Tahukah kamu kalau orientasi double helix DNA tidak selalu ke arah kanan?

Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick menuliskan sebuah publikasi berjudul “A structure for Deoxyribose Nucleic Acid” di jurnal Nature. Pada publikasi tersebut, mereka mendeskripsikan bentuk tiga dimensi DNA (Deoxyribonucleic Acid) yang berupa double helix, dengan arah putaran berorientasi ke kanan. Namun pada tahun 1979, ditemukan DNA yang orientasi putarannya mengarah ke kiri, bentuk arsitektur lain DNA ini disebut sebagai Z-DNA.

Struktur DNA

Molekul DNA disusun oleh empat jenis deoxyribonucleotide. Setiap nukleotida mempunyai tiga komponen yaitu gula, basa nitrogen, dan gugus fosfat. Gugus fosfat dan gula pada struktur DNA membentuk susunan mirip dengan penopang tangga. Dua untai yang merupakan rantai panjang polipeptida tersebut saling melilit satu sama lain, dihubungkan oleh struktur mirip dengan anak tangga yang terbuat dari basa nitrogen. Basa nitrogen antara satu untai dengan untaian pasangannya saling berpasangan membentuk urutan tertentu. Urutan inilah yang menjadi kode genetik setiap organisme.

Pada DNA, ada dua kelompok basa nitrogen, yaitu purin yang terdiri dari adenin (A) dan guanin (G), serta pirimidin yang terdiri dari sitosin (C) dan timin (T). Menurut aturan Chargaff, A akan selalu berpasangan dengan T, sementara G dengan C. Antara A dan T dihubungkan oleh dua ikatan hidrogen, sedangkan G dengan C oleh tiga ikatan hidrogen. Pada RNA (Ribonucleic Acid), basa T diganti dengan urasil (U), sehingga A pada RNA berpasangan dengan U. Sebagai catatan, RNA adalah nukleotida yang strukturnya mirip dengan DNA, bedanya, gula pada RNA berupa D-ribose, sedangkan pada DNA adalah 2′-deoxy-D-ribose. Selain itu, mayoritas RNA yang ada dalam sistem biologis hanya terdiri dari satu untai, sedangkan DNA terbentuk dari dua untai yang saling melilit membentuk the double helix.

Berbagai Bentuk Double Helix

Terdapat lebih dari satu jenis bentuk atau konformasi double helix DNA. Pada era studi struktur DNA menggunakan sinar X, ditemukan dua jenis konformasi DNA yang biasa dikenal sebagai bentuk A dan B. Bentuk DNA B sangat mirip dengan bentuk double helix DNA ketika DNA ada dalam lingkungan fisiologi, atau dengan kata lain, masih berada di dalam tubuh organisme dalam keadaan normal. Bentuk DNA B diketahui dapat ditemukan dalam kelembaban yang tinggi. Sementara itu, bentuk DNA A ditemukan pada kondisi terdehidrasi. Apabila satu putaran helix pada DNA B terdiri dari 10 pasang basa, pada DNA A disusun atas 11 pasang basa. Hal ini menyebabkan bahwa secara arsitektur, DNA A mempunyai mayor groove yang lebih pendek dan dalam dibanding DNA B, serta minor groove yang lebih lebar dan dangkal.

Pada gambar di atas, tampak struktur DNA yang disusun oleh penopang tangga berupa gula dan gugus fosfat, serta anak tangga berupa pasangan basa nitrogen. Gambar sebelah kiri menampilkan ilustrasi DNA dalam bentuk linernya, akan tetapi, bentuk asli DNA adalah seperti tangga berpilin yang biasa disebut dengan bentuk double helix

Bentuk DNA di dalam sel tidak selalu dalam bentuk regularnya (DNA B). Akan tetapi ada kalanya terdapat variasi letak susunan antar pasangan basa yang menyebabkan bentuknya sedikit berbeda dibanding bentuk normalnya. Meskipun demikian, bentuk DNA B adalah bentuk yang representatif untuk menjelaskan atau mempelajari struktur DNA secara general. Struktur DNA A ditemukan pada kompleks khusus antara protein dengan DNA.

Arah putaran DNA B dan DNA A adalah right-handed, atau mengulir searah putaran jarum jam menjauh dari sudut pandang kita sebagai pengamat. Akan tetapi, pada kondisi tertentu, arah putaran helix DNA dapat mengulir ke arah kiri atau left-handed. Bentuk DNA seperti ini dikenal sebagai DNA Z. Selain berputar ke kiri, bentuk tulang tangga atau penopang tangga DNA Z adalah zigzag, berbeda dari bentuk DNA yang lain. Meskipun demikian, DNA Z jarang ditemukan di dalam sel.

Selain DNA bentuk A, B, dan Z, ditemukan pula DNA bentuk C dan D. DNA C terbentuk ketika DNA ada dalam pelarut tertentu. Baik DNA C dan DNA D mempunyai arah putaran ke kanan atau right-handed. Dengan demikian, dari lima jenis bentuk arsitektur DNA yang sampai saat ini ditemukan, hanya DNA bentu Z lah yang arah putarannya left-handed atau ke kiri.

Referensi:

1. Clark, DP., et al. Molecular Biology: Third Edition. Academic Press, 2019. PDF.
2. Pal, S. Fundamentals of Molecular Structural Biology. Academic Press, 2020. PDF.
3. Gagna, CE. & Lambert, WC. The halting arrival of left-handed Z-DNA. Medical Hypotheses (2003) 60(3), 418-423.