ASAM NUKLEAT

PENDAHULUAN

Asam nukleat telah menjadi bahan penelitian sejak senyawa ini dapat diisolasi, terdapat

dua jenis asam nukleat yakni asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat

(RNA), asam nukleat terdapat dalam sel dan berperan dalam biosintesis protein. Molekul

asam nukleat membentuk polimer seperti halnya protein, hanya monomernya adalah

nukleotida bukan asam amino. Untuk itu diharapkan setelah mengikuti kuliah ini,

mahasiswa dapat :

1 Menjelaskan pengertian asam nukleat.

2 Menerangkan struktur nukleotida dan nukleosida.

3 Menerangkan cara isolasi asam nukleat.

4 Menjelaskan struktur asam deoksiribonukleat.

5 Menjelaskan struktur asam ribonukleat.

POKOK MATERI

6 Pendahuluan

DNA merupakan makromolekul berupa benang sangat panjang yang terbentuk dari

sejumlah besar deoksiribonukleotida, yang masing-masing tersusun dari satu basa, satu

gula, dan satu gugus fosfat. Basa pada molekul DNA membawa informasi genetik,

sedangkan gula dan gugus fosfat mempunyai peranan struktural.

Gambar 6.1. Struktur ADP dan ATP

7 Gula

DNA merupakan polimer unit-unit deoksiribonukleotida. Suatu molekul terdiri dari

sebuah basa nitrogen, sebuah gula dan satu atau lebih gugus fosfat (gambar 6.2). Gula

dalam deoksiribonukleotida merupakan deoksiribosa. Awalan deoksi menunjukkan bahwa

gula ini kekurangan satu atom oksigen yang ada pada ribosa, senyawa induknya.

Gambar 6.2. Gula pentosa, Deoksiribosa dan Ribosa

Basa Nitrogen merupakan derivat purin dan pirimidin, purin dalam DNA adalah adenin

(A) dan guanin (G) dan pirimidinnya adalah timin (T) dan sitosin (S) (gambar 6.3).

Gambar 6.3. Basa Purin dan Pirimidin

8 Nukleosida dan Nukleotida

Sebuah nukleosida terdiri dari basa purin dan pirimidin yang berikatan dengan gula.

Keempat unit nukleosida dalam DNA disebut deoksiadenosin, deoksi guanosin,

deoksitimidin, dan deoksitidin.

Dalam sebuah deoksiribonukleosida (gambar 6.4), N-9 dalam purin atau N-1 dalam

pirimidin terikat pada C-1 deoksiribosa. Konfigurasi ikatan N-glikosida ni adalah ikatan

β (basanya terletak di atas bidang gulanya).

Suatu nukleotida merupakan suatu ester fosfat dari suatu nukleosida. Tempat esterifikasi

yang paling umum dalam nukleotida yang terdapat secara alamiah adalah gugus

hidroksil C-5 pada gula. Senyawa seperti ini disebut nukleosida 5-fosfat atau 5-

nukleotida. Misalnya dATP (gambar 6.4), merupakan prekursor yang diaktifkan pada

sintesis DNA; nukleotida ini diaktifkan kalau ada dua ikatan fosfoanhidra dalam unit

trifosfatnya. Bilangan dengan tanda menunjukkan atom pada gula, sedangkan bilangan

tanpa tanda menunjukkan atom pada cincin purin atau pirimidin. Awalan d dalam dATP

menunjukkan bahwa gulanya berupa deoksiribosa untuk membedakan senyawa ini dari

ATP gula dalam bentuk ribose.

Gambar 6.4. Nukleosida dan Nukleotida

9 Struktur DNA dan RNA

Tulang punggung DNA, yang bersifat tetap disepanjang molekul , terdiri dari

deoksiribosa yang berikatan dengan gugus-gugus fosfat, khususnya 3-hidroksil pada

bagian gula sebuah deoksiribonukleotida dihubungkan pada 5-hidroksil gula yang

berdekatan melalui jembatan fosfidiester. Bagian yang bervariasi pada DNA adalah

urutan keempat macam basa (A,G, C, dan T). Unit-unit nukleotida tersebut dinamakan

deoksiadenilat, deoksiguanilat, deoksisitidilat, dan deoksitimidilat (gambar 6.5)

Gambar 6.5. Struktur DNA dan RNA

10 Dobel Helix DNA

Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick menggambarkan struktur tiga dimensi

DNA dan menyimpulkan mekanisme replikasinya. Watson dan Crick melakukan analisis

gambaran difraksi sinar-X serat-serat DNA yang dibuat oleh Rosalind Franklin dan

Maurice Wilkins dan menetapkan suatu model struktural yang pada dasarnya dapat

dibuktikan.

Ciri-ciri model DNA adalah ;

11 Dua rantai heliks polinukleotida melingkar menglilingi satu sumbu. Kedua rantai

mempunyai arah yang berlawanan.

12 Basa purin dan pirimidin terdapat di bagian heliks, sedangkan unit-unit fosfat dan

deoksiribosa terdapat dibagian luar.

13 Diameter heliks adalah 20 A. Jarak antara basa yang bersebelahan ialah 3,4 A

pada poros heliks dengan sudut rotasi sebesar 360. Dengan demikian, perputaran

heliks berulang setelah 10 residu pada setiap rantai, yakni pada interval 34 A.

14 Kedua rantai saling berhubungan melalui ikatan hidrogen antara pasangan-

pasangan basa. Adenin selalu berpasangan dengan timin, guanin selalu berpasangan

dengan sitosin

Gambar 6.6. Dobel Heliks

15 Struktur RNA

RNA digolongkan menjadi tiga macam yakni RNA transfer (tRNA), RNA ribosom

(rRNA) dan RNA kurir (mRNA) yang masing-masing mempunyai komposisi basa dan

berat molekul yang khas dan terdiri dari rantai poliribonukleotida tunggal (gambar 6.5

dan gambar 6.7).

Gambar 6.7. Struktur α-helix RNA

RNA kurir (mRNA) terdiri dari basa A, G, S, dan U, dan disitensis di dalam inti sel

dalam proses transkripsi yakni proses penurunan urutan basa dari salah satu untaian

DNA pada kromosom dengan perantara enzim menjadi bentuk rantai tunggal mRNA.

Basa mRNA yang terjadim ini merupakan komplemen urutan basa dalam DNA tersebut.

Setelah proses transkripsi, mRNA keluar dari inti sel bergerak ke ribosom, dan bersama-

sama dengan ribosom memulai proses biosintesisi polipeptida, urutan triplet nukleotida

adalah kodon yang terdapat sepanjang rantai mRNA yang menentukan urutan residu

asam amino yang membentuk rantai polipeptida.

tRNA berfungsi sebagai pembawa asam amino spesifik dalam proses biosintesis protein

pada ribosom.

Dalam proses biosintesis protein, gugus amino akan dibawa ke ribosom dan dipindahkan

ke rantai polipeptida yang sedang bertumbuh dalam proses pemanjangannya. rRNA

membentuk 65 % berat ribosom..

RANGKUMAN

Asam nukleat terdiri dari campuran basa nitrogen, gula pentosa (deoksiribosa untuk

deoksiribonukleat dan ribosa untuk ribonukleat). Terdapat dua jeni basa nitrogen yakni

purin (guanin dan adenin) dan pirimidin (timin dan sitosin dalam DNA; urasil dan sitosin

untuk RNA).

Dalam struktur asam nukleat, pirimidin atau purin berikatan dengan gula yang

menghasilkan nukleosida. Nukleosida pada purin membentuk ikatan β-glikosida dari N-9

basa sampai C-1 gula, sedangkan pada pirimidin ikatannya ialah dari N-1 basa sampai C-

1 gula.

Nikleotida adalah ester asam fosfat dari nukleosida, dengan adanya fosfat pada posisi C-

5. Nukleotida mengandung gula deoksiribosa yakni deoksiribonukleotida dan nukleotida

yang mempunyai ribosa disebut ribonukleotida.

Semua nukleotida yang umum juga terdapat sebagai 5-difosfat (mempunyai dua fosfat)

dan 5-trifosfat (mempunyai tiga fosfat).

Baik DNA dan RNA merupakan polinukleotida yakni polimer yang mengandung

nukleotida sebagai unit berulang. Ikatan antara nukleotida melalui ikatan fosfodiester

antara C-3 dari suatu nukleotida dengan posisi 5 dari nukleotida lainnya. Ikatan ini akan

berulang sehingga menjadi struktur yang besar.

Struktur DNA

DNA adalah suatu molekul rangkap di mana dua rantai polinukleotida saling berikatan

satu sama lain melalui pasangan basa purin dan pirimidin. Adenin dalam suatu rantai

membentuk ikatan hydrogen dengan timin dalam untaian lainnya dan guanine

berpasangan dengan sitosin dalam untaian lainnya. Kedua rantai ini dikatakan dalam

keadaan komplementer.

Struktur RNA

RNA terdiri dari rantai poliribonukleotida dengan susunan basa yang biasanya adalah

adenine, guanine, urasil dan sitosin. RNA berada dalam inti sel dan sitoplasma. RNA

terdapat dalam beberapa bentuk seperti lekukan tangkai atai jepit rambut yang

mempunyai peranan fungsional yang penting.

RNA digolongkan menjadi tiga macam yakni RNA transfer (tRNA), RNA ribosom

(rRNA) dan RNA kurir (mRNA). Ikatan fofsfodiester RNA dapat dilihat pada gambar

berikut ini.

DAFTAR PUSTAKA

Campbell, P.N., A.D. Smith. 1982. Biochemistry Illustrated. Wilture Enterprises. Hong

Kong.

Girindra, A. 1986. Biokimia 1. Gramedia. Jakarta.

Kay, E.R.M. 1966. Biochemistry : An Introduction to Dynamic Biology. Collier-

Macmillan.Canada.

Kuchel, P., G. B. Ralston. 2006. Biokimia. Schaum. Terjemahan. Erlangga. Jakarta.

Lehninger, A..L., et al. 1997. Principles of Biochemistry. 2nd .Worth Publisher. New

York.

Ngili, Yohanis. 2009. Biokimia : Struktur dan Fungsi Biomolekul. Graha Ilmu.

Yogyakarta.

Nur, M. A. 1990. Konsep Modern Biokimia I. PAU-Ilmu Hayat IPB. Bogor.

Poedjiadi, A., F.M. T. Supriyanti. 2006. Dasar-Dasar Biokimia. UI-Press. Jakaerta.

Stryer, L. 2000. Biokimia. Vol 2. Edisi 4. Penerbit Buku Kedokteran EGC. Jakarta.

Wirahadikusumah, M. 1981. Biokimia : Proteina, Enzima & Asam Nukleat. ITB.

Bandung.

SENARAI

Asam Nukleat : terdiri dari DNA dan RNA

Asam nukleat merupakan

makromolekul yang tersusun dari polimer nukleotida. Asam nukleat memiliki

fungsi utama dalam tubuh yaitu antara lain sebagai materi genetik dan juga

koenzim.

Asam nukleat yang berperan sebagai materi genetik adalah DNA dan RNA.

Sedangkan yang berperan sebagai koenzim antara lain adalah adalah ATP atau

Adenosine Triphospate, NAD atau Nicotinamide-adenine Dinucleotide, dan lain-

lain. Nukleotida sebagai monomer dari asam nukleat tersusun dari basa nitrogen,

sebuah gula pentosa, dan gugus fosfat.

DNA atau Deoxyribonucleic Acid adalah asam nukleat yang berperan sebagi materi

genetik dalam tubuh organisme. DNA berbentuk rantai ganda heliks dan tersusun

dari satu gula deoksiribosa, satu gugus fosfat dan basa nitrogen Adenin, Guanin,

Timin, dan Sitosin.

RNA atau Ribonucleic Acid adalah asam nukleat yang juga berperan sebagai materi

genetik yang ditranskirpsikan dari DNA. RNA berbentuk rantai tunggal dan

tersusun dari satu gula ribosa, satu gugus fosfat dan basa nitrogen Adenin, Guanin,

Urasil dan Sitosin.

ATP atau Adenosin Triphospate adalah asam nukleat yang berperan sebagai

koenzim. Koenzim akan bekerjasama dengan enzim untuk melakukan sebuah

fungsi. ATP tersusun dari tiga gugus fosfat, satu gula pentosa, dan satu basa

nitrogen adenin. ATP dapat terhidrolisis menjadi ADP atau Adenosin Diphospate

melalui hidrolisis.

Sedangkan koenzim lainnya adalah NAD atau disebut Nicotinamide-adenine

Dinucleotide yang terdiri dari dua nukleotida yang dihubungkan dengan dua gugus

fosfat dan mengandung basa nitrogen adenin dan yang lain adalah nikotinamida.

NAD dapat berubah menjadi NADH. Jika NAD berfungsi sebagai oksidator, maka

NADH berfungsi sebagai reduktor.

