METABOLISMEASAM NUKLEAT

dr. Retno Sintowati

ASAM NUKLEATStruktur :- Unit monomerik asam nukleat adalah nukleotida.- Setiap nukleotida mengandung : ~ sebuah basa nitrogen heterosiklik ~ sebuah gula pentosa ~ sebuah fosfat- Basa nitrogen : ~ purin ( adenin & guanin ~ pirimidin ( timin & sitosin )Gula pentosa : ~ D-Ribosa ~ 2-Deoksi ribosa

Nukleosida : basa purin / pirimidin + gula pentosa pada N9 / N1Contoh nukleosida :Adenosin : Adenin + D- Ribosa pada N9Guanosin : Guanin + D-Ribosa pada N9Sitidin : Sitosin + D-Ribosa pada N1Uridin : Urasil + D-Ribosa pada N1Timidin

Asam Nukleat : polinukleotida ( polimer dari nukleotida )Ada 2 macam asam nukleat :DNA, adalah polimer dari : Asam 2-deoksi Adenilat ( dAMP ) Asam 2-deoksi Guanilat(dGMP) Asam 2-deoksi Sitidilat ( dCMP ) Asam Timidilat ( TMP )2. RNA, adalah polimer dari : Asam Adenilat ( AMP )Asam Guanilat ( GMP )Asam Sitidilat ( CMP )Asam Uridilat ( UMP)

Nama Basa, Nukleosida dan Nukleotidanya

DNASTRUKTUR DAN FUNGSI:- Merupakan dasar keturunan- Mengandung informasi genetika- Terdiri dari unit monomer : deoksiadenilat, deoksiguanilat, deoksisitidilat dan timidilat yang dihubungkan oleh jembatan 3,5-fosfodiester membentuk polimer- Info genetika terletak pada urut-urutan basa pada monomernya- Konsentrasi basa A=T dan G=S- DNA berutas rangkap ( double stranded ), kedua utas dihubungkan oleh ikatan hidrogen dan terpilin dalam bentuk heliks ganda.- Kedua utas mempunyai polaritas antiparalel : 3 ke 5 dan 5 ke 3- Pasangan nukleotida purin dan pirimidin pada utas yang berlawanan sangat spesifik : ~ A hanya berpasangan dengan T ( 2 ikatan hidrogen ) ~ G hanya berpasangan dengan S ( 3 ikatan hidrogen )

Fosfat inorganik berikatan dengan monomer nukleotida, membentuk ikatan fosfodiester antara karbon-3 sebuah gula dengan karbon-5 gula berikutnya sepanjang rantai polinukleotida.

Pasangan basa DNA dengan ikatan hidrogen

- Ikatan hidrogen menstabilkan pasangan basa pada DNA.- Nukleotida deoksiguanosin dan deoksisitidin disatukan oleh 3 ikatan hidrogen, sedangkan pasangan A-T disatukan oleh 2 ikatan hidrogen.- Karena interaksi yang saling bersusun ditambah kekuatan 3 ikatan hidrogen, maka daerah-daerah yang kaya akan ikatan G-C jauh lebih resisten terhadap proses denaturasi / proses peleburan daripada daerah yang kaya akan A-T.- Struktur beruntai ganda DNA dapat dilebur (denaturasi) dengan : 1. Meningkatkan suhu 2. Menurunkan konsentrasi garamDNA yang kaya akan pasangan G-C akan melebur pada suhu yang lebih tinggi daripada DNA yang kaya pasangan A-T.

Untai DNA berfungsi sebagai cetakan (template). Selama replikasi, untai heliks terpisah di daerah setempat. Masing-masing untai induk berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis untai baru.

Untai antiparalel DNA Pada satu untai, oksigen dari setiap cincin gula adalah di atas karbon, sehingga karbon 5 di atas karbon 3 Untai berjalan dalam arah 5 ke 3.

