Dalam perkembangan lanjut, implikasi dari model DNA menurut Watson dan Crick adalah sifat fisika DNA yang mudah membentuk dua rantai tunggal DNA apabila ikatan hidrogen purin-pirimidin "melele".  Melalui pemanasan, misalnya, ikatan ini melele dan kekentalan (viscocity) larutan menurun. Dalam keadaan rantai tunggal, gugus amino dari purin dan pirimidin tersingkap dan siap bereaksi dengan formaldehida membentuk turunan hidroksimetil, yang dalam keadaan rantai ganda DNA gugus ini tidak reaktif.  Akibat lanjut dari terbentuknya rantai tunggal DNA adalah serapan radiasi ultraviolet pada riak-gelombang 260  mm oleh DNA dalam larutan meningkat 40% (DNA memiliki serapan radiasi tertinggi pada riak-gelombang 260  mm).  Dengan pemanasan, serapan radiasi ultraviolet oleh DNA meningkat secara drastis disaat suhu pemanasan melewati titik leleh (melting point).

Titik leleh dari setiap potongan DNA bersifat spesifik. Misalnya, titik leleh untuk DNA dari Diplococcus pneumoniae, E. coli,  Serratia marcescens, dan Mycobacterium phlei masing-masing berturut-turut: 86, 90, 94 dan 97 oC.  Naiknya titik leleh ini berhubungan langsung dengan naiknya kadar [G] + [C] pada suatu spesies. Setiap spesies bakteri dan vertebrata memiliki kadar G/C yang berbeda-beda (Tabel 2.1). Marmur (1959) melakukan percobaan denaturasi DNA yang mengandung berbagai kadar AT (termasuk DNA sintetik kaya AT.  Hasilnya menunjukan bahwa suhu titik denaturasi menurun dengan naiknya kadar A/T.  Percobaan transformasi pneumococci resipien dengan DNA yang di panasi dari D. pneumoniae donor, menyebabkan aktifitas transformasi terhenti disaat pemanasan mencapai suhu 86oC, yaitu suhu dimana denaturasi DNA  Pneumococci di capai. Hal ini disebabkan oleh ketidakmampuan bakteri ditransformasi oleh rantai tunggal polinukletida.

 

DNA adalah molekul pembawa informasi genetika. Informasi itu tersimpan di dalam urutan spesifik basa nukleatnya. Pertanyaannya ialah, “apakah semua DNA yang berada di dalam suatu sel membawa informasi genetika?” Jawabnya, “tidak”. Tidak semua DNA mengandung informasi genetika. Tidak semua urutan DNA di dalam suatu sel mengandung informasi yang dapat diterjemahkan menjadi “gen”. Walaupun pada prokarion, sebagian besar DNA dapat diterjemahkan ke dalam gen; pada eukariotik, tidak lebih dari 10% genomnya mengandung gen. Dengan kata lain, pada sembarang organisme (kecuali beberapa virus) gen adalah DNA namun tidak semua DNA adalah gen. Pertanyaannya ialah, “apa kiranya sebagian besar DNA yang terkandung di dalam genom organisme eukariotik?”

Kemampuan sel tunggal atau DNA phage memperbanyak dirinya dalam sel induk dalam waktu yang singkat melahirkan pertanyaan tentang apa dan bagaimana struktur tiga dimensi molekul DNA.  Pertanyaan ini dijawab dengan gemilang oleh beberapa peneliti utama yang semuanya sedang dalam proses persaingan dramatis dan menegangkan, paling tidak oleh empat kelompok bebuyutan: Linus Pauling, dan Delbrück di California Institute of Technology Pasadena Amerika Serikat; James Dewey Watson dan Francis Crick di Laboratorium Cavendis, Cambridge University, Cambridge Inggris; serta, Maurice Wilkins dan Rosalind E. Franklin di laboratorium fisika Wheatstone King’s College London. Walaupun kompetisi ini dimenangkan oleh kelompok Cavendis, namun tanpa bukti foto sinar X kristal DNA serta interpretasi gemilang oleh si cantik Rosalind E. Franklin bahwa gugus fosfatnya berada pada bagian terluar dari struktur tiga dimensi DNA, proposal Crick dan Watson masih harus mengalami pengujian berat.

