DNA (asam deoksiribonukleat ) adalah asam nukleat yang mengandung informasi genetik yang digunakan dalam kehidupan organisme. Fungsi utama DNA adalah sebagai penyimpanan informasi genetik. DNA dikatakan sebagai cetak biru makhluk hidup, dikarenakan kemampuannya dalam mengkode komponen sel seperti protein dan RNA. Segmen pada DNA yang mengatur fungsi ini disebut gen.Secara struktural, DNA merupakan polimer nukleotida, di mana untuk setiap nukleotida tersusun atas gula deoksiribosa, pospat, dan basa. Polimer tersebut membentuk struktur double heliks, di mana kedua heliks disatukan oleh ikatan hidrogen yang terjadi antara basa-basa yang ada. Ada empat macam basa yang terdapat di dalam DNA, yaitu Adenin, Sitosin, Guanin, dan Timin. Adenin akan membentuk dua ikatan hidrogen dengan Timin, sedangkan Guanin akan membentuk tiga ikatan hidrogen dengan Sitosin. Kombinasi jumlah dan susunan yang terjadi antara ikatan-ikatan basa ini memungkinkan setiap organisme memilik cetak biru genetik yang spesifik (khas) yang membedakannya dari cetak biru milik organisme lainnya.
DNA pada makhluk hidup dapat ditemukan di inti sel (nukleus), mitokondria, dan klorofil.[3] Namun pada manusia, DNA hanya ditemukan di nukleus dan mitokondria.[4],[5] Jumlah pasang basa pada DNA nukleus adalah sekitar tiga milyar. Pengorganisasian DNA di nukleus diawali oleh perikatan DNA dengan oktamer histon membentuk nukleosom. Sepotong sekuens DNA dengan panjang sekitar 146-147 pasang basa akan mengelilingi delapan histon sebanyak 1.67 kali.[6] Nukleosom-nukleosom akan berpolimerisasi membentuk polinukleosom yang kemudian disimpan di dalam kromosom. Kromosom-kromosom inilah yang berada di dalam DNA, yang akan menggandakan dirinya pada saat pembelahan sel. Sedangkan DNA yang berada di mitokondria (atau lebih dikenal dengan nama mtDNA) berbentuk sirkuler (melingkar). Jumlah pasang basa pada mtDNA lebih sedikit daripada jumlah pasang basa pada DNA nukleus, yaitu sekitar 160.000.[7] Namun apabila terjadi mutasi pada mtDNA akan mengakibatkan kerusakan pada sistem yang peka terhadap kebutuhan energi seperti sistem saraf dan otot.
Konsep pewarisan DNA
1. Konsep pewarisan DNA nukleus
Pewarisan DNA nukleus terjadi pada saat perkawinan kedua parental, tepatnya pada saat persilangan gamet yang terbentuk dari hasil meiosis kromosom masing-masing parental. Pembelahan meiosis untuk membentuk gamet dibagi menjadi meiosis 1 dan 2, di mana meiosis 1 bertujuan memisahkan kromosom homolog dan meiosis 2 bertujuan memisahkan kromatid saudara. Pada meiosis 1, kromosom 2n (yang mengandung cetak biru genetik DNA) bereplikasi pada saat interfase 1, kemudian berpisah pada anafase 1. Pada profase 2, kromosom dan kromatid saudara bersiap-siap dan mengalami pemisahan pada anafase 2 menghasilkan kromosom anakan yang haploid (n). Kromosom yang haploid ini bersifat tidak identik dengan parentalnya, namun masih menyimpan setengah dari set kromosom parentalnya. Kromosom yang bersifat haploid (n) dari paternal dan maternal akan bertemu pada saat fertilisasi di mana masing-masing membawa sifat dan akan terjadi penggabungan keduanya sehingga pada anakan (zigot) akan memiliki kromosom diploid (2n). Setengah (n) dari set kromosom tersebut berasal dari paternal dan setengahnya lagi berasal dari maternal.[8]
Sifat-sifat yang dikode oleh gen pada DNA nukleus diwariskan mengikuti Hukum Mendel 1 dan 2. Hukum Mendel 1 mengemukakan mengenai prinsip segregasi (pemisahan alel secara bebas pada saat gametogenesis) dan Hukum Mendel 2 mengemukakan mengenai prinsip asortasi (pemasangan alel secara bebas pada saat fertilisasi).