Pada untai yang lain, oksigen dari setiap cincin gula adalah di bawah karbon, sehingga karbon 3 di atas karbon 5 Untai berjalan dalam arah 3 ke 5.Jadi untai berjalan dalam arah yang berlawanan antiparalel

Dua untai DNA memuntir membentuk heliks gandaGugus fosfat terletak di sebelah luar heliks

Karakteristik DNAEfek alkali pada DNA dan RNA. Untai DNA tetap utuh, tetapi terpisah. Untai RNA mengalami degradasi menjadi nukleotida

Pengorganisasian DNA dalam Sel DNA diorganisasikan menjadi kromosom

KromatinKromatin : kompleks DNA dan protein yang terdapat di inti sel

Jika kromatin diekstraksi dari sel akan tampak seperti manik-manik pada benang manik-manik = inti nukleosom

Kromatin t.d :~ Molekul DNA beruntai ganda yg sgt panjang~ Histon (massa protein dasar yg agak kecil, hampir sama besar)~ Protein nonhiston (jml sedikit, lebih besar dari histon)~ RNA (sejml kecil)

HISTON merupakan protein kromatin yang paling berlimpahAda 5 klp histon :- H1 terikat paling longgar dg kromatin shg mudah dikeluarkan dg larutan garam.- H2A, H2B kaya AA Lisin- H3, H4 kaya Arginin

Inti nukleosom sbg subunit dari kromatin t.d :~ 2 molekul dari msg-msg klas histon ( H2A, H2B, H3, H4)~ 140 pasangan basa DNA untai ganda

- DNA yang melingkar membungkus inti nukleosom bersambungan dg inti nukleosom sebelahnya.- DNA yg menghubungkan inti-inti nukleosom membentuk kompleks dg histon H1.- Benang-benang nukleosom memilin menjadi kumparan heliks tubuler, disebut struktur solenoid- Bila dikeluarkan dari kromatin, histon berinteraksi khusus :H3 & H4 tetramer (H3-H4)2H2A & H2B dimer (H2A-H2B) oligomer (H2A-H2B)n- H1 & protein non histon tdk ikut dlm penyusunan kembali kromatin.

GENOM MANUSIAGenom : kandungan genetik total dalam satu selGenom haploid ( sel sperma atau sel telur ) tiap sel pada manusia mengandung 3 milyar pasangan basa. (3 x 109) bpKeseluruhan genom haploid mengandumg DNA yg cukup untuk mengkode hampir 1,5 juta pasangan gen.Genom diploid sel manusia mempunyai : BM : 3 X 10, dibagi menjadi 23 ps kromosom.

DNA dari semua 46 kromosom dalam sebuah sel manusia diploid mengandung 6 milyar pasangan basa (3 x 109) bp. Apabila disambung ujung ke ujung akan terentang dg jarak 2 meter.1 sel: 2m DNAPanjang total DNA: 8 x jarak bumi bulan

RNA

STRUKTUR DAN SIFAT KIMIAMrpk polimer dari ribonukleotida purin dan pirimidin yang dihubungkan oleh ikatan 3, 5-fosfodiesterPerbedaan DNA dan RNA :1. Gula DNA : 2-deoksi ribosa RNA : ribosa2. Basa pirimidin DNA : timin RNA : urasil3. Utas DNA : rangkap RNA : tunggal4. RNA kandungan A tidak perlu = U G tidak perlu = C5. RNA dapat dihidrolisa oleh alkali menjadi 2,3 siklik diester dari mononukleotida.

Rangkaian ribonukleotida dalam molekul RNA bersifat melengkapi rangkaian deoksiribonukleotida dalam satu utas untai pd molekul DNA.

Untai yang ditranskripsikan ke dalam molekul RNA disebut untai cetakan DNA ( template strand ). Untai DNA yang lain disebut untai pengkode ( coding strand ). Dinamakan untai pengkode karena sama dengan rangkaian transkrip primer yg mengkode protein gen tsb, kecuali T diganti U.Contoh :Untai DNA : Kode 5- TGG AAT TGT GAG CGG ATA 3 Cetakan 3- ACC TTA ACA CTC GCC TAT 5Transkrip RNA : 5- UGG AAU UGU GAG CGG AUA 3

RNA memiliki struktur sekunder dan tersier karena dapat terbentuk pasangan basa di daerah dimana untai tersebut melengkung terhadap dirinya sendiri. Pasangan basanya juga spt DNA, saling melengkapi ( komplementer ) dan antiparalel.

3 kelompok utama molekul RNA1. Messenger RNA ( mRNA )2. Transfer RNA ( tRNA )3. Ribosomal RNA ( r RNA )

mRNA- Ukuran dan stabilitas paling heterogen- Fungsi sbg duta yg membawa info gen ke tempat pembuatan protein- Berutas tunggal- mRNA eukariotik memiliki struktur cap di ujung 5 (ujung tertutup). Cap t.d. :guanosin trifosfat termetilasi yg melekat ke gugus hidroksil 5 pada ribosa ujung 5.Gugus hidroksil 2 pada ribosa 1 dan 2 juga termetilasi.- Ujung 3 mRNA mengikat residu adenilat ( nukleotida adenosin ) yang panjangnya 20-250 nukleotida disebut ekor poli (A)

tRNA - Ukuran plg kecil dibanding mRNA dan rRNA- Rata-rata mengandung 80 nukleotida, mpy koefisien sedimentasi 4S- Semua molekul tRNA dapat membentuk struktur mirip daun semanggi- Memiliki urutan CCA di ujung 3, yaitu tempat melekatnya AA yang dibawa tRNA- Fungsi membawa AA ke ribosom utk bergabung pd posisi sesuai urutan nukleotida mRNA- 1 tRNA untuk 1 AA, shg dalam 1 sel minimal memiliki 20 jenis molekul tRNA

Struktur tRNA A. Bentuk daun semanggiB. Bentuk lipatan 3 dimensi

rRNA- Ribosom : struktur nukleoprotein sitoplasma tmp berlgsgnya sintesis protein dr cetakan mRNA- Pd ribosom, mRNA & tRNA slg interaksi utk mentranslasi ke dlm molekul spesifik- Ribosom sitoplasma pd eukariot mengandung 4 jenis rRNA ( 18, 28, 5 dan 5,8S )- rRNA 18S bergab dg protein ribosomal 40S- rRNA 28, 5 dan 5,8S bergab dg protein ribosomal 60S- Subunit 40S & 60S bergab ribosom 80S ( dlm sitoplasma )- Ribosom mitokondria eukariot ( 55S ) lebih kecil dari ribosom sitoplasma.eo

Ribosom prokariotikRibosom eukariotik

METABOLISME DNASINTESIS DAN REPLIKASISintesis DNA melalui proses replikasi.Msg-msg dr kedua untai DNA induk berfungsi sbg cetakan utk sintesis sebuah untai yg bersifat komplementer bersifat semikonservatif, yaitu msg-msg untai induk berpasangan dg untai baru membentuk 2 pasang kromosom anak.

Sintesis DNA pada prokariot Pembukaan rantai indukHelikase membuka pilinan DNA indukProtein pengikat untai tunggal mencegah untai-untai bergabung lagi & melindunginya dr enzim pemutus DNA untai tunggalTopoisomerase memutus dan menyambung untai DNA.Topoisomerase utama pd bakteri : DNA girase

Kerja DNA Polimerase- Mrp enzim yg mengkatalisis sintesis DNA- E.coli mpy 3 DNA polimerase : Pol I, Pol II, Pol III. Pol III adalah enzim replikatif.- Kerjanya : menyalin untai cetakan DNA dlm arah 3 ke 5 menghsl untai baru dlm arah 5 ke 3- Deoksiribonukleotida trifosfat sbg prekursor (substrat) utk penambahan nukleotida ke rantai yg sdg tumbuh.Nukleotida yg baru masuk : - membtk pasangan basa dg nukleotida komplementer pd untai cetakan.- Membtk ikatan ester dg gugus 3 hidroksil bebas di ujung rantai yg sdg tumbuh.- Pirofosfat dilepaskan + E utk mendorong polimerisasi

Fungsi Primer RNADNA polimerase tdk dpt memulai sintesis untai baru.Utk inisiasi diperlukan Primer RNA (oligonukleotida / RNA yg pendek t.d 10-200 nukleotida ).Primer disintesis oleh RNA polimerase (Primase) dlm arah 5 ke 3 yg menyalin untai cetakan DNA.

Sintesis DNA di Garpu ReplikasiKedua untai induk disalin pd wkt yg sama dlm arah garpu replikasi, sdg DNA polimerase menghsl rantai hanya dlm arah 5 ke 3. Shg sintesis hrs berlangsung dr 5 ke 3 menuju garpu pd 1 untai dan dr 5 ke 3 menjauhi garpu pd untai satunya.

OKAZAKI membuktikan :Sintesis pd 1 untai ( untai pendahulu = leading strand ) secara kontinu dlm arah 5 ke 3 menuju garpu.Untai yg lain ( disebut untai tertinggal = lagging strand ) disintesis secara diskontinu dlm fragmen pendek.Fragmen ini disbt fragmen Okazaki, dibtk dlm arah 5 ke 3 (menjauhi garpu), tp kmdn disatukan shg secara keseluruhan sintesis berlangsung menuju garpu replikasi.Pjg fragmen Okazaki pd E. coli : 1000-2000 nukleotidaFungsi DNA Ligase :Pol I mengeluarkan primer RNA, kmd mengisi celah yg kosong. DNA ligase menyatukan 2 rantai polinukleotida gugus 3hidroksil di ujung fragmen diligasi ke gugus fosfat di ujung 5 fragmen berikutnya.

Sintesis DNA pada EukariotProses replikasi pd eukariot serupa dg pd prokariot, hy berbeda pd jml DNA eukariotik >1000 x DNA E.coli & hub DNA dg histon dlm nukleosom.Siklus Sel EukariotikT.d 4 fase : G1, S, dan G2 menghabiskan sebag bsr wkt, aktifitas metabolik normal. Fase M sgt singkat.G1 (fase gap/celah I) : persiapan utk duplikasi kromosomS : DNA bereplikasi, garpu replikasi majunukleosom terurai, sintesis histon & protein lain >>, duplikasi kromosom, nukleosom terbtk cepat di blkg garpu.G2 ( fase gap II) : persiapan membelah, sintesis tubulinM : mitosis

Titik Awal ReplikasiKromosom eukariot mpy banyak titik awal replikasi (point of origin)Di titik awal muncul gelembung sintesis dlm 2 arah cepat selesai.Fase S selesai dlm 10-14 jam

DNA Polimerase EukariotikAda 5 DNA polimerase pd eukariotik : , , , , .Pol & enzim primer dlm replikasiPol menghsl untai yg tertinggal (diskontinu) memiliki aktifitas primase (primer RNA Frag.Okazaki)Pol menghsl untai pendahulu yg kontinu mpy helikase (mbuka pilinan DNA induk)F.O eukariotik lebih pendek ( 200 nukleotida )Pol , , berperan dlm perbaikan DNAPol dlm mitokondria ( replikasi DNA mitokondria )

Degradasi dan Reparasi DNASpesies agar bisa hidup terus harus bisa memperbaiki kerusakan DNA yg disebabkan kesalahan replikasi dan gangguan sekitar. Ketepatan replikasi terletak pada pasangan spesifik basa nukleotida.Jenis-jenis kerusakan DNA :I. Pengubahan basa tunggal a. Depurinasi b. Deaminasi sitosin menjadi urasil c. Deaminasi adenin menjadi hipoxantin d. Alkilasi basa e. Insersi / delesi nukleotida f. Penyatuan analog basa

II. Pengubahan dua basa : a. Dimer timin yg diinduksi oleh sinar UV b. Pertalian silang zat alkilasi bifungsionalIII. Pemutusan rantai : a. Radiasi pengion (mis. Sinar X) b. Disintegrasi radioaktif unsur tulang punggungIV. Pertalian silang : a. Antar basa dlm untai yg sama atau berlawanan b. Antara DNA dg molekul protein (mis. Histon) .

Mutagen : agen yg merusak DNA shg tjd mutasi dan merusak sel.Karsinogen : mutagen yg menyebabkan sel normal mjd sel kanker.Kerusakan DNA dpt disebabkan radiasi/zat kimia.

Mekanisme Reparasi1. Pembelahan langsung dimer timin oleh enzim fotoreaktif ( photoliase ) yg memutus ikatan antara basa-basa dg E dr sinar UV.2. Nukleotida tidak dikeluarkan dari DNA yg rusak.Pembuangan basa yang berubah memerlukan insisi, eksisi, perbaikan replikasi dan ligasi.3. DNA yang rusak direplikasi perbaikan sesudah replikasi.