Laporan Crick dan Watson termuat dalam majalah terkemu Nature 25 April 1953, sebagiannya dikutip sebagai berikut: "Kami ingin mengemukakan struktur yang sangat berbeda dari garam DNA. Struktur ini memiliki dua rantai heliks masing-masing memilin pada poros yang sama. Kami telah membuat beberapa asumsi kimia biasa yaitu bahwa setiap rantai terdiri dari gugus fosfat diester yang menyambung residu-residu ß-D-deoksiribofuranosa dengan ikatan-ikatan 3′,5′. Kedua rantai itu (namun bukan basa-basanya) dikaitkan dengan suatu pasangan tegak lurus (perpendicular) terhadap poros serat. Kedua rantai mengikuti pilinan tangan-kanan, namun karena berpasangan, urutan atom-atom pada kedua rantai itu berada pada arah yang berlawanan. Setiap rantai secara kasar mengikuti model I dari Furberg (Furberg, 1952); yaitu bahwa basa-basanya berada di dalam pilinan, dan gugus fosfat berada di bagian luar. Terdapat satu residu (basa nitrogen) pada setiap rantai tiap 3.4 Angstrong dengan arah Z. Kami mengasumsikan sudut dengan besaran 36o antara tiap residu pada rantai yang sama, sehingga struktur pilinan berulang setelah 10 residu disetiap rantainya, yaitu setelah 34 Angstrong. Jarak atom fosfor dari poros serat adalah 10 Angstrong. Karena gugus fosfat berada pada bagian luar, kation-kation menggapainya dengan mudah….Kenampakan yang baru dari struktur DNA yang kami ajukan ialah bahwa kedua rantai dipasangkan bersama-sama oleh basa-basa purin dan pirimidin. Ruang dari basa-basa ini tegak-lurus terhadap poros serat. Mereka disambung bersama dalam pasangan, basa yang satu dari satu rantai terikat dengan basa yang lain pada rantai lain oleh ikatan-ikatan hidrogen, sehingga keduanya berdampingan dengan kordinat-kordinat-Z. Satu dari pasangan basa haruslah purin dan yang lain adalah pirimidin agar terjadi ikatan. Ikatan hidrogen tersusun sebagai berikut: posisi purin 1 dengan posisi pirimidin 1; posisi purin 6 dengan posisi pirimidin 6.  Jika di asumsikan bahwa basa-basa ini berada dalam struktur dengan bentuk tautomerik yang paling masuk akal (yaitu dengan konfigurasi keto ketimbang konfigurasi enol) maka diperoleh bahwa hanya pasangan-pasangan khusus basa-basa yang dapat membentuk ikatan.  Pasangan-pasangan ini adalah Adenin (purin) berpasangan dengan Timin (pirimidin), dan Guanin (purin) berpasangan dengan Citosin (pirimidin).  Dengan kata lain, jika adenin adalah anggota dari sepasang basa pada rantai pertama, maka pada rantai yang lain pasangannya haruslah timin; hal yang sama untuk guanin dan citosin. Telah dibuktikan bahwa perbandingan jumlah adenin terhadap timin dan guanin terhadap citosin selalu sangat dekat dengan kesatuan asam nukleat deoksiribosa (lihat Tabel 1.1: Aturan Chargaff). Hubungan pasangan khusus basa-basa ini secara langsung memberi rekaan kepada mekanisme  penjiplakan bahan-bahan genetis".

DNA dalam analogi tangga dan anak tangga seperti nampak pada foto 1.1. Dua tiang penyangga tangga merupakan rangka molekul berpilin ganda yang terdiri dari urutan sili-berganti deoxiribosa – fosafat. Kedua tiang penyangga utama tersebut memiliki arah yang berlawanan (lihat arah anak panah). Anak tangga tersusun dari pasangan-pasangan asam nukleat, yang berpasangan menurut aturan Chargaff: C berpasangan dengan G dan T berpasangan dengan A. Pasangan-pasangan asam nukleat tersebut  tertarik satu sama lain melalui ikatan hidrogen yang dibentuk antara dua pasangan yang bercocokkan.

 Gambar 1.1. DNA dalam Analogi Tangga dan Anak Tangga

Tabel 1.1.  Aturan Chargaff

Jumlah basa Adenin (A) hampir mendekati basa Timin (T) dan jumlah basa Guanin (G) hampir mendekati Citosin (C).

Temuan Watson dan Crick memastikan bahwa DNA adalah polimer yang terdiri dari satuan-satuan deoksiribonukleotida.  Satu nukleotida terdiri dari masing-masing satu basa nitrogen, gula dan satu atau lebih gugus fosfat. Gula yang dibawah oleh deoksiribonukleotida dalam DNA adalah deoksiribosa. Awalan deoksi- menunjukan bahwa jenis gula ini tidak memiliki atom oksigen yang ada pada senyawa induknya (ribosa). Basa nitrogen adalah turunan dari purin dan pirimidin. Purin dalam DNA adalah adenin (A) dan guanin (G) sedangkan pirimidin adalah thimin (T) dan Citosin (C). Jadi, mengikuti aturan Cargaff, A berpasangan dengan T dan C berpasangan dengan G dalam rantai yang berlawanan dan antiparalel. Hanya melalui ikatan hidrogen dari pasangan basa nitrogen ini maka jarak tetap dari pilinan ganda dipertahankan.

STRUKTUR DNA