik 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.

Molekul DNA MS 4


Model DNA dan Ciri-ciri Utama Model DNA

( Lampiran C )

James Watson dan Francis Crick (1953) telah mencadangkan Model Struktur

DNA. Berdasarkan model tersebut, asid nukliek terdiri daripada subunit-subunit kecil

nukleotida, iaitu kumpulan fosfat, nukleotida (nukleotida tanpa kumpulan fosfat),

kumpulan gula pentosa, gula ribosa dan deoksiribosa serta bes nitrogen purin dan

pirimidina. Terdapat empat komponen bes nitrogen pada DNA, iaitu Adenina (A),

Tiamina (T), Sitosina (C) dan 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.

Antara 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’).

Selain itu, 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.

Molekul DNA MS 5


Molekul DNA

( Lampiran D )

Walaupun kadang kala 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 sebab 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 sebab 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.

Molekul DNA MS 6


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 konservativ, semi konservativ, 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.

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. Kaitan antara

urutan nukleotida dan urutan asid amino protein ditentukan oleh hukum selular (cellular)

mudah terjemahan, dikenali keseluruhannya sebagaikod 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

Molekul DNA MS 7


tapak belahan (cleavage sites) sepanjang genom seseorang menentukan cap jari

DNA seseorang.

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 prosedurtindakbalas 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 kusuttopologi. 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.

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

Molekul DNA MS 8


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 di sekelilingnya.

Aplikasi Pengetahuan Genetik dalam kehidupan Manusia

Pengetahuan dan penyelidikan dalam genetik digunakan secara giat dalam

pembiakbakaan dan kejuruteraan genetik. Cap jari DNA dan Projek Genom Manusia

adalah dua bidang utama yang melibatkan pengetahuan genetik.

Ciri-ciri yang bagus dalam tumbuhan dan haiwan boleh dihasilkan melalui

pembiakbakaan.

Kejuruteraan genetik atau teknologi penggabungan semula DNA melibatkan

teknik memanipulasi DNA sesuatu organisma untuk mengubah ciri-ciri organisma

tersebut. Kejuruteraan genetik digunakan dalam penghasilan organisma ubahsuai secara

genetik (GMO – genetically modified organisms), makanan ubahsuai secara genetik

(GMF – genetically modified food) terapi gen dan penghasilan ubat.

Dalam penghasilan organisma ubahsuai secara genetik (GMO), kod gen

organisma boleh diubah suai, ditambah atau dikeluarkan untuk menghasilkan ciri-ciri

yang diingini pada organisma tersebut. Misalnya, pemindahan gen daripada kelip-kelip

kepada tumbuhan tembakau membolehkan tumbuhan tembakau bersinar dalam keadaan

gelap.

Dalam penghasilan makanan ubahsuai secara genetik (GMF) pula, kod gen

daripada bakteria boleh dipindahkan kepada tanaman seperti tumbuhan jagung untuk

melindungi tumbuhan itu daripada serangan perosak. GMF dapat meningkatkan hasil

Molekul DNA MS 9


pengeluaran, lebih rintangan terhadap haiwan prosak, meningkatkan mutu hasil, jangka

hayat dan nilai nutrisi.

Terapi gen membolehkan gen baru disisipkan ke dalam sel seseorang individu

untuk merawat penyakit keturunan seperti anemia sel sabit.

Dalam penghasilan ubat atau dadah, gen yang mengawal sintesis insulin manusia

dikeluarkan dan sisipkan ke dalam molekul DNA bakteria E-coli untuk menghasilkan

hormon insulin.

Cap jari DNA merupakan satu teknik yang digunakan untuk menganalisis

fragmen DNA seseorang. Segmen nukleotida tertentu dalam DNA tidak mempunyai kod

untuk sintesis protein, dan wujud sebagai turutan pendek bes-bes yang berulangan.

DNA seseorang boleh diperoleh daripada sampel semen, rambut atau darah dan

dikerat kepada cebisan kecil atau fragmen dengan menggunakan enzim tertentu.

Fragmen DNA diasingkan dan disusun untuk membentuk corak berjalur. Setiap orang

mempunyai sel DNA tersendiri kecuali corak kembar seiras.

Cap jari DNA digunakan untuk mengenal pasti penjenayah daripada sampel

darah, air liur, rambut atau semen yang ditinggalkan di tempat jenayah berlaku,

menyelesaikan pertikaian identiti bapa sebenar. Cap jari DNA juga digunakan untuk

mengesan penyakit genetik, menguji keseirasan penderma organ dengan penerima organ

dan mengesahkan genotip haiwan dan tumbuhan.

Genom merupakan set gen yang lengkap bagi suatu organisma. Projek Genom

Manusia bertujuan untuk mengenal pasti kedudukan gen, menentukan dan mengenal

pasti setiap kod dalam kromosom manusia. Kebaikan projek ini adalah mengenal pasti

mekanisme pewarisan penyakit genetik dan mencari cara-cara untuk menghindari

penyakit tersebut. Selain itu, projek ini juga dapat mengumpul maklumat untuk

diagnosis, rawatan dan cara menghindari kecelaruan atau penyakit seperti kancer,

diabetes dan penyakit jantung.

Molekul DNA MS 10


Kesimpulan

Gen merupakan unit asas pewarisan dan mempunyai lokasi atau lokus tertentu di

kromosom. Kromosom ialah struktur berupa benang yang terdapat dalam nukleus. Setiap

kromosom terdiri daripada molekul DNA yang panjang dan melingkari molekul protein

yang dipanggil histon. Molekul DNA mengandungi ribuan kod genetik manakala

molekul protein tidak membawa sebarang maklumat genetik.

Molekul DNA terdiri daripada dua rantai polinukleotida yang berpilin pada satu

sama lain untuk membentuk suatu struktur heliks ganda dua (dwi-heliks). Setiap rantai

polinukleitida terbentuk daripada banyak nukleotida yang bersambung melalui proses

kondensasi. Setiap nukleotida terdiri daripada gula deoksiribosa, bes bernitrogen dan

kumpulan fostat.

Terdapat empat jenis bes bernitrogen berbeza iaitu timinal (T), adenine (A),

sitosina (C) dan guanin (G). Adenine berpasangan dengan timina manakala sitosina

berpasangan dengan guanin melalui ikatan hidrogen. Turutan bes-bes membentuk kod

genetik. Kod-kod genetik menentukan ciri-ciri suatu organism melalui proses sintesis

protein.

Pengetahuan dan penyelidikan dalam genetik digunakan secara giat dalam

pembiakbakaan dan kejuruteraan genetik. Cap jari DNA dan Projek Genom Manusia

adalah dua bidang utama yang melibatkan pengetahuan genetik.

Molekul DNA MS 11


Lampiran A

Gambar Ahli Sains

Gambar Eksperimen Erwin Chargaff

Molekul DNA MS 12


Lampiran B

Gambar Sel Haiwan

Molekul DNA MS 13


Gambar Nukleus Gambar Kromosom

Lampiran C

Gambar Model DNA Watson dan Crick

Molekul DNA MS 14


Lampiran D

Molekul DNA MS 15

http://ms.wikipedia.org/wiki/Fail:DNA_orbit_animated.gif


Bibiografi

Molekul DNA MS 16


Nalini T. Balachandran, Sia Chwee Khim, Kee Bee Suan. (2013) Superb Express

Bilingual Biology form 5. Penerbitan Pelangi Sdn. Bhd. Selangor.

The Biochemistry Across the School Curriculum Group (BASC). (1998) The

Biochemical Society. Holbrooks Printers Ltd. Portsmouth, U.K.

James D. Watson. DNA: The secret of life. ISBN 0-375-41546-7

http://ms.wikipedia.org/wiki/DNA

http://kumpulanperubatanelektronikterengganu.blogspot.com/2012/09/sruktur-molekul-dna.html

http://sarahbolobolo.blogspot.com/2012/06/pengertian-dna-lengkap.html

http://sciencebiotech.net/mengenal-dna-lebih-dekat-anatomi-dna/

Molekul DNA MS 17

http://sciencebiotech.net/mengenal-dna-lebih-dekat-anatomi-dna/

http://sarahbolobolo.blogspot.com/2012/06/pengertian-dna-lengkap.html



http://ms.wikipedia.org/wiki/DNA

Documents

Molekul DNA