2. Konsep pewarisan DNA mitokondria
Pewarisan DNA mitokondria merupakan pewarisan secara maternal (mengikuti garis keturunan ibu). Hal ini disebabkan oleh pada saat akan terjadi fertilisasi, mitokondria sperma yang berada pada bagian ekor sperma tidak dapat masuk bersama dengan kepala sperma menembus membran ovum. Akibatnya mitokondria sperma tertinggal di luar ovum dan tidak diwariskan kepada individu yang terbentuk akibat hasil pembuahan kelak. Selain itu, penelitian terbaru mengemukakan adanya ubiquitinasi pada mitokondria sperma. Ubiquitinasi bertujuan merangsang proteolisis mitokondria sperma yang lolos menembus membran sel ovum.[9],[10]
Prinsip diagnosis molekuler DNA
Perbedaan susunan dan jumlah pasang basa DNA untuk tiap-tiap orang, baik DNA nukleus maupun DNA mitokondria, menjadikan DNA sebagai identitas yang spesifik. Hal inilah yang menjadi dasar dari identifikasi seseorang dengan melihat DNAnya. Selain itu, adanya penurunan DNA dari parental ke anakan juga membuat analisis hubungan kekerabatan menjadi lebih mudah dan akurat. Dengan kata lain, dalam menganalisis hubungan kekerabatan (keturunan) maka DNA yang dianalisis merupakan sesuatu yang bersifat spesifik (khas) dan diturunkan. Berikut prinsip kerja dari beberapa contoh diagnosis molekuler:
1. Diagnosis molekuler DNA nukleus
Short Tandem Repeat (STR)
Short Tandem Repeat merupakan pengulangan dari beberapa nukleotida dengan panjang dua hingga lima pasang basa dalam jarak yang berdekatan. STR yang berbeda-beda untuk setiap orang menjadikannya sebagai profil genetik yang khas.[11] STR bersifat diturunkan, sehingga dapat digunakan untuk menganalisis hubungan kekerabatan (parental).[12] Dengan mendeteksi keberadaan STR seseorang maka dapat ditentukan apakah orang tersebut merupakan keturunan dari orang tertentu.
Restriction Frame Length Polymorphism (RFLP)
RFLP merupakan teknik analisis DNA dengan menggunakan enzim restriksi untuk memotong DNA pada variasi-variasi dan panjang tertentu untuk selanjutnya dianalisis menggunakan teknik elektroforesis.[13] DNA akan dipotong dengan enzim endonuklease pada nukleotida spesifik, di mana nukleotida spesifik ini bersifat khas dan diturunkan. DNA yang sudah dipotong akan dielektroforesis dan dianalisis sesuai panjang tiap-tiap pita.
Combined DNA Index System (CODIS)
CODIS merupakan database DNA yang dikembangkan oleh FBI Amerika Serikat yang digunakan untuk membantu di bidang penyelidikan atau pengidentifikasian tersangka kriminal. CODIS bekerja dengan cara mengidentifikasi tiga belas marker (penanda) yang bersifat spesifik untuk setiap orang.[14]
Variable Number Tandem Repeat (VNTR)
VNTR merupakan sebuah lokasi pada genom di mana sekuens-sekuens nukleotida pendek tersusun menjadi tandem berulang. [15] Perbedaan VNTR dari STR adalah jumlah pola pengulangan tandem, di mana pada STR terjadi pengulangan antara sepuluh hingga enam puluh kali, sedangkan pada VNTR terjadi pengulangan secara acak atau variabel.[16]
2. Diagnosis molekul DNA mitokondria
mtDNA testing
mtDNA testing merupakan teknik analisa menggunakan DNA yang terdapat di mitokondria. Prinsip kerja mtDNA testing adalah bahwa mtDNA pada seseorang ditransmisikan dari garis maternal. Menutrut kesepakatan terdapat tiga region utama pada mtDNA, yaitu region pengkode, region HVR1, dan region HVR2. mtDNA testing akan menganalisa nukleotida yang terdapat pada HVR1 dan HVR2 untuk kemudian dibandingkan dan dicari persamaan dan perbedaannya dengan hasil mtDNA testing milik orang lain yang dibandingkan.[17]
Daftar pustaka
[1]Wikipedia the free Encyclopedia. DNA [Online]. 2009 April 18 [cited 2009 April 20]; Available from: URL: http://en.wikipedia.org/wiki/DNA
[2]Wikipedia the free Encyclopedia. Nucleotide [Online]. 2009 April 14 [cited 2009 April 20]; Available from: URL: http://en.wikipedia.org/wiki/nucleotide
[3] Sagan L. On the origin of mitosing cells. J Theor Biol 1967 Mar;14(3):255-74.
[4] Greenstein B, Greenstein A. Medical biochemistry at a glance. Oxford: Blackwell Sciences Ltd; 1996. p.3.
[5] Schatz G, Halsbrunner E, Tuppy H. Deoxyribonucleic acid associated with yeast mitochondria. Biochemical and biophysical research communication 1964;15:127-32.
[6] Kornberg RD. Chromatin structure: a repeating structure of histones and DNA. Science 1972;184:868-71.
[7] Lotter K. What is mitochondrial DNA? [Online]. 2008 January 6 [cited 2009 April 21]; Available from: URL:http://forensicscience.suite101.com/article.cfm/what_is_mitochondrial_dna
[8] Campbell N, Reece J, Mitchell L. Biologi. 5th ed. Jakarta: Penerbit Erlangga; 2002. p.248-9.
[9] Sutovsky P, Moreno RD, Ramalho-Santos J, Dominko T, Simerly C, Schatten G. Ubiquitin tag for sperm mitochondria. Nature 1999 November 25;402(6760):371-2.
[10] Sutovsky P, Moreno RD, Ramalho-Santos J, Dominko T, Simerly C, Schatten G. Ubiquitin sperm mitochondria, selective proteolysis, and regulation of mitochondrial inheritance in mammalian embryos. Biol Reprod 2006 August;63(2):682-90.
[11] Wikipedia the free Encyclopedia. Short tandem repeat [Online]. 2009 April 10 [cited 2009 April 20]; Available from: URL: http://en.wikipedia.org/wiki/short_tandem_repeat
[12] The Biology Project University of Arizona. [Online]. 2000 October 27 [cited 2009 April 21]; Available from: URL:http://www.biology.arizona.edu/Human_bio/activities/blackett2/str_description.html
[13] Wikipedia the free Encyclopedia. Restriction frame length polymorphism [Online]. 2009 April 10 [cited 2009 April 21]; Available from: URL: http://en.wikipedia.org/wiki/RFLP
[14] Wikipedia the free Encyclopedia. Combined DNA index system [Online]. 2009 April 9 [cited 2009 April 21]; Available from: URL: http://en.wikipedia.org/wiki/CODIS
[15] Wikipedia the free Encyclopedia. Variable number tandem repeat [Online]. 2009 February 11 [cited 2009 April 21]; Available from: URL: http://en.wikipedia.org/wiki/VNTR
[16] Wikipedia the free Encyclopedia. Tandem repeat [Online]. 2009 April 7 [cited 2009 April 21]; Available from: URL: http://en.wikipedia.org/wiki/tandem_repeat
[17] Wikipedia the free Encyclopedia. Genealogical DNA test [Online]. 2009 March 13 [cited 2009 April 21]; Available from: URL: http://en.wikipedia.org/wiki/genealogical_DNA_test
Tidak ada komentar:
Posting Komentar