Penyakit karena kelainan kemampuan reparasi DNA a.l :- Xeroderma pigmentosum : sgt sensitif thd SM/UV kanker kulit multipel kematian dini. Autosomal resesif.- Ataksia teleangiektasia : ataksia serebral, neoplasma limforetikuler, autosomal resesif.- Anemia Fanconi : peningkataan frekuensi kanker, ketidakstabilan kromosom, autosomal resesif

METABOLISME RNASINTESIS RNASintesis RNA dari model pembentuk DNARangkaian mol RNA merupakan komplemen dari utas sense DNA tetapi T diganti UYang berperan dalam Sintesis RNA -E : RNA polimerase- : faktor sigma :faktor protein yang spesifik- : faktor RHO :faktor pengakhiran

PENGOLAHAN MOLEKUL RNASebagian besar mol RNA yang ditranskripsi mengalami modifikasi dan pengolahan sebelum berfungsi pada sintesis protein.Pengolahan terjadi dalam inti dan setelah transportasi dari inti ke sitoplasma.Pengolahan meliputi :-reaksi nukleolitik -ligasi -penambahan terminal pada nukleotida-modifikasi nukleosida

Hn RNA Merupakan pra zat mRNA.Mrp RNA nukleus, mpy ukuran sgt heterogen dan cukup besar disbt heterogenous nuclear RNAMengandung ekor poli A pada terminal 3 dan diikatkan dalam intiBanyak mol mRNA tidak mengandung ekor poli A

mRNATidak semua mRNA mamalia mempunyai struktur penutup pada terminal 5 dan ekor poli A pada terminal 3Struktur penutup dibentuk dalam inti sebelum transpor ke sitoplasma.Ekor poli A ditambah dalam inti atau dalam sitoplasma.Fungsi struktur penutup diduga membantu mengenal tempat yang cocok pada model pembentuk mRNA untuk mulai sintesis protein.

tRNAMolekul tRNA ditranskripsi mengalami pengolahan nukleolitik oleh ribonuklease.Modifikasi molekul tRNA- Metilasi nukleosida- Penyusunan kembali untuk fungsi normal- Pelipatan yang cocok untuk menghasilkan sifat berutas rangkap parsial- Pengikatan terminal CCA yang khas pada ujung 3

r RNADalam sel mamalia 2 mol r RNA besar dan satu mol r RNA kecil ditranskripsi dari 1 mol pra zat besar.Pra zat diolah dalam nukleolus untuk menyediakan ribosom untuk sitoplasma. Gen r RNA mamalia terletak dalam nukleoli.Gen rRNA ditranskripsi sebagai unit- unit yang mengandung suatu RNA ribosom : 18S, 5S, 5,8S dan 28S.

Inhibitor sintesis DNA dan RNABanyak antibiotik dan analog nukleotida menghambat sintesis DNA dan RNA.Dipakai secara eksperimen dan klinis untuk pengobatan penyakit-penyakit ganas.

NUKLEASEMrp enzim yg mampu mendegradasi asam nukleat, t.d :- Deoksiribonuklease : degradasi DNA-- Ribonuklease : degradasi RNA- Endonuklease : membelah ikatan fosfodiester shg menghsl terminal 3 hidroksil dan 5 fosforil atau 5 hidroksil dan 3 fosforil.- Eksonuklease : nuklease yg mampu menghidrolisa nukleotida hanya bila tdp pd terminal molekul

HUBUNGAN DNA, RNA & PROTEINFungsi genetik DNA ada 2 :1. Replikasi diri shg informasi dlm struktur primer dpt diteruskan secara benar kepada sel anaknya.2. Informasi harus diekspresikan melalui RNA yg bertindak sbg cetakan untuk sintesis protein.Transkripsi : pemindahan informasi menggunakan bahasa 4 aksara asam nukleat (A,T,G,C). Satu utas DNA sbg cetakan sintesis RNA (komplementer) mRNA

Translasi : menterjemahkan bahasa 4 aksara asam nukleat ke dlm bahasa 20 aksara asam amino yg menyusun protein.Translasi selalu satu arahMutasi : perubahan / modifikasi pada urutan DNA shg protein yg dihasilkan tidak/kurang berfungsi.Transisi : penggantian purin dengan purin lain atau pirimidin dengan pirimidin lain.Transversi : perubahan dari purin ke pirimidin atau sebaliknya.