About these ads

Nov

28

STRUKTUR ASAM NUKLEAT

awalnya, banyak sekali pertanyaan-pertanyaan yang mau saya tenyakan pada

pembahasan asam nukleat. krn materi ini dulu saya anggap agak ribet...apalagi tentang

DNA, bgmna bisa jadi dobel helix lah,,knp namanya ada kata asam,,apa prbdan antara

DNA dan RNA,,dan msh bnyak yang saya bingungkan... Tapi, setelah konsul sama dosen

plus om gugel,,baru tau deh...ternyata gampang gan!..:) pertama, dinamakan asam

nukleat, kata "asam" karena gugus fosfat pada struktur asam nukleat menyumbangkan

sifat asam yang pada keadaan netral akan mudah melepaskan proton (H+)nya sehingga

sering disebut anion asam kuat (pada keadaan tertentu, fosfat akan bermuatan 4-).

sedangkan kata Nukleatnya, karena kebanyakan asam nukleat berada pada inti sel

(nukleus)... Komponen asam nukleat adalah 1. Gula ribosa

Gula dalam asam nukleat adalah jenis gula aldopentosa yakni Ribosa,,bisa dilihat struktur

pada gambar. struktur Hawort (siklik)nya menunjukkan posisi beta-Furanosa (beta untuk

posisi OH yang diatas, Furanosa untuk siklik dari 5 atom karbon)...PERHATIKAN untuk

C2 nya, disitulah letak perbedaan dari tiap jenis asam nukleat (DNA & RNA). untuk

RNA sama seperti gambar tadi, namun untuk DNA agak sedikit berbeda, dimana pada

atom C2 nya kehilangan atom O nya sehingga yang ada hanya subtituen H nya saja,

itulah dinamakan gula DEOKSIribosa.

2. Basa Nitrogen Nah, ini yang agak ribet dikit... Basa nitrogen seperti yang kita tau

adalah Purin dan Pirimidin.

basa Purin misalnya. berasan dari senyawa heterosiklik yang terdiri dari 2 gabungan

siklik (namanya bisiklik). sedangkan Pirimidin juga termasuk dalam snyawa heterosiklik,

namun pirimidin ini berasal dari turunan Piridin yang ditambahkan 1 atom N (kalo piridin

hanya 1 atom N nya). Purin punya turunan lagi, yakni Adenin dan guanin yang berbeda

dari strukurnya, begitu juga pirimidin yang terdiri dari timin, uracil, dan sitosi.

masing2 basa purin dan pirimidin akan saling berpasangan, seperti adenin akan selalu

berpasangan dengan timin pada DNA dan dengan Uracil pada RNA. sedangkan guanin

"setia"dengan sitosin baik di DNA maupun RNA. Nah, kenpa hal itu terjadi?? kenapa

adenin tidak brpsangan dengan timin atau hanya uracil saja, kenapa harus berbeda2

pasangan di tiap jenis asam nukleat? hehehe, hal ini karena mereka sudah berjodoh satu

sama lain, dalam hal ini masing2 pasangan akan saling membentuk kestabilan oleh

adanya ikatan hidrogen yang menghubungkan keduanya. dan juga sdh ada enzim2

tertentu yang bekerja pada masing2 jenis asam nukleat, sehingga bila pasangannya

"tertukar" enzim yang bekerja secara otomatis akan berhenti. 3. Gugus fosfat Inilah yang

menentukan sifat asam pada asam nukleat....

yang dikotak ungu itulah fosfatnya... pada keadaan netral, ia akan sangat mudah

melepaskan protonnya. makin mudah melepaskan protonnya, semakin asam. sehingga

disebut juga sebagai anion asam kuat. Nah,,, sudah tau komponennya....Sekarang, gimana

sih caranya mereka berikatan? lihat gambarnya cin...

Fosfatnya, berikatan dengan atom C5 nya, dan atom C3 dari nukleotida sebelumnya atau

sesudahnya. ini disebut sebagai ikatan fosfodiester, dimana ikatan ini menghubungkan

nukleotida 1 dengan lainnya. Nukleotida adalah unit molekul dari asam nukleat yang

terdiri dari fosfat, basa N, dan gula. nukleosida adalah unit molekul as. nukleat yang

terdiri dari gula dan basa N saja. untuk Basa N, pada Purin akan berikatan pada atom N9

nya dengan atom C1 dari gula. sedangkan Pirimidin berikana pada N1 nya dengan atom

C1 pada gula dengan membentuk ikatan N-glikosida (nukleosida). trus, kalo udah

berikatan, struktur primernya kayak gini nih...

pada ujung atas, berakhir pada C5 dan ujung bawah berakhir pada C3. ini berguna dalam

penulisn sekuensing asam nukleat. itulah disebut sebagai ujung 5'-3'... nah,,kalo RNA

kayak gitu aje struktrnya...cz RNA hanya trdiri dari 1 rantai aja...tapi klo yang rantai

ganda kayak DNA, berarti 2 rantai yang dihubungkan dengan ikatan hidrogen...

now...bisa dilihat, pasangan adenin timin hanya 2 rangkap ikatan hidrogen, krn pada

strukturnya tdk memungkinkan untuk membentuk 3 rangkap seperti pasangan guanin

sitosin. dilihat dari jaraknya antara O dan H apada pasangan adenin timin, sangat jauh.

sehingga tidak memungkinkan adanya interaksi. so,,, dobel heliksnya...

nah, untaian yang saling melilit ini, menyumbangkan kestabilan dan memperdekat jarak

(rise) antara pasang2 basanya, sehingga bisa menjadi utuh... untaian ganda ini juga

disusun secara anti paralel, pada rantai 1 dari 5'-3' dan rantai 2 dari 3'-5'. kenapa?? hal ini

dimaksudkan untuk memasangkan basa2 N nya. kalo dipasang secara paralel tidak akan

bertemu dengan pasangan2nya masing2. huuufft....akhirnya....secara g langsung, kita

udah bisa bedain antara DNA & RNA nih cin..

A. STRUKTUR KIMIA DAN KOMPONEN ASAM NUKLEAT

Asam nukleat utama di dalam inti sel adalah deoxyribonucleic acid (DNA). DNA

mengandung gula pentosa deoksiribosa sebagai salah satu komponennya. DNA sekarang

dikenal sebagai material genetik. Tipe asam nukleat yang lain adalah ribonucleic acid

(RNA) yang mengandung gula pentosa ribosa. Peran utamanya adalah transmisi

informasi genetik dari DNA ke protein.

Molekul DNA sangat besar, bahkan lebih besar daripada protein, sedangkan ukuran

molekul RNA relatif sama dengan protein. Hidrolisis sempurna DNA dan RNA oleh asam

menghasilkan: basa nitrogen, 2-deoksi-D-ribosa (atau ribosa untuk RNA) dan ortofosfat.

Ada dua tipe basa nitrogen dalam DNA dan RNA yaitu pirimidin dan purin. Basa

Pirimidin adalah turunan senyawa heterosiklik pirimidin:

Gambar 6.1 Struktur pirimidin.

Basa purin adalah turunan senyawa cincin fusi purin:

Gambar 6.2 Struktur purin.

Basa pirimidin

Basa pirimidin dalam DNA adalah timin dan sitosin, sedangkan dalam RNA adalah

urasil dan sitosin. Ketiga jenis basa ini berbeda dalam tipe dan posisi gugus kimia yang

terikat pada cincin.

• Timin adalah: 5 metil-2,4-dioksipirimidin

• Sitosin adalah: 2-oksi-4-aminopirimidin

• Urasil adalah: 2,4-dioksipirimidin

Berikut adalah struktur kimia dari ketiga jenis basa nitrogen tersebut

Gambar 6.3 Struktur Timin, sitosin dan urasil.

Basa Purin

Basa purin yang terdapat dalam DNA dan RNA adalah adenin dan guanin. Keduanya

berbeda dalam tipe dan posisi gugus kimia yang terikat pada cincin purin.

Adenin adalah: 6-aminopurin

Guanin adalah: 6-oksi-2-aminopurin

Berikut adalah struktur kimia dari kedua basa purin tersebut

Gambar 6.4 Struktur adenin dan guanin.

Bentuk Tautomerik Pirimidin dan Purin

Semua basa pirimidin dan purin dan berada dalam bentuk isomer alternatif yaitu

tautomer. Sebagai contoh, urasil dapat berada dalam bentuk enolnya seperti berikut:

Gambar 6.5 Bentuk keto dan enol dari urasil.

Tanda panah tebal menunjukkan bahwa bentuk keto adalah yang lebih banyak terdapat

pada pH netral.

Gula pentosa

Gula dalam DNA adalah 2-deoksi-D-ribosa, dan dalam RNA adalah D-ribosa. Berikut

adalah struktur kimia gula pentosa yang terdapat dalam DNA dan RNA:

Friedrich Miescher (1844-1895) adalah orang yang mengawali pengetahuan mengenai

kimia dan inti sel. Pada tahun 1868, dilaboratorium Hoppe-Syler di Tubingen, beliau

memilih sel yang terdapat pada nanah bekas pembalut luka, kemudian sel-sel tersebut

dilarutkan dalam asam encer dan dengan cara ini diperoleh inti sel yang masih terikat

pada sejumlah protein. Dengan menambahkan enzim pemecah protein ia dapat

memperoleh inti sel saja dan dengan cara ekstraksi terhadap inti sel diperoleh suatu zat

yang larut dalam basa tetapi tidak larut dalam asam. kemudian zat ini dinamakan

“nuclein” sekarang dikenal dengan nama nucleoprotein. Selanjutnya dibuktikan bahwa

asam nukleat merupakan salah satu senyawa pembentuk sel dan jaringan normal.

Beberapa fungsi penting asam nukleat adalah menyimpan, menstransmisi, dan

mentranslasi informasi genetik; metabolisme antara(intermediary metabolism) dan

reaksi-reaksi informasi energi; koenzim pembawa energi; koenzim pemindah asam asetat,

zat gula, senyawa amino dan biomolekul lainnya; koenzim reaksi oksidasi reduksi. Asam

nukleat dalam sel ada dua jenis yaitu DNA (deoxyribonucleic acid ) atau asam

deoksiribonukleat dan RNA (ribonucleic acid )a ta u asam ribonukleat. Baik DNA

maupun RNA berupa anion dan pada umumnya terikat oleh protein dan bersifat basa.

Misalnya DNA dalam inti sel terikat pada histon. Senyawa gabungan antara protein dan

asam nukleat disebutnucleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan polimer seperti

protein tetapi unit penyusunnya adalahnuk leotida . ATP adalah salah satu contoh

nukleotida asam nukleat bebas yang berperan sebagai pembawa energi.

Asam nukleat merupakan polimer besar dengan ukuran yang bervariasi antara 25.000

/1.000.000 s/d 1 milyar. Asam nukleat baik DNA maupun RNA tersusun dari monomer

nukleotida . Nukleotida tersusun dari gugus fosfat, basa nitrogen dan gula pentosa. Basa

nitrogen berasal dari kolompok purin dan pirimidin. Purin utama asam nukleat adalah

adenin dangua nin, sedangkan pirimidinnya adalah sitosin, timin danuras il.

Asam deoksiribonukleat

Struktur molekul DNA. Atom karbon berwarna hitam, oksigen merah, nitrogen biru,

fosfor hijau, dan hidrogen putih.

Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (deoxyribonucleic acid), adalah

sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap

organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di dalam inti sel.

Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya,

DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap

organisme. Di antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus

tidak termasuk organisme) seperti HIV (Human Immunodeficiency Virus).

Karakteristik kimia

Struktur untai komplementer DNA menunjukkan pasangan basa (adenina dengan timina

dan guanina dengan sitosina) yang membentuk DNA beruntai ganda.

DNA merupakan polimer yang terdiri dari tiga komponen utama,

gugus fosfat

gula deoksiribosa

basa nitrogen, yang terdiri dari:

Adenina (A)

Guanina (G)

Sitosina (C)

Timina (T)

Sebuah unit monomer DNA yang terdiri dari ketiga komponen tersebut dinamakan

nukleotida, sehingga DNA tergolong sebagai polinukleotida.

Rantai DNA memiliki lebar 22-24 Å, sementara panjang satu unit nukleotida 3,3

ÅWalaupun unit monomer ini sangatlah kecil, DNA dapat memiliki jutaan nukleotida

yang terangkai seperti rantai. Misalnya, kromosom terbesar pada manusia terdiri atas 220

juta nukleotida

Rangka utama untai DNA terdiri dari gugus fosfat dan gula yang berselang-seling. Gula

pada DNA adalah gula pentosa (berkarbon lima), yaitu 2-deoksiribosa. Dua gugus gula

terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester antara atom karbon ketiga pada

cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. Salah satu perbedaan utama

DNA dan RNA adalah gula penyusunnya; gula RNA adalah ribosa.

DNA terdiri atas dua untai yang berpilin membentuk struktur heliks ganda. Pada struktur

heliks ganda, orientasi rantai nukleotida pada satu untai berlawanan dengan orientasi

nukleotida untai lainnya. Hal ini disebut sebagai antiparalel. Masing-masing untai terdiri

dari rangka utama, sebagai struktur utama, dan basa nitrogen, yang berinteraksi dengan

untai DNA satunya pada heliks. Kedua untai pada heliks ganda DNA disatukan oleh

ikatan hidrogen antara basa-basa yang terdapat pada kedua untai tersebut. Empat basa

yang ditemukan pada DNA adalah adenina (dilambangkan A), sitosina (C, dari cytosine),

guanina (G), dan timina (T). Adenina berikatan hidrogen dengan timina, sedangkan

guanina berikatan dengan sitosina. Segmen polipeptida dari DNA disebut gen, biasanya

merupakan molekul RNA.

Fungsi biologis

Replikasi

Pada replikasi DNA, rantai DNA baru dibentuk berdasarkan urutan nukleotida pada DNA

yang digandakan.

Replikasi merupakan proses pelipatgandaan DNA. Proses replikasi ini diperlukan ketika

sel akan membelah diri. Pada setiap sel, kecuali sel gamet, pembelahan diri harus disertai

dengan replikasi DNA supaya semua sel turunan memiliki informasi genetik yang sama.

Pada dasarnya, proses replikasi memanfaatkan fakta bahwa DNA terdiri dari dua rantai

dan rantai yang satu merupakan "konjugat" dari rantai pasangannya. Dengan kata lain,

dengan mengetahui susunan satu rantai, maka susunan rantai pasangan dapat dengan

mudah dibentuk. Ada beberapa teori yang mencoba menjelaskan bagaimana proses

replikasi DNA ini terjadi. Salah satu teori yang paling populer menyatakan bahwa pada

masing-masing DNA baru yang diperoleh pada akhir proses replikasi; satu rantai tunggal

merupakan rantai DNA dari rantai DNA sebelumnya, sedangkan rantai pasangannya

merupakan rantai yang baru disintesis. Rantai tunggal yang diperoleh dari DNA

sebelumnya tersebut bertindak sebagai "cetakan" untuk membuat rantai pasangannya.

Proses replikasi memerlukan protein atau enzim pembantu; salah satu yang terpenting

dikenal dengan nama DNA polimerase, yang merupakan enzim pembantu pembentukan

rantai DNA baru yang merupakan suatu polimer. Proses replikasi diawali dengan

pembukaan untaian ganda DNA pada titik-titik tertentu di sepanjang rantai DNA. Proses

pembukaan rantai DNA ini dibantu oleh enzim helikase yang dapat mengenali titik-titik

tersebut, dan enzim girase yang mampu membuka pilinan rantai DNA. Setelah cukup

ruang terbentuk akibat pembukaan untaian ganda ini, DNA polimerase masuk dan

mengikat diri pada kedua rantai DNA yang sudah terbuka secara lokal tersebut. Proses

pembukaan rantai ganda tersebut berlangsung disertai dengan pergeseran DNA

polimerase mengikuti arah membukanya rantai ganda. Monomer DNA ditambahkan di

kedua sisi rantai yang membuka setiap kali DNA polimerase bergeser. Hal ini berlanjut

sampai seluruh rantai telah benar-benar terpisah.

Proses replikasi DNA ini merupakan proses yang rumit namun teliti. Proses sintesis rantai

DNA baru memiliki suatu mekanisme yang mencegah terjadinya kesalahan pemasukan

monomer yang dapat berakibat fatal. Karena mekanisme inilah kemungkinan terjadinya

kesalahan sintesis amatlah kecil.

Penggunaan DNA dalam teknologi

DNA dalam forensik

Ilmuwan forensik dapat menggunakan DNA yang terletak dalam darah, sperma, kulit, liur

atau rambut yang tersisa di tempat kejadian kejahatan untuk mengidentifikasi

kemungkinan tersangka, sebuah proses yang disebut fingerprinting genetika atau

pemrofilan DNA (DNA profiling). Dalam pemrofilan DNA panjang relatif dari bagian

DNA yang berulang seperti short tandem repeats dan minisatelit, dibandingkan.

Pemrofilan DNA dikembangkan pada 1984 oleh genetikawan Inggris Alec Jeffreys dari

Universitas Leicester, dan pertama kali digunakan untuk mendakwa Colin Pitchfork pada

1988 dalam kasus pembunuhan Enderby di Leicestershire, Inggris. Banyak yurisdiksi

membutuhkan terdakwa dari kejahatan tertentu untuk menyediakan sebuah contoh DNA

untuk dimasukkan ke dalam database komputer. Hal ini telah membantu investigator

menyelesaikan kasus lama di mana pelanggar tidak diketahui dan hanya contoh DNA

yang diperoleh dari tempat kejadian (terutama dalam kasus perkosaan antar orang tak

dikenal). Metode ini adalah salah satu teknik paling tepercaya untuk mengidentifikasi

seorang pelaku kejahatan, tetapi tidak selalu sempurna, misalnya bila tidak ada DNA

yang dapat diperoleh, atau bila tempat kejadian terkontaminasi oleh DNA dari banyak

orang.

DNA dalam komputasi

DNA memainkan peran penting dalam ilmu komputer, baik sebagai masalah riset dan

sebagai sebuah cara komputasi.

Riset dalam algoritma pencarian string, yang menemukan kejadian dari urutan huruf di

dalam urutan huruf yang lebih besar, dimotivasi sebagian oleh riset DNA, dimana

algoritma ini digunakan untuk mencari urutan tertentu dari nukleotida dalam sebuah

urutan yang besar. Dalam aplikasi lainnya seperti editor text, bahkan algoritma sederhana

untuk masalah ini biasanya mencukupi, tetapi urutan DNA menyebabkan algoritma-

algoritma ini untuk menunjukkan sifat kasus-mendekati-terburuk dikarenakan jumlah

kecil dari karakter yang berbeda.

Teori database juga telah dipengaruhi oleh riset DNA, yang memiliki masalah khusus

untuk menaruh dan memanipulasi urutan DNA. Database yang dikhususkan untuk riset

DNA disebut database genomik, dam harus menangani sejumlah tantangan teknis yang

unik yang dihubungkan dengan operasi pembandingan kira-kira, pembandingan urutan,

mencari pola yang berulang, dan pencarian homologi.

Sejarah

DNA pertama kali berhasil dimurnikan pada tahun 1868 oleh ilmuwan Swiss Friedrich

Miescher di Tubingen, Jerman, yang menamainya nuclein berdasarkan lokasinya di

dalam inti sel. Namun demikian, penelitian terhadap peranan DNA di dalam sel baru

dimulai pada awal abad 20, bersamaan dengan ditemukannya postulat genetika Mendel.

DNA dan protein dianggap dua molekul yang paling memungkinkan sebagai pembawa

sifat genetis berdasarkan teori tersebut.

Dua eksperimen pada dekade 40-an membuktikan fungsi DNA sebagai materi genetik.

Dalam penelitian oleh Avery dan rekan-rekannya, ekstrak dari sel bakteri yang satu gagal

men-transform sel bakteri lainnya kecuali jika DNA dalam ekstrak dibiarkan utuh.

Eksperimen yang dilakukan Hershey dan Chase membuktikan hal yang sama dengan

menggunakan pencari jejak radioaktif (: radioactive tracers).

Misteri yang belum terpecahkan ketika itu adalah: bagaimanakah struktur DNA sehingga

ia mampu bertugas sebagai materi genetik? Persoalan ini dijawab oleh Francis Crick dan

koleganya James Watson berdasarkan hasil difraksi sinar X pada DNA oleh Maurice

Wilkins dan Rosalind Franklin.

Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick mendefinisikan DNA sebagai polimer

yang terdiri dari 4 basa dari asam nukleat, dua dari kelompok purina:adenina dan

guanina; dan dua lainnya dari kelompok pirimidina:sitosina dan timina. Keempat

nukleobasa tersebut terhubung dengan glukosa fosfat.

Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin menemukan bahwa molekul DNA berbentuk

heliks yang berputar setiap 3,4 nm, sedangkan jarak antar molekul nukleobasa adalah

0,34 nm, hingga dapat ditentukan bahwa terdapat 10 molekul nukleobasa pada setiap

putaran DNA. Setelah diketahui bahwa diameter heliks DNA sekitar 2 nm, baru diketahui

bahwa DNA terdiri bukan dari 1 rantai, melainkan 2 rantai heliks.

Crick, Watson, dan Wilkins mendapatkan hadiah Nobel Kedokteran pada 1962 atas

penemuan ini. Franklin, karena sudah wafat pada waktu itu, tidak dapat dianugerahi

hadiah ini.

Konfirmasi akhir mekanisme replikasi DNA dilakukan lewat percobaan Meselson-Stahl

yang dilakukan tahun 1958.

Asam ribonukleat

Asam ribonukleat (ribonucleic acid, RNA) senyawa yang merupakan bahan genetik dan

memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok (central dogma)

genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan

ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein.

Struktur RNA

Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari

sejumlah nukleotida. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus pentosa,

dan satu gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan berselang-seling

antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus pentosa dari nukleotida yang lain.

Perbedaan RNA dengan DNA terletak pada satu gugus hidroksil cincin gula pentosa,

sehingga dinamakan ribosa, sedangkan gugus pentosa pada DNA disebut deoksiribosa.

Basa nitrogen pada RNA sama dengan DNA, kecuali basa timina pada DNA diganti

dengan urasil pada RNA. Jadi tetap ada empat pilihan: adenina, guanina, sitosina, atau

urasil untuk suatu nukleotida.

Selain itu, bentuk konformasi RNA tidak berupa pilin ganda sebagaimana DNA, tetapi

bervariasi sesuai dengan tipe dan fungsinya.

Tipe-tipe RNA

RNA hadir di alam dalam berbagai macam/tipe. Sebagai bahan genetik, RNA berwujud

sepasang pita (Inggris double-stranded RNA, dsRNA). Genetika molekular klasik

mengajarkan, pada eukariota terdapat tiga tipe RNA yang terlibat dalam proses sintesis

protein:

1. RNA-kurir (bahasa Inggris: messenger-RNA, mRNA), yang disintesis dengan

RNA polimerase I.

2. RNA-ribosom (bahasa Inggris: ribosomal-RNA, rRNA), yang disintesis dengan

RNA polimerase II

3. RNA-transfer (bahasa Inggris: transfer-RNA, tRNA), yang disintesis dengan

RNA polimerase III

Pada akhir abad ke-20 dan awal abad ke-21 diketahui bahwa RNA hadir dalam berbagai

macam bentuk dan terlibat dalam proses pascatranslasi. Dalam pengaturan ekspresi

genetik orang sekarang mengenal RNA-mikro (miRNA) yang terlibat dalam "peredaman

gen" atau gene silencing dan small-interfering RNA (siRNA) yang terlibat dalam proses

pertahanan terhadap serangan virus.

Fungsi RNA

Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA merupakan bahan genetik. Ia

berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik, sebagaimana DNA pada organisme

hidup lain. Ketika virus ini menyerang sel hidup, RNA yang dibawanya masuk ke

sitoplasma sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh sel inang untuk menghasilkan

virus-virus baru.

Namun demikian, peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara

DNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua

organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa

nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk

'triplet', tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi

dengan satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein.

Lihat ekspresi genetik untuk keterangan lebih lanjut.

Penelitian mutakhir atas fungsi RNA menunjukkan bukti yang mendukung atas teori

'dunia RNA', yang menyatakan bahwa pada awal proses evolusi, RNA merupakan bahan

genetik universal sebelum organisme hidup memakai DNA.

Interferensi RNA

Suatu gejala yang baru ditemukan pada penghujung abad ke-20 adalah adanya

mekanisme peredaman (silencing) dalam ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa

RNA tidak diterjemahkan (translasi) menjadi protein oleh tRNA. Ini terjadi karena

sebelum sempat ditranslasi, mRNA dicerna/dihancurkan oleh suatu mekanisme yang

disebut sebagai "interferensi RNA". Mekanisme ini melibatkan paling sedikit tiga

substansi (enzim dan protein lain). Gejala ini pertama kali ditemukan pada nematoda

Caenorhabditis elegans tetapi selanjutnya ditemukan pada hampir semua kelompok

organisme hidup.

Sel dan Organela sel

Sel selaput penyusun umbi bawang bombay (Allium cepa). Tampak dinding sel dan inti

sel (berupa noktah di dalam setiap 'ruang'). Perbesaran 400 kali.

Sel merupakan unit organisasi terkecil yang menjadi dasar kehidupan dalam arti biologis.

Semua fungsi kehidupan diatur dan berlangsung di dalam sel. Karena itulah, sel dapat

berfungsi secara autonom asalkan seluruh kebutuhan hidupnya terpenuhi.

Semua organisme selular terbagi ke dalam dua golongan besar berdasarkan arsitektur

basal dari selnya, yaitu organisme prokariota dan organisme eukariota.[1]

Organisme prokariota tidak memiliki inti sel dan mempunyai organisasi internal sel yang

relatif lebih sederhana. Prokariota terbagi menjadi dua kelompok yang besar: eubakteria

yang meliputi hampir seluruh jenis bakteri, dan archaea, kelompok prokariota yang

sangat mirip dengan bakteri dan berkembang-biak di lingkungan yang ekstrim seperti

sumber air panas yang bersifat asam atau air yang mengandung kadar garam yang sangat

tinggi. Genom prokariota terdiri dari kromosom tunggal yang melingkar, tanpa organisasi

DNA.

Organisme eukariota memiliki organisasi intraselular yang jauh lebih kompleks, antara

lain dengan membran internal, organel yang memiliki membran tersendiri seperti inti sel

dan sitoskeleton yang sangat terstruktur. Sel eukariota memiliki beberapa kromosom

linear di dalam nuklei, di dalamnya terdapat sederet molekul DNA yang sangat panjang

yang terbagi dalam paket-paket yang dipisahkan oleh histon dan protein yang lain.

Jika panjang DNA diberi notasi C dan jumlah kromosom dalam genom diberi notasi n,

maka notasi 2nC menunjukkan genom sel diploid, 1nC menunjukkan genom sel haploid,

3nC menunjukkan genom sel triploid, 4nC menunjukkan genom sel tetraploid. Pada

manusia, C = 3,5 × 10-12 g, dengan n = 23, sehingga genom manusia dirumuskan menjadi

2 x 23 x 3,5 × 10-12, karena sel eukariota manusia memiliki genom diploid.

Sejenis sel diploid yaitu sel nutfah dapat terdiferensiasi menjadi sel gamet haploid.

Genom sel gamet pada manusia memiliki 23 kromosom, 22 diantaranya merupakan

otosom, sisanya merupakan kromosom genital. Pada oosit, kromosom genital senantiasa

memiliki notasi X, sedangkan pada spermatosit, kromosom dapat berupa X maupun Y.

Setelah terjadi fertilisasi antara kedua sel gamet yang berbeda kromosom genitalnya,

terbentuklah sebuah zigot diploid. Notasi genom yang digunakan untuk zigot adalah

46,XX atau 46,XY.

Pada umumnya sel somatik merupakan sel diploid, namun terdapat beberapa

perkecualian, antara lain: sel darah merah dan keratinosit memiliki genom nuliploid.

Hepatosit bergenom tetraploid 4nC, sedang megakariosit pada sumsum tulang belakang

memiliki genom poliploid hingga 8nC, 16nC atau 32nC dan dapat melakukan proliferasi

hingga menghasilkan ribuan sel nuliploid. Banyaknya ploidi pada sel terjadi sebagai

akibat dari replikasi DNA yang tidak disertai pembelahan sel, yang lazim disebut sebagai

endomitosis.

Sejarah penemuan sel Robert Hooke Pada awalnya sel digambarkan pada tahun 1665

oleh seorang ilmuwan Inggris Robert Hooke yang telah meneliti irisan tipis gabus melalui

mikroskop yang dirancangnya sendiri. Kata sel berasal dari kata bahasa Latin cellula

yang berarti rongga/ruangan.

Pada tahun 1835, sebelum teori Sel merupakan unit organisasi terkecil yang menjadi

dasar kehidupan dalam arti biologis. Semua fungsi kehidupan diatur dan berlangsung di

dalam sel. Karena itulah, sel dapat berfungsi secara autonom asalkan seluruh kebutuhan

hidupnya terpenuhi.

Semua organisme selular terbagi ke dalam dua golongan besar berdasarkan arsitektur

basal dari selnya, yaitu organisme prokariota dan organisme eukariota.

Organisme prokariota tidak memiliki inti sel dan mempunyai organisasi internal sel yang

relatif lebih sederhana. Prokariota terbagi menjadi dua kelompok yang besar: eubakteria

yang meliputi hampir seluruh jenis bakteri, dan archaea, kelompok prokariota yang

sangat mirip dengan bakteri dan berkembang-biak di lingkungan yang ekstrim seperti

sumber air panas yang bersifat asam atau air yang mengandung kadar garam yang sangat

tinggi. Genom prokariota terdiri dari kromosom tunggal yang melingkar, tanpa organisasi

DNA.

Organisme eukariota memiliki organisasi intraselular yang jauh lebih kompleks, antara

lain dengan membran internal, organel yang memiliki membran tersendiri seperti inti sel

dan sitoskeleton yang sangat terstruktur. Sel eukariota memiliki beberapa kromosom

linear di dalam nuklei, di dalamnya terdapat sederet molekul DNA yang sangat panjang

yang terbagi dalam paket-paket yang dipisahkan oleh histon dan protein yang lain.

Jika panjang DNA diberi notasi C dan jumlah kromosom dalam genom diberi notasi n,

maka notasi 2nC menunjukkan genom sel diploid, 1nC menunjukkan genom sel haploid,

3nC menunjukkan genom sel triploid, 4nC menunjukkan genom sel tetraploid. Pada

manusia, C = 3,5 × 10-12 g, dengan n = 23, sehingga genom manusia dirumuskan

menjadi 2 x 23 x 3,5 × 10-12, karena sel eukariota manusia memiliki genom diploid.

Sejenis sel diploid yaitu sel nutfah dapat terdiferensiasi menjadi sel gamet haploid.

Genom sel gamet pada manusia memiliki 23 kromosom, 22 diantaranya merupakan

otosom, sisanya merupakan kromosom genital. Pada oosit, kromosom genital senantiasa

memiliki notasi X, sedangkan pada spermatosit, kromosom dapat berupa X maupun Y.

Setelah terjadi fertilisasi antara kedua sel gamet yang berbeda kromosom genitalnya,

terbentuklah sebuah zigot diploid. Notasi genom yang digunakan untuk zigot adalah

46,XX atau 46,XY.

Pada umumnya sel somatik merupakan sel diploid, namun terdapat beberapa

perkecualian, antara lain: sel darah merah dan keratinosit memiliki genom nuliploid.

Hepatosit bergenom tetraploid 4nC, sedang megakariosit pada sumsum tulang belakang

memiliki genom poliploid hingga 8nC, 16nC atau 32nC dan dapat melakukan proliferasi

hingga menghasilkan ribuan sel nuliploid. Banyaknya ploidi pada sel terjadi sebagai

akibat dari replikasi DNA yang tidak disertai pembelahan sel, yang lazim disebut sebagai

endomitosis. sel menjadi lengkap, Jan Evangelista Purkyně melakukan pengamatan

terhadap granula pada tanaman melalui mikroskop. Teori sel kemudian dikembangkan

pada tahun 1839 oleh Matthias Jakob Schleiden dan Theodor Schwann yang mengatakan

bahwa semua makhluk hidup atau organisme tersusun dari satu sel tunggal, yang disebut

uniselular, atau lebih, yang disebut multiselular. Semua sel berasal dari sel yang telah ada

sebelumnya, di dalam sel terjadi fungsi-fungsi vital demi kelangsungan hidup organisme

dan terdapat informasi mengenai regulasi fungsi tersebut yang dapat diteruskan pada

generasi sel berikutnya.

Struktur sel dan fungsi-fungsinya secara menakjubkan hampir serupa untuk semua

organisme, namun jalur evolusi yang ditempuh oleh masing-masing golongan besar

organisme (Regnum) juga memiliki kekhususan sendiri-sendiri. Sel-sel prokariota

beradaptasi dengan kehidupan uniselular sedangkan sel-sel eukariota beradaptasi untuk

hidup saling bekerja sama dalam organisasi yang sangat rapi.

Perkembangan sel

Di dalam tubuh manusia, telah dikenali sekitar 210 jenis sel. Sebagaimana organisme

multiselular lainnya, kehidupan manusia juga dimulai dari sebuah sel embrio diploid hasil

dari fusi haploid oosit dan spermatosit yang kemudian mengalami serangkaian mitosis.

Pada tahap awal, sel-sel embrio bersifat totipoten, setiap sel memiliki kapasitas untuk

terdiferensiasi menjadi salah satu dari seluruh jenis sel tubuh. Selang berjalannya tahap

perkembangan, kapasitas diferensiasi menjadi menurun menjadi pluripoten, hingga

menjadi sel progenitor yang hanya memiliki kapasitas untuk terdiferensiasi menjadi satu

jenis sel saja, dengan kapasitas unipoten.

Pada level molekular, perkembangan sel dikendalikan melalui suatu proses pembelahan

sel, diferensiasi sel, morfogenesis dan apoptosis. Tiap proses, pada awalnya, diaktivasi

secara genetik, sebelum sel tersebut dapat menerima sinyal mitogenik dari lingkungan di

luar sel.

Proses pembelahan sel

Siklus sel adalah proses duplikasi secara akurat untuk menghasilkan jumlah DNA

kromosom yang cukup banyak dan mendukung segregasi untuk menghasilkan dua sel

anakan yang identik secara genetik. Proses ini berlangsung terus-menerus dan berulang

(siklik)

Pertumbuhan dan perkembangan sel tidak lepas dari siklus kehidupan yang dialami sel

untuk tetap bertahan hidup. Siklus ini mengatur pertumbuhan sel dengan meregulasi

waktu pembelahan dan mengatur perkembangan sel dengan mengatur jumlah ekspresi

atau translasi gen pada masing-masing sel yang menentukan diferensiasinya.

Fase pada siklus sel

1. Fasa S (sintesis): Tahap terjadinya replikasi DNA

2. Fasa M (mitosis): Tahap terjadinya pembelahan sel (baik pembelahan biner atau

pembentukan tunas)

3. Fasa G (gap): Tahap pertumbuhan bagi sel.

1. Fasa G0, sel yang baru saja mengalami pembelahan berada dalam

keadaan diam atau sel tidak melakukan pertumbuhan maupun

perkembangan. Kondisi ini sangat bergantung pada sinyal atau rangsangan

baik dari luar atau dalam sel. Umum terjadi dan beberapa tidak

melanjutkan pertumbuhan (dorman) dan mati.

2. Fasa G1, sel eukariot mendapatkan sinyal untuk tumbuh, antara

sitokinesis dan sintesis.

3. Fasa G2, pertumbuhan sel eukariot antara sintesis dan mitosis.

Fasa tersebut berlangsung dengan urutan S > G2 > M > G0 > G1 > kembali ke S.

Dalam konteks Mitosis, fase G dan S disebut sebagai Interfase.

Diferensiasi sel

Regenerasi sel adalah proses pertumbuhan dan perkembangan sel yang bertujuan untuk

mengisi ruang tertentu pada jaringan atau memperbaiki bagian yang rusak.

Diferensiasi sel adalah proses pematangan suatu sel menjadi sel yang spesifik dan

fungsional, terletak pada posisi tertentu di dalam jaringan, dan mendukung fisiologis

hewan. Misalnya, sebuah stem cell mampu berdiferensiasi menjadi sel kulit.

Saat sebuah sel tunggal, yaitu sel yang telah dibuahi, mengalami pembelahan berulang

kali dan menghasilkan pola akhir dengan keakuratan dan kompleksitas yang spektakuler,

sel itu telah mengalami regenerasi dan diferensiasi.

Regenerasi dan diferensiasi sel hewan ditentukan oleh genom. Genom yang identik

terdapat pada setiap sel, namun mengekspresikan set gen yang berbeda, bergantung pada

jumlah gen yang diekspresikan. Misalnya, pada sel retina mata, tentu gen penyandi

karakteristik penangkap cahaya terdapat dalam jumlah yang jauh lebih banyak daripada

ekspresi gen indera lainnya.

Morfogenesis

Pengekspresian gen itu sendiri mempengaruhi jumlah sel, jenis sel, interaksi sel, bahkan

lokasi sel. Oleh karena itu, sel hewan memiliki 4 proses esensial pengkonstruksian

embrio yang diatur oleh ekspresi gen, sebagai berikut:

Proliferasi sel

menghasilkan banyak sel dari satu sel

Spesialisasi sel

menciptakan sel dengan karakteristik berbeda pada posisi yang berbeda

Interaksi sel

mengkoordinasi perilaku sebuah sel dengan sel tetangganya

Pergerakan sel

menyusun sel untuk membentuk struktur jaringan dan organ

Pada embrio yang berkembang, keempat proses ini berlangsung bersamaan. Tidak ada

badan pengatur khusus untuk proses ini. Setiap sel dari jutaan sel embrio harus membuat

keputusannya masing-masing, menurut jumlah kopi instruksi genetik dan kondisi khusus

masing-masing sel.

Sel tubuh, seperti otot, saraf, dsb. tetap mempertahankan karakteristik karena masih

mengingat sinyal yang diberikan oleh nenek moyangnya saat awal perkembangan embrio.

Apoptosis

Apoptosis merupakan bagian dari perkembangan sel, sel tidak dapat mati begitu saja

tanpa suatu mekanisme yang tertanam di dalam sel, yang dapat diaktivasi oleh sinyal

internal maupun eksternal.

Struktur sel

Sel eukariota

Secara umum setiap sel memiliki

membran sel,

sitoplasma, dan

inti sel atau nukleus.

Sitoplasma dan inti sel bersama-sama disebut sebagai protoplasma. Sitoplasma berwujud

cairan kental (sitosol) yang di dalamnya terdapat berbagai organel yang memiliki fungsi

yang terorganisasi untuk mendukung kehidupan sel. Organel memiliki struktur terpisah

dari sitosol dan merupakan "kompartementasi" di dalam sel, sehingga memungkinkan

terjadinya reaksi yang tidak mungkin berlangsung di sitosol. Sitoplasma juga didukung

oleh jaringan kerangka yang mendukung bentuk sitoplasma sehingga tidak mudah

berubah bentuk.

Organel-organel yang ditemukan pada sitoplasma adalah

mitokondria (kondriosom)

badan Golgi (diktiosom)

retikulum endoplasma

plastida (khusus tumbuhan, mencakup leukoplas, kloroplas, dan kromoplas)

vakuola (khusus tumbuhan)

Sel prokariota

Sel tumbuhan dan sel bakteri memiliki lapisan di luar membran yang dikenal sebagai

dinding sel. Dinding sel bersifat tidak elastis dan membatasi perubahan ukuran sel.

Keberadaan dinding sel juga menyebabkan terbentuknya ruang antarsel, yang pada

tumbuhan menjadi bagian penting dari transportasi hara dan mineral di dalam tubuh

tumbuhan.

Sel tumbuhan, sel hewan, dan sel bakteri mempunyai beberapa perbedaan seperti berikut:

Sel tumbuhan Sel hewan Sel bakteri

Sel tumbuhan lebih besar

daripada sel hewan.

Sel hewan lebih kecil daripada sel

tumbuhan.

Sel bakteri sangat

kecil.

Mempunyai bentuk yang

tetap.

Tidak mempunyai bentuk yang

tetap.

Mempunyai bentuk

yang tetap.

Mempunyai dinding sel

[cell wall] dari selulosa.

Tidak mempunyai dinding sel [cell

wall].

Mempunyai dinding

sel [cell wall] dari

lipoprotein.

Mempunyai plastida. Tidak mempunyai plastida. Tidak mempunyai

plastida.

Mempunyai vakuola

[vacuole] atau rongga sel

yang besar.

Tidak mempunyai vakuola

[vacuole], walaupun kadang-

kadang sel beberapa hewan

uniseluler memiliki vakuola (tapi

tidak sebesar yang dimiliki

tumbuhan). Yang biasa dimiliki

hewan adalah vesikel atau

[vesicle].

Tidak mempunyai

vakuola.

Menyimpan tenaga

dalam bentuk butiran

(granul) pati.

Menyimpan tenaga dalam bentuk

butiran (granul) glikogen.

-

Tidak Mempunyai

sentrosom [centrosome].

Mempunyai sentrosom

[centrosome].

Tidak Mempunyai

sentrosom

[centrosome].

Tidak memiliki lisosom

[lysosome].

Memiliki lisosom [lysosome].

Nukleus lebih kecil

daripada vakuola.

Nukleus lebih besar daripada

vesikel.

Tidak memiliki

nukleus dalam arti

sebenarnya.

Perbedaan pertumbuhan dan perkembangan sel hewan dan tanaman

Secara umum, perbedaan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut:

Hewan Tumbuhan

Terdapat sentriol Tidak ada sentriol

Tidak ada pembentukan dinding sel Terdapat sitokinesis dan pembentukan

dinding sel

Ada kutub animal dan vegetal Tidak ada perbedaan kutub embriogenik,

yang ada semacam epigeal dan hipogeal

Jaringan sel hewan bergerak menjadi

bentuk yang berbeda

Jaringan sel tumbuhan tumbuh menjadi

bentuk yang berbeda

Terdapat proses gastrulasi Terdapat proses histodiferensiasi

Tidak terdapat jaringan embrionik seumur

hidup

Meristem sebagai jaringan embrionik

seumur hidup

Terdapat batasan pertumbuhan (ukuran

tubuh)

Tidak ada batasan pertumbuhan, kecuali

kemampuan akar dalam hal menopang

berat tubuh bagian atas

Apoptosis untuk perkembangan jaringan, Tidak ada "Apoptosis", yang ada lebih ke

melibatkan mitokondria dan caspase arah proteksi diri, tidak melibatkan

mitokondria

Sel-sel khusus

Sel Tidak Berinti, contohnya trombosit dan eritrosit (Sel darah merah). Di dalam

sel darah merah, terdapat hemoglobin sebagai pengganti nukleus (inti sel).

Sel Berinti Banyak, contohnya Paramecium sp dan sel otot

Sel hewan berklorofil, contohnya euglena sp. Euglena sp adalah hewan uniseluler

berklorofil.

Sel pendukung, contohnya adalah sel xilem. Sel xilem akan mati dan

meninggalkan dinding sel sebagai "tulang" dan saluran air. Kedua ini sangatlah

membantu dalam proses transpirasi pada tumbuhan.

STRUKTUR DAN FUNGSI SEL

Penelitian menunjukkan bahwa satuan unit terkecil dari kehidupan adalah Sel. Kata “sel”

itu sendiri dikemukakan oleh Robert Hooke yang berarti “kotak-kotak kosong”, setelah ia

mengamati sayatan gabus dengan mikroskop. Selanjutnya disimpulkan bahwa sel terdiri

dari kesatuan zat yang dinamakan Protoplasma. Istilah protoplasma pertama kali dipakai

oleh Johannes Purkinje; menurut Johannes Purkinje protoplasma dibagi menjadi dua

bagian yaitu Sitoplasma dan Nukleoplasma Robert Brown mengemukakan bahwa

Nukleus (inti sel) adalah bagian yang memegang peranan penting dalam sel,Rudolf

Virchow mengemukakan sel itu berasal dari sel (Omnis Cellula E Cellula).

ANATOMI DAN FISIOLOGI SEL

Secara anatomis sel dibagi menjadi 3 bagian, yaitu:

1. Selaput Plasma (Membran Plasma atau Plasmalemma).

2. Sitoplasma dan Organel Sel.

3. Inti Sel (Nukleus).

1. Selaput Plasma (Plasmalemma)Yaitu selaput atau membran sel yang terletak paling

luar yang tersusun dari senyawa kimia Lipoprotein (gabungan dari senyawa lemak atau

Lipid dan senyawa Protein). Lipoprotein ini tersusun atas 3 lapisan yang jika ditinjau dari

luar ke dalam urutannya adalah:Protein – Lipid – Protein Þ Trilaminer Layer

Lemak bersifat Hidrofebik (tidak larut dalam air) sedangkan protein bersifat Hidrofilik

(larut dalam air); oleh karena itu selaput plasma bersifat Selektif Permeabel atau Semi

Permeabel (teori dari Overton).

Selektif permeabel berarti hanya dapat memasukkan di lewati molekul tertentu saja.

Fungsi dari selaput plasma ini adalah menyelenggarakan Transportasi zat dari sel yang

satu ke sel yang lain.

Khusus pada sel tumbahan, selain mempunyai selaput plasma masih ada satu struktur lagi

yang letaknya di luar selaput plasma yang disebut Dinding Sel (Cell Wall).

Dinding sel tersusun dari dua lapis senyawa Selulosa, di antara kedua lapisan selulosa

tadi terdapat rongga yang dinamakan Lamel Tengah (Middle Lamel) yang dapat terisi

oleh zat-zat penguat seperti Lignin, Chitine, Pektin, Suberine dan lain-lain. Selain itu

pada dinding sel tumbuhan kadang-kadang terdapat celah yang disebut Noktah. Pada

Noktah/Pit sering terdapat penjuluran Sitoplasma yang disebut Plasmodesma yang

fungsinya hampir sama dengan fungsi saraf pada hewan.

2. Sitoplasma dan Organel Sel.

Bagian yang cair dalam sel dinamakan Sitoplasma khusus untuk cairan yang berada

dalam inti sel dinamakan Nukleoplasma), sedang bagian yang padat dan memiliki fungsi

tertentu digunakan Organel Sel. Penyusun utama dari sitoplasma adalah air (90%),

berfungsi sebagai pelarut zat-zat kimia serta sebagai media terjadinya reaksi kirnia

sel.Organel sel adalah benda-benda solid yang terdapat di dalam sitoplasma dan bersifat

hidup(menjalankan fungsi-fungsi kehidupan).

Organel Sel tersebut antara lain :

a. Retikulum Endoplasma (RE.)Yaitu struktur berbentuk benang-benang yang bermuara

di inti sel. Dikenal dua jenis RE yaitu :• RE. Granuler (Rough E.R)• RE. Agranuler

(Smooth E.R)

Fungsi R.E. adalah : sebagai alat transportasi zat-zat di dalam sel itu sendiri. Struktur

R.E. hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron.

b. Ribosom (Ergastoplasma), Struktur ini berbentuk bulat terdiri dari dua partikel besar

dan kecil, ada yang melekat sepanjang R.E. dan ada pula yang soliter. Ribosom

merupakan organel sel terkecil yang tersuspensi di dalam sel.

Fungsi dari ribosom adalah : tempat sintesis protein.Struktur ini hanya dapat dilihat

dengan mikroskop elektron.

c. Miitokondria (The Power House), Struktur berbentuk seperti cerutu ini mempunyai dua

lapis membran.Lapisan dalamnya berlekuk-lekuk dan dinamakan KristaFungsi

mitokondria adalah sebagai pusat respirasi seluler yang menghasilkan banyak ATP

(energi) ; karena itu mitokondria diberi julukan “The Power House”.

d. Lisosom, Fungsi dari organel ini adalah sebagai penghasil dan penyimpan enzim

pencernaan seluler. Salah satu enzi nnya itu bernama Lisozym.

e. Badan Golgi (Apparatus Golgi = Diktiosom) Organel ini dihubungkan dengan fungsi

ekskresi sel, dan struktur ini dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa.

Organel ini banyak dijumpai pada organ tubuh yang melaksanakan fungsi ekskresi,

misalnya ginjal.

f. Sentrosom (Sentriol) Struktur berbentuk bintang yang berfungsi dalam pembelahan sel

(Mitosis maupun Meiosis). Sentrosom bertindak sebagai benda kutub dalam mitosis dan

meiosis. Struktur ini hanya dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop elektron.

g. Plastida Dapat dilihat dengan mikroskop cahaya biasa.

Dikenal tiga jenis plastida yaitu :

1. Lekoplas (plastida berwarna putih berfungsi sebagai penyimpan makanan),terdiri dari:

• Amiloplas (untak menyimpan amilum) dan,• Elaioplas (Lipidoplas) (untukmenyimpan

lemak/minyak).• Proteoplas (untuk menyimpan protein).

2. Kloroplas yaitu plastida berwarna hijau. Plastida ini berfungsi menghasilkan klorofil

dan sebagai tempat berlangsungnya fotosintesis.

3. Kromoplas yaitu plastida yang mengandung pigmen, misalnya :• Karotin (kuning)•

Fikodanin (biru)• Fikosantin (kuning)• Fikoeritrin (merah)

h. Vakuola (RonggaSel) Beberapa ahli tidak memasukkan vakuola sebagai organel sel.

Benda ini dapat dilihat dengan mikroskop cahaya biasa. Selaput pembatas antara vakuola

dengan sitoplasma disebut TonoplasVakuola berisi :• garam-garam organik• glikosida•

tanin (zat penyamak)• minyak eteris (misalnya Jasmine pada melati, Roseine pada mawar

Zingiberine pada jahe)• alkaloid (misalnya Kafein, Kinin, Nikotin, Likopersin dan lain-

lain)• enzim• butir-butir patiPada boberapa spesies dikenal adanya vakuola kontraktil dan

vaknola non kontraktil.

i. Mikrotubulus Berbentuk benang silindris, kaku, berfungsi untuk mempertahankan

bentuk sel dan sebagai “rangka sel”. Contoh organel ini antara lain benang-benang

gelembung pembelahan Selain itu mikrotubulus berguna dalam pembentakan Sentriol,

Flagela dan Silia.

j. MikrofilamenSeperti Mikrotubulus, tetapi lebih lembut. Terbentuk dari komponen

utamanya yaitu protein aktin dan miosin (seperti pada otot). Mikrofilamen berperan

dalam pergerakan sel.k. Peroksisom (Badan Mikro) Ukurannya sama seperti Lisosom.

Organel ini senantiasa berasosiasi dengan organel lain, dan banyak mengandung enzim

oksidase dan katalase (banyak disimpan dalam sel-sel hati).

3. Inti Sel (Nukleus)Inti sel terdiri dari bagian-bagian yaitu :• Selapue Inti (Karioteka)•

Nukleoplasma (Kariolimfa)• Kromatin / Kromosom • Nukleolus(anak inti).Berdasarkan

ada tidaknya selaput inti kita mengenal 2 penggolongan sel yaitu :• Sel Prokariotik (sel

yang tidak memiliki selaput inti), misalnya dijumpaipada bakteri, ganggang biru.• Sel

Eukariotik (sel yang memiliki selaput inti). Fungsi dari inti sel adalah : mengatur semua

aktivitas (kegiatan) sel, karena di dalam inti sel terdapat kromosom yang berisi ADN

yang mengatur sintesis protein.

Organel

Skema sel hewan khusus yang menunjukkan komoponen subsel. Organel: (1) nukleolus

(2) nukleus (3) ribosom (4) vesikula (5) retikulum endoplasma kasar (RE) (6) badan

Golgi(7) Sitoskeleton (8) RE halus (9) mitokondria (10) vakuola (11) sitoplasma (12)

lisosom (13) sentriol

Dalam bidang biologi sel, organel ialah salah satu dari beberapa struktur dengan fungsi

khusus yang terapung-apung dalam sitoplasma sel eukariot. Dahulu, organel dikenali

melalui penggunaan mikroskop, serta juga melalui penggunaan fraksinasi sel.

Beberapa organel yang besar mungkin berasal dari bakteri endosimbion:

kloroplas

plastida lain, seperti leukoplas, amiloplas, etioplas, elaioplas, rodoplas, dan

kromoplas.

mitokondria.

Organel yang lain termasuk:

akrosom

sentriol

silium/flagelum

retikulum endoplasma

glioksisom

badan Golgi

lisosom

melanosom

mitosom

miofibril

nukleolus

nukleus

parentesom

peroksisom

ribosom

vakuola

vesikula

Struktur-struktur lain yang berkaitan:

sitosol

sistem endomembran

nukleosom

mikrotubulus

membran sel

Fungsi Organela-organela Sel

a. Membran Plasma

Tersusun atas lemak (lipid) dan protein (lipoprotein).

Fungsi: melindungi sel, mengatur keluar masuknya zat dan sebagai penerima rangsang

dari luar sel.

2. Sitoplasma

Tersusun atas:

- cairan: sitosol

- padatan: berupa organela-organela

Fungsi: tempat berlangsungnya reaksi metabolisme sel.

c. Nukleus

Merupakan organel terbesar, berbentuk bulat, membran rangkap. Di dalam nukleus

terdapat nukleoplasma, yang terdiri atas benang 'kromatin' yang tersusun atas DNA, RNA

dan protein. Selain itu terkadang terbentuk nukleolus

Fungsi: pengendali seluruh aktivitas sel, pengatur pembelahan sel dan pembawa

informasi genetik.

d. Sentriol

Hanya dimiliki sel hewan.

Fungsi: menarik kromosom menuju ke kutub.

e. Retikulum Endoplasma (RE)

Berbentuk benang-benang jala meliputi:

- RE kasar: terdapat ribosom, b'fungsi utk transpor & sintesis protein.

- RE halus: tdk t'dpt ribosom, b'fungsi utk transpor & sintesis lemak & steroid.

f. Ribosom

Tersusun dr protein & RNA, b'bentuk bulat & tdk b'membran.

Fungsi: tempat b'langsungnya sintesis protein.

g. Kompleks Golgi

Terdiri atas membran b'bentuk kantong pipih. Pd sel tumbuhan, kompleks golgi disebut

diktiosom.

Fungsi: sekresi polisakarida, protein & lendir (musin).

h. Lisosom

Merupakan membran b'bentuk kantong kecil b'isi enzim hidrolitik yg b'fungsi dlm

pencernaan intrasel.

Fungsi lain:

- mencerna materi yg diambil secara endositosis.

- menghancurkan organela sel lain yg sudah tdk b'fungsi (autofage).

- menghancurkan selnya sendiri (autolisis).

i. Mitokondria

Memiliki membran rangkap (luar & dlm). Membran dlm berlekuk-lekuk membentuk

krista.

j. Mikrotubulus

Tersusun atas protein tubulin

Fungsi: punyusun spindel, sentriol, silia & flagela.

k. Mikrofilamen

Tersusun atas protein aktin.

Fungsi: dlm gerakan sel, sitoplasma, kontraksi otot & pembelahan sel.

l. Dinding Sel

Tersusun atas protein selulose, hemiselulose, pektin & lignin.

Fungsi: memberi bentuk sel, melindungi bagian sebelah dlm, & mengatur transportasi

zat.

m. Badan mikro

Terdiri:

- Peroksisom: mengandung enzim katalase.

- Glioksisom: mengandung enzim katalase & oksidase.

n. Plastida

Organela yg mengandung pigmen, meliputi:

- Kloroplas: plastida yg mengandung pigmen klorofil/hijau.

- Kromoplas: plastida yg mengandung pigmen merah, jingga, kuning.

- Leukoplas: plastida yg tdk mengandung pigmen.

o. Vakuola

Vakuola sel tumbuhan b'sifat menetap.

Fungsi: tmpt menyimpan cadangan mkanan, pigmen, minyak atsiri & sisa metabolisme.

Pokok bahasan di dalam bab ini menguraikan struktur molekul dan komponen asam

nukleat, termasuk macam-macam ikatan kimia yang menghubungkan komponen-

komponen tersebut. Selain itu, dijelaskan pula perbedaan struktur antara DNA dan RNA,

serta sifat-sifat fisika-kimia dan spektroskopik-termal asam nukleat, khususnya DNA.

Dengan mempelajari pokok bahasan ini akan diperoleh gambaran mengenai perubahan

struktur yang terjadi pada asam nukleat yang dimanipulasi, dan juga mekanisme

manipulasi asam nukleat yang pada dasarnya berkaitan dengan sifat-sifat fisika-kimianya.

Setelah mempelajari pokok bahasan di dalam bab ini mahasiswa diharapkan mampu

menjelaskan:

struktur molekul dan komponen-komponen asam nukleat, termasuk macam-macam

ikatan kimia yang terdapat di dalamnya,

perbedaan struktur antara DNA dan RNA,

cara pembacaan sekuens suatu molekul asam nukleat,

sifat-sifat fisika-kimia asam nukleat, dan

sifat-sifat spektroskopik-termal asam nukleat

Pengetahuan awal yang diperlukan oleh mahasiswa agar dapat mempelajari pokok

bahasan ini dengan lebih baik adalah sejarah penemuan asam nukleat beserta percobaan-

percobaan yang membuktikan bahwa DNA merupakan materi genetik pada sebagian

besar organisme dan RNA merupakan materi genetik pada virus tertentu. Pengetahuan

tersebut telah diperoleh melalui mata kuliah Genetika pada semester VI. Adapun urutan

bahasan di dalam bab ini adalah struktur molekul asam nukleat, sifat-sifat fisika-kimia

asam nukleat, dan sifat-sifat spektroskopik-temal asam nukleat.

Struktur Molekul

Asam nukleat merupakan salah satu makromolekul yang memegang peranan sangat

penting dalam kehidupan organisme karena di dalamnya tersimpan informasi genetik.

Asam nukleat sering dinamakan juga polinukleotida karena tersusun dari sejumlah

molekul nukleotida sebagai monomernya. Tiap nukleotida mempunyai struktur yang

terdiri atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen atau basa nukleotida (basa

N).

Ada dua macam asam nukleat, yaitu asam deoksiribonukleat atau deoxyribonucleic

acid (DNA) dan asam ribonukleat atau ribonucleic acid (RNA). Dilihat dari

strukturnya, perbedaan di antara kedua macam asam nukleat ini terutama terletak pada

komponen gula pentosanya. Pada RNA gula pentosanya adalah ribosa, sedangkan pada

DNA gula pentosanya mengalami kehilangan satu atom O pada posisi C nomor 2’

sehingga dinamakan gula 2’-deoksiribosa (Gambar 2.1.b).

Perbedaan struktur lainnya antara DNA dan RNA adalah pada basa N-nya. Basa N, baik

pada DNA maupun pada RNA, mempunyai struktur berupa cincin aromatik heterosiklik

(mengandung C dan N) dan dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu purin dan

pirimidin. Basa purin mempunyai dua buah cincin (bisiklik), sedangkan basa pirimidin

hanya mempunyai satu cincin (monosiklik). Pada DNA, dan juga RNA, purin terdiri atas

adenin (A) dan guanin (G). Akan tetapi, untuk pirimidin ada perbedaan antara DNA dan

RNA. Kalau pada DNA basa pirimidin terdiri atas sitosin (C) dan timin (T), pada RNA

tidak ada timin dan sebagai gantinya terdapat urasil (U). Timin berbeda dengan urasil

hanya karena adanya gugus metil pada posisi nomor 5 sehingga timin dapat juga

dikatakan sebagai 5-metilurasil.

Gambar 2.1. Komponen-komponen asam nukleat

a) gugus fosfat b) gula pentosa c) basa N

Di antara ketiga komponen monomer asam nukleat tersebut di atas, hanya basa N-lah

yang memungkinkan terjadinya variasi. Pada kenyataannya memang urutan (sekuens)

basa N pada suatu molekul asam nukleat merupakan penentu bagi spesifisitasnya.

Dengan perkataan lain, identifikasi asam nukleat dilakukan berdasarkan atas urutan basa

N-nya sehingga secara skema kita bisa menggambarkan suatu molekul asam nukleat

hanya dengan menuliskan urutan basanya saja.

Nukleosida dan nukleotida

Penomoran posisi atom C pada cincin gula dilakukan menggunakan tanda aksen (1’, 2’,

dan seterusnya), sekedar untuk membedakannya dengan penomoran posisi pada cincin

basa. Posisi 1’ pada gula akan berikatan dengan posisi 9 (N-9) pada basa purin atau posisi

1 (N-1) pada basa pirimidin melalui ikatan glikosidik atau glikosilik(Gambar 2.2).

Kompleks gula-basa ini dinamakan nukleosida.

Di atas telah disinggung bahwa asam nukleat tersusun dari monomer-monomer berupa

nukleotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa,

dan sebuah basa N. Dengan demikian, setiap nukleotida pada asam nukleat dapat dilihat

sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pengertian nukleotida secara umum sebenarnya

adalah nukleosida dengan sebuah atau lebih gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul ATP

(adenosin trifosfat) adalah nukleotida yang merupakan nukleosida dengan tiga gugus

fosfat.

Jika gula pentosanya adalah ribosa seperti halnya pada RNA, maka nukleosidanya dapat

berupa adenosin, guanosin, sitidin, dan uridin. Begitu pula, nukleotidanya akan ada empat

macam, yaitu adenosin monofosfat, guanosin monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin

monofosfat. Sementara itu, jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya pada

DNA, maka (2’-deoksiribo)nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin, deoksiguanosin,

deoksisitidin, dan deoksitimidin.

Ikatan fosfodiester

Selain ikatan glikosidik yang menghubungkan gula pentosa dengan basa N, pada asam

nukleat terdapat pula ikatan kovalen melalui gugus fosfat yang menghubungkan antara

gugus hidroksil (OH) pada posisi 5’ gula pentosa dan gugus hidroksil pada posisi 3’ gula

pentosa nukleotida berikutnya. Ikatan ini dinamakan ikatan fosfodiesterkarena secara

kimia gugus fosfat berada dalam bentuk diester (Gambar 2.2).

Gambar 2.2. Ikatan fosfodiester dan ikatan glikosidik pada asam nukleat

Oleh karena ikatan fosfodiester menghubungkan gula pada suatu nukleotida dengan gula

pada nukleotida berikutnya, maka ikatan ini sekaligus menghubungkan kedua nukleotida

yang berurutan tersebut. Dengan demikian, akan terbentuk suatu rantai polinukleotida

yang masing-masing nukleotidanya satu sama lain dihubungkan oleh ikatan fosfodiester.

Kecuali yang berbentuk sirkuler, seperti halnya pada kromosom dan plasmid bakteri,

rantai polinukleotida memiliki dua ujung. Salah satu ujungnya berupa gugus fosfat yang

terikat pada posisi 5’ gula pentosa. Oleh karena itu, ujung ini dinamakan ujung P atau

ujung 5’. Ujung yang lainnya berupa gugus hidroksil yang terikat pada posisi 3’ gula

pentosa sehingga ujung ini dinamakan ujung OH atau ujung 3’. Adanya ujung-ujung

tersebut menjadikan rantai polinukleotida linier mempunyai arah tertentu.

Pada pH netral adanya gugus fosfat akan menyebabkan asam nukleat bermuatan negatif.

Inilah alasan pemberian nama ’asam’ kepada molekul polinukleotida meskipun di

dalamnya juga terdapat banyak basa N. Kenyataannya, asam nukleat memang merupakan

anion asam kuat atau merupakan polimer yang sangat bermuatan negatif.

Sekuens asam nukleat

Telah dikatakan di atas bahwa urutan basa N akan menentukan spesifisitas suatu molekul

asam nukleat sehingga biasanya kita menggambarkan suatu molekul asam nukleat cukup

dengan menuliskan urutan basa (sekuens)-nya saja. Selanjutnya, dalam penulisan sekuens

asam nukleat ada kebiasaan untuk menempatkan ujung 5’ di sebelah kiri atau ujung 3’ di

sebelah kanan. Sebagai contoh, suatu sekuens DNA dapat dituliskan 5’-

ATGACCTGAAAC-3’ atau suatu sekuens RNA dituliskan 5’-GGUCUGAAUG-3’.

Jadi, spesifisitas suatu asam nukleat selain ditentukan oleh sekuens basanya, juga harus

dilihat dari arah pembacaannya. Dua asam nukleat yang memiliki sekuens sama tidak

berarti keduanya sama jika pembacaan sekuens tersebut dilakukan dari arah yang

berlawanan (yang satu 5’→ 3’, sedangkan yang lain 3’→ 5’).

Struktur tangga berpilin (double helix) DNA

Dua orang ilmuwan, J.D.Watson dan F.H.C.Crick, mengajukan model struktur molekul

DNA yang hingga kini sangat diyakini kebenarannya dan dijadikan dasar dalam berbagai

teknik yang berkaitan dengan manipulasi DNA. Model tersebut dikenal sebagai tangga

berplilin (double helix). Secara alami DNA pada umumnya mempunyai struktur molekul

tangga berpilin ini.

Model tangga berpilin menggambarkan struktur molekul DNA sebagai dua rantai

polinukleotida yang saling memilin membentuk spiral dengan arah pilinan ke kanan.

Fosfat dan gula pada masing-masing rantai menghadap ke arah luar sumbu pilinan,

sedangkan basa N menghadap ke arah dalam sumbu pilinan dengan susunan yang sangat

khas sebagai pasangan – pasangan basa antara kedua rantai. Dalam hal ini, basa A pada

satu rantai akan berpasangan dengan basa T pada rantai lainnya, sedangkan basa G

berpasangan dengan basa C. Pasangan-pasangan basa ini dihubungkan oleh ikatan

hidrogen yang lemah (nonkovalen). Basa A dan T dihubungkan oleh ikatan hidrogen

rangkap dua, sedangkan basa G dan C dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap tiga.

Adanya ikatan hidrogen tersebut menjadikan kedua rantai polinukleotida terikat satu

sama lain dan saling komplementer. Artinya, begitu sekuens basa pada salah satu rantai

diketahui, maka sekuens pada rantai yang lainnya dapat ditentukan.

Oleh karena basa bisiklik selalu berpasangan dengan basa monosiklik, maka jarak antara

kedua rantai polinukleotida di sepanjang molekul DNA akan selalu tetap. Dengan

perkataan lain, kedua rantai tersebut sejajar. Akan tetapi, jika rantai yang satu dibaca dari

arah 5’ ke 3’, maka rantai pasangannya dibaca dari arah 3’ ke 5’. Jadi, kedua rantai

tersebut sejajar tetapi berlawanan arah (antiparalel).

3’

5’

5’

3’

Gambar 2.3. Model struktur tangga berpilin DNA

P = fosfat S =gula

A = adenin, G = guanin, C = sitosin, T =timin

Jarak antara dua pasangan basa yang berurutan adalah 0,34 nm. Sementara itu, di dalam

setiap putaran spiral terdapat 10 pasangan basa sehingga jarak antara dua basa yang tegak

lurus di dalam masing-masing rantai menjadi 3,4 nm. Namun, kondisi semacam ini hanya

dijumpai apabila DNA berada dalam medium larutan fisiologis dengan kadar garam

rendah seperti halnya yang terdapat di dalam protoplasma sel hidup. DNA semacam ini

dikatakan berada dalam bentuk B atau bentuk yang sesuai dengan model asli Watson-

Crick. Bentuk yang lain, misalnya bentuk A, akan dijumpai jika DNA berada dalam

medium dengan kadar garam tinggi. Pada bentuk A terdapat 11 pasangan basa dalam

setiap putaran spiral. Selain itu, ada pula bentuk Z, yaitu bentuk molekul DNA yang

mempunyai arah pilinan spiral ke kiri. Bermacam-macam bentuk DNA ini sifatnya

fleksibel, artinya dapat berubah dari yang satu ke yang lain bergantung kepada kondisi

lingkungannya.

Modifikasi struktur molekul RNA

Tidak seperti DNA, molekul RNA pada umumnya berupa untai tunggal sehingga tidak

memiliki struktur tangga berpilin. Namun, modifikasi struktur juga terjadi akibat

terbentuknya ikatan hidrogen di dalam untai tunggal itu sendiri (intramolekuler).

Dengan adanya modifikasi struktur molekul RNA, kita mengenal tiga macam RNA, yaitu

RNA duta atau messenger RNA (mRNA), RNA pemindah atau transfer RNA (tRNA),

dan RNA ribosomal (rRNA). Struktur mRNA dikatakan sebagai struktur primer,

sedangkan struktur tRNA dan rRNA dikatakan sebagai struktur sekunder. Perbedaan di

antara ketiga struktur molekul RNA tersebut berkaitan dengan perbedaan fungsinya

masing-masing.

Sifat-sifat Fisika-Kimia Asam Nukleat

Di bawah ini akan dibicarakan sekilas beberapa sifat fisika-kimia asam nukleat. Sifat-

sifat tersebut adalah stabilitas asam nukleat, pengaruh asam, pengaruh alkali, denaturasi

kimia, viskositas, dan kerapatan apung.

Stabilitas asam nukleat

Ketika kita melihat struktur tangga berpilin molekul DNA atau pun struktur sekunder

RNA, sepintas akan nampak bahwa struktur tersebut menjadi stabil akibat adanya ikatan

hidrogen di antara basa-basa yang berpasangan. Padahal, sebenarnya tidaklah demikian.

Ikatan hidrogen di antara pasangan-pasangan basa hanya akan sama kuatnya dengan

ikatan hidrogen antara basa dan molekul air apabila DNA berada dalam bentuk rantai

tunggal. Jadi, ikatan hidrogen jelas tidak berpengaruh terhadap stabilitas struktur asam

nukleat, tetapi sekedar menentukan spesifitas perpasangan basa.

Penentu stabilitas struktur asam nukleat terletak pada interaksi penempatan (stacking

interactions) antara pasangan-pasangan basa. Permukaan basa yang bersifat hidrofobik

menyebabkan molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela perpasangan basa sehingga

perpasangan tersebut menjadi kuat.

Pengaruh asam

Di dalam asam pekat dan suhu tinggi, misalnya HClO4 dengan suhu lebih dari 100ºC,

asam nukleat akan mengalami hidrolisis sempurna menjadi komponen-komponennya.

Namun, di dalam asam mineral yang lebih encer, hanya ikatan glikosidik antara gula dan

basa purin saja yang putus sehingga asam nukleat dikatakan bersifat apurinik.

Pengaruh alkali

Pengaruh alkali terhadap asam nukleat mengakibatkan terjadinya perubahan status

tautomerik basa. Sebagai contoh, peningkatan pH akan menyebabkan perubahan struktur

guanin dari bentuk keto menjadi bentuk enolat karena molekul tersebut kehilangan

sebuah proton. Selanjutnya, perubahan ini akan menyebabkan terputusnya sejumlah

ikatan hidrogen sehingga pada akhirnya rantai ganda DNA mengalami denaturasi. Hal

yang sama terjadi pula pada RNA. Bahkan pada pH netral sekalipun, RNA jauh lebih

rentan terhadap hidrolisis bila dibadingkan dengan DNA karena adanya gugus OH pada

atom C nomor 2 di dalam gula ribosanya.

Denaturasi kimia

Sejumlah bahan kimia diketahui dapat menyebabkan denaturasi asam nukleat pada pH

netral. Contoh yang paling dikenal adalah urea (CO(NH2)2) dan formamid (COHNH2).

Pada konsentrasi yang relatif tinggi, senyawa-senyawa tersebut dapat merusak ikatan

hidrogen. Artinya, stabilitas struktur sekunder asam nukleat menjadi berkurang dan rantai

ganda mengalami denaturasi.

Viskositas

DNA kromosom dikatakan mempunyai nisbah aksial yang sangat tinggi karena

diameternya hanya sekitar 2 nm, tetapi panjangnya dapat mencapai beberapa sentimeter.

Dengan demikian, DNA tersebut berbentuk tipis memanjang. Selain itu, DNA merupakan

molekul yang relatif kaku sehingga larutan DNA akan mempunyai viskositas yang tinggi.

Karena sifatnya itulah molekul DNA menjadi sangat rentan terhadap fragmentasi fisik.

Hal ini menimbulkan masalah tersendiri ketika kita hendak melakukan isolasi DNA yang

utuh.

Kerapatan apung

Analisis dan pemurnian DNA dapat dilakukan sesuai dengan kerapatan apung (bouyant

density)-nya. Di dalam larutan yang mengandung garam pekat dengan berat molekul

tinggi, misalnya sesium klorid (CsCl) 8M, DNA mempunyai kerapatan yang sama dengan

larutan tersebut, yakni sekitar 1,7 g/cm3. Jika larutan ini disentrifugasi dengan kecepatan

yang sangat tinggi, maka garam CsCl yang pekat akan bermigrasi ke dasar tabung dengan

membentuk gradien kerapatan. Begitu juga, sampel DNA akan bermigrasi menuju

posisi gradien yang sesuai dengan kerapatannya. Teknik ini dikenal sebagai sentrifugasi

seimbang dalam tingkat kerapatan (equilibrium density gradient centrifugation) atau

sentrifugasi isopiknik.

Oleh karena dengan teknik sentrifugasi tersebut pelet RNA akan berada di dasar tabung

dan protein akan mengapung, maka DNA dapat dimurnikan baik dari RNA maupun dari

protein. Selain itu, teknik tersebut juga berguna untuk keperluan analisis DNA karena

kerapatan apung DNA (ρ) merupakan fungsi linier bagi kandungan GC-nya. Dalam hal

ini, ρ = 1,66 + 0,098% (G + C).

Gambar 2.4. Sentrifugasi seimbang dalam tingkat kerapatan

Sifat-sifat Spektroskopik-Termal Asam Nukleat

Sifat spektroskopik-termal asam nukleat meliputi kemampuan absorpsi sinar UV,

hipokromisitas, penghitungan konsentrasi asam nukleat, penentuan kemurnian DNA,

serta denaturasi termal dan renaturasi asam nukleat. Masing-masing akan dibicarakan

sekilas berikut ini.

Absorpsi UV

Asam nukleat dapat mengabsorpsi sinar UV karena adanya basa nitrogen yang bersifat

aromatik; fosfat dan gula tidak memberikan kontribusi dalam absorpsi UV. Panjang

gelombang untuk absorpsi maksimum baik oleh DNA maupun RNA adalah 260 nm atau

dikatakan λmaks = 260 nm. Nilai ini jelas sangat berbeda dengan nilai untuk protein yang

mempunyai λmaks= 280 nm. Sifat-sifat absorpsi asam nukleat dapat digunakan untuk

deteksi, kuantifikasi, dan perkiraan kemurniannya.

Hipokromisitas

Meskipun λmaks untuk DNA dan RNA konstan, ternyata ada perbedaan nilai yang

bergantung kepada lingkungan di sekitar basa berada. Dalam hal ini, absorbansi pada λ

260 nm (A260) memperlihatkan variasi di antara basa-basa pada kondisi yang berbeda.

Nilai tertinggi terlihat pada nukleotida yang diisolasi, nilai sedang diperoleh pada

molekul DNA rantai tunggal (ssDNA) atau RNA, dan nilai terendah dijumpai pada DNA

rantai ganda (dsDNA). Efek ini disebabkan oleh pengikatan basa di dalam lingkungan

hidrofobik. Istilah klasik untuk menyatakan perbedaan nilai absorbansi tersebut adalah

hipokromisitas. Molekul dsDNA dikatakan relatif hipokromik (kurang berwarna) bila

dibandingkan dengan ssDNA. Sebaliknya, ssDNA dikatakan hiperkromik terhadap

dsDNA.

Penghitungan konsentrasi asam nukleat

Konsentrasi DNA dihitung atas dasar nilai A260-nya. Molekul dsDNA dengan konsentrasi

1mg/ml mempunyai A260sebesar 20, sedangkan konsentrasi yang sama untuk molekul

ssDNA atau RNA mempunyai A260lebih kurang sebesar 25. Nilai A260untuk ssDNA dan

RNA hanya merupakan perkiraan karena kandungan basa purin dan pirimidin pada kedua

molekul tersebut tidak selalu sama, dan nilai A260 purin tidak sama dengan nilai

A260pirimidin. Pada dsDNA, yang selalu mempunyai kandungan purin dan pirimidin

sama, nilai A260-nya sudah pasti.

Kemurnian asam nukleat

Tingkat kemurnian asam nukleat dapat diestimasi melalui penentuan nisbah A260terhadap

A280. Molekul dsDNA murni mempunyai nisbah A260/A280sebesar 1,8. Sementara itu, RNA

murni mempunyai nisbah A260/A280 sekitar 2,0. Protein, dengan λmaks = 280 nm, tentu saja

mempunyai nisbah A260/A280 kurang dari 1,0. Oleh karena itu, suatu sampel DNA yang

memperlihatkan nilai A260/A280lebih dari 1,8 dikatakan terkontaminasi oleh RNA.

Sebaliknya, suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai A260/A280 kurang dari 1,8

dikatakan terkontaminasi oleh protein.

Denaturasi termal dan renaturasi

Di atas telah disinggung bahwa beberapa senyawa kimia tertentu dapat menyebabkan

terjadinya denaturasi asam nukleat. Ternyata, panas juga dapat menyebabkan denaturasi

asam nukleat. Proses denaturasi ini dapat diikuti melalui pengamatan nilai absorbansi

yang meningkat karena molekul rantai ganda (pada dsDNA dan sebagian daerah pada

RNA) akan berubah menjadi molekul rantai tunggal.

Denaturasi termal pada DNA dan RNA ternyata sangat berbeda. Pada RNA denaturasi

berlangsung perlahan dan bersifat acak karena bagian rantai ganda yang pendek akan

terdenaturasi lebih dahulu daripada bagian rantai ganda yang panjang. Tidaklah demikian

halnya pada DNA. Denaturasi terjadi sangat cepat dan bersifat koperatif karena

denaturasi pada kedua ujung molekul dan pada daerah kaya AT akan mendestabilisasi

daerah-daerah di sekitarnya.

Suhu ketika molekul asam nukleat mulai mengalami denaturasi dinamakan titik leleh

atau melting temperature (Tm). Nilai Tm merupakan fungsi kandungan GC sampel DNA,

dan berkisar dari 80 ºC hingga 100ºC untuk molekul-molekul DNA yang panjang.

DNA yang mengalami denaturasi termal dapat dipulihkan (direnaturasi) dengan cara

didinginkan. Laju pendinginan berpengaruh terhadap hasil renaturasi yang diperoleh.

Pendinginan yang berlangsung cepat hanya memungkinkan renaturasi pada beberapa

bagian/daerah tertentu. Sebaliknya, pendinginan yang dilakukan perlahan-lahan dapat

mengembalikan seluruh molekul DNA ke bentuk rantai ganda seperti semula. Renaturasi

yang terjadi antara daerah komplementer dari dua rantai asam nukleat yang berbeda

dinamakan hibridisasi.

Superkoiling DNA

Banyak molekul dsDNA berada dalam bentuk sirkuler tertutup atau closed-circular

(CC), misalnya DNA plasmid dan kromosom bakteri serta DNA berbagai virus. Artinya,

kedua rantai membentuk lingkaran dan satu sama lain dihubungkan sesuai dengan

banyaknya putaran heliks (Lk) di dalam molekul DNA tersebut.

Sejumlah sifat muncul dari kondisi sirkuler DNA. Cara yang baik untuk

membayangkannya adalah menganggap struktur tangga berpilin DNA seperti gelang

karet dengan suatu garis yang ditarik di sepanjang gelang tersebut. Jika kita

membayangkan suatu pilinan pada gelang, maka deformasi yang terbentuk akan terkunci

ke dalam sistem pilinan tersebut. Deformasi inilah yang disebut sebagai superkoiling.

Interkalator

Geometri suatu molekul yang mengalami superkoiling dapat berubah akibat beberapa

faktor yang mempengaruhi pilinan internalnya. Sebagai contoh, peningkatan suhu dapat

menurunkan jumlah pilinan, atau sebaliknya, peningkatan kekuatan ionik dapat

menambah jumlah pilinan. Salah satu faktor yang penting adalah keberadaan interkalator

seperti etidium bromid (EtBr). Molekul ini merupakan senyawa aromatik polisiklik

bermuatan positif yang menyisip di antara pasangan-pasangan basa. Dengan adanya EtBr

molekul DNA dapat divisualisasikan menggunakan paparan sinar UV.

Bahan Ajar

Download

do

cppt pdf

BAB I Pendahuluan

01.

do

c

01.

ppt01.pdf

BAB II Asam Nukleat 02 02 02

BAB III Struktur

Molekul Kromosom03 03 03

BAB IV Replikasi DNA 04 04 04

BAB V Transkripsi 05 05 05

BAB VI Translasi 06 06 06

BAB VII Pengaturan

Eks. Gen07 07 07

BAB VIII Dasar-dasar

Teknol08 08 08

BAB IX Perpustakaan

Gen 09 09 09

BAB X Vektor Kloning 10 10 10

BAB XI PCR 11 11 11

BAB XII Sekuensing DNA 12 12 12

BAB XIII Genomik,

Proteomik, dan

Bioinformatik

13 13 13

BAB XIV Organisme

Transgenik14 14 14

abtu, 30 Juni 2012

Asam Nukleat

A. Pengertian Asam Nukleat

Asam nukleat dari biologi molekul penting bagi kehidupan, dan termasuk

DNA (asam deoksiribonukleat) dan RNA (asam ribonukleat). Bersama dengan

protein, asam nukleat membentuk paling penting makromolekul , masing-masing

ditemukan dalam kelimpahan dalam semua makhluk hidup, di mana mereka berfungsi

dalam pengkodean, transmisi dan mengekspresikan informasi genetik.

Asam nukleat ditemukan oleh Friedrich Miescher pada tahun 1869. Studi

Eksperimental asam nukleat merupakan bagian utama modern biologi dan penelitian

medis , dan membentuk dasar untuk genom dan ilmu forensik , serta bioteknologi dan

industri farmasi. Kemudian Albrecht Kossel menemukan asam nukleat yang tersusun

oleh suatu gugus gula, gugus fosfat, dan gugus basa.

Ciri- ciri Asam Nukleat :

a. Terdapat pada semua sel hidup

b. Merupakan makromolekul dengan monomer Mononukleotida

B. Fungsi Asam Nukleat

Fungsi Asam Nukleat adalah sebagai berikut:

1. Menyimpan, mereplikasi dan mentranskripsi informasi genetika

2. Turut dalam metabolisme

3. Penyimpan energi

4. Sebagai ko-enzim

C. Struktur Asam Nukleat

D. Tata nama Asam Nukleat

Asam nukleat istilah adalah nama keseluruhan untuk DNA dan RNA, anggota

keluarga biopolimer, dan ini identik dengan polinukleotida. Asam nukleat dinamai

untuk penemuan awal mereka dalam inti, dan untuk gugus fosfat (terkait dengan asam

fosfat). Meskipun pertama kali ditemukan dalam nukleus dari eukariotik sel, asam

nukleat sekarang dikenal dapat ditemukan dalam semua bentuk kehidupan, termasuk

dalam bakteri, archea, mitokonria, kloroplas, virus dan viroid. Semua sel hidup dan

organel mengandung DNA dan RNA, sedangkan virus mengandung baik DNA atau

RNA, tetapi biasanya tidak keduanya. Komponen dasar asam nukleat biologis adalah

nukleotida yang masing-masing berisi gula pentosa (ribosa atau deoksiribosa), sebuah

fosfat kelompok, dan nucleobase . Asam nukleat juga dihasilkan dalam laboratorium,

melalui penggunaan enzim (DNA dan RNA polimerase) dan dengan padat-fase

sintesa kimia. Metode kimia juga memungkinkan generasi asam nukleat yang berubah

yang tidak ditemukan di alam, misalnya asam nukleat peptida .

• Gula pada asam nukleat adalah ribosa.

• Ribosa (b-D-furanosa) adalah gula pentosa (jumlah karbon 5).

• Perhatikan penomoran. Dalam penulisan diberi tanda prime(') untuk

membedakan penomoran pada basa nitrogen

• Ikatan gula ribosa dengan basa nitrogen (pada atom karbon nomor 1).

• Ikatan gula ribosa dengan gugus fosfat (pada atom karbon nomor 5).

• Gugus hidroksil pada atom karbon nomor 2

BASA NITROGEN

• Basa nitrogen berikatan dengan ikatan-b pada atom karbon nomor1' dari gula

ribosa atau deoksiribosa.

• Pirimidin berikatan ke gula ribosa pada atom N-1 dari struktur cincinnya.

• Purin berikatan ke gula ribosa pada atom N-9 dari struktur cincinnya.

BASA PIRIMIDIN DAN PURIN

BASA-BASA DALAM ASAM NUKLEAT

GUGUS FOSFAT

1. Nukleosida : Senyawa antara purin dan primidin dengan ribosa dan

deoksiribosa. Beberapa nama nukleosida :

2. Nukleotida : Ester nukleosida dengan asam fosfat. Singkatan nama

beberapa nukleotida :

Fungsi nukleotida :

1. Sebagai pembawa energy. Nukleotida yang penting : AMP, ADP,

ATP→ penting dalam penyimpanan dan pemanfaatan energi selama

metabolisme sel.

ATP pembawa energi utama dalam sel :

ADP + Pa → ATP (fosforilase oksidatif)

↑

Energi

ATP + H2O→ ADP + Pa (as. fosfat) + energi (hidrolisis)

2. Pembawa bahan pembentuk dasar suatu molekul.

Contoh :

- Nukleotida Uridin Difosfat (UDP) untuk sintesis glikogen

- Kolin Sitidin Difosfat sintesis kolin fosfolipid.

- Nukleotida trifosfat (NTP) sintesis DNA dan RNA

3. Sebagai ko enzim

- Nikotamida Mono Nukleotida (NMN) → merupakan vitamin

- Flavin Mono Nukleotida (FMN) → koenzim proses oksidasi

– reduksi pada respirasi sel.

- Nikotinamida Adenin Dinukleotida (NAD), Nikotinamida

Adenin Dinukleotida Fosfat (NADP), Flavin Adenin

Dinukleotida (FAD) → koenzim proses oksidasi – reduksi

E. Komposisi Molekuler dan Ukuran Asam Nukleat

Asam nukleat dapat bervariasi dalam ukuran, tetapi umumnya molekul yang

sangat besar. Memang, molekul DNA yang mungkin merupakan molekul individu

terbesar yang diketahui. Dipelajari dengan baik biologi molekul asam nukleat

berbagai ukuran dari 21 nukleotida ( kecil mengganggu RNA ) ke kromosom besar ( 1

kromosom manusia adalah molekul tunggal yang berisi pasangan basa 247 juta ).

Dalam kebanyakan kasus, molekul DNA alami adalah untai ganda RNA dan

molekul untai tunggal. Ada pengecualian banyak, namun-beberapa virus memiliki

genom terbuat dari RNA untai ganda dan virus lainnya memiliki DNA beruntai

tunggal genom, dan, dalam beberapa keadaan, struktur asam nukleat dengan tiga atau

empat helai bisa terwujud.

Asam nukleat adalah linear polimer (rantai) dari nukleotida. Setiap nukleotida

terdiri dari tiga komponen: purin atau pirimidin nucleobase (kadang-kadang disebut

basis nitrogen atau hanya basa), sebuah pentosa gula, dan fosfat kelompok. Sub-

struktur yang terdiri dari gula nucleobase ditambah disebut sebuah nukleosida . Jenis

asam nukleat berbeda dalam struktur gula dalam nukleotida mereka - DNA berisi 2'-

deoksiribosa sedangkan RNA mengandung ribosa (di mana satu-satunya perbedaan

adalah adanya gugus hidroksil ). Juga, nukleobasa ditemukan di kedua jenis asam

nukleat yang berbeda: adenin , sitosin , dan guanin dapat ditemukan di kedua RNA

dan DNA, sedangkan timin terjadi pada DNA dan urasil terjadi pada RNA.

Gula dan fosfat dalam asam nukleat saling terhubung satu sama lain dalam

rantai bolak (gula-fosfat tulang punggung) melalui fosfodiester hubungan. Dalam

nomenklatur konvensional , karbon-karbon dimana gugus fosfat melampirkan adalah

ujung 3'-5 dan '-akhir karbon dari gula. Hal ini memberikan asam nukleat

directionality, dan ujung-ujung molekul asam nukleat yang disebut sebagai 5'-end dan

3'-end. Para nukleobasa bergabung ke gula melalui N-glikosidik hubungan yang

melibatkan nitrogen cincin nucleobase (N-1 untuk pirimidin dan N-9 untuk purin) dan

karbon 1 'dari cincin gula pentosa.

F. Jenis-Jenis asam nukleat

1. Asam Deoksiribonukleat

Asam deoksiribonukleat merupakan asam nukleat yang berisi instruksi

genetik yang digunakan dalam pengembangan dan fungsi dari semua organisme

hidup dikenal. Peran utama dari molekul DNA adalah penyimpanan jangka

panjang informasi dan DNA sering dibandingkan dengan satu set cetak biru,

karena berisi petunjuk yang dibutuhkan untuk membangun komponen lain sel,

seperti protein dan molekul RNA. Segmen DNA yang membawa informasi

genetik ini disebut gen, tetapi urutan DNA lain memiliki tujuan struktural, atau

terlibat dalam mengatur penggunaan informasi ini genetik.

Ciri-ciri Asam Deoksiribonukleat :

Makromolekul dengan Mr yang sangat besar.

Terdiri dari mononukleotida utama :

dAMP, dGMP, dTMP, dCMP

Terdiri dari dua atau lebih rantai polinukleotida

yang tersusun dalam struktur heliks (heliks ganda)

Setiap spesies/organisme mononukleotida utamanya mempunyai

perbandingan, urutan dan berat molekul (Mr) yang spesifik.

Pada sel prokariotik (mengandung hanya satu kromosom) DNA nya

merupakan makromolekul tunggal dengan Mr = 2 x 109.

Pada sel eukariotik (mengandung banyak kromosom) mempunyai

banyak molekul DNA dengan Mr yang sangat besar.

DNA terutama terdapat dalam inti sel (DNA inti) bergabung dengan

protein histon.Juga bisa terdapat pada sitoplasma (DNA sitoplasma),

dalam mitokondria, dalam khloroplas.

Pada sel bakteri selain terdapat dalam inti sel juga bisa pada sel

membran = mesosom dan dalam sitoplasma di luar kromosom =

plasmid/episom.

DNA normal dari suatu spesies yang berbeda menunjukkan adanya

keteraturan (regularitas)

CHARGAFF’S RULES :

- Komposisi basa dari DNA suatu organisme adalah tetap pada semua

sel nya dan mempunyai karakteristik tertentu

- Komposisi basa dari DNA bervariasi dari suatu organisme dengan

organisme lainnya dinyatakan dengan dissymmetry ratio : (A + T) / (G +

C)

- Komposisi basa dari suatu spesies tidak berubah oleh umur, keadaan

nutrisi, ataupun lingkungan.

- Jumlah adenin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan

jumlah timin (A = T).

- Jumlah guanin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan

jumlah sitosin (G=C).

- Jumlah total basa purin dalam DNA suatu organisme selalu sama

dengan jumlah total basa pirimidin : (A + G) = (T + C).

DEOKSIRIBONUKLEOTIDA UTAMA

2. Asam Ribonukleat

Asam ribonukleat (RNA) fungsi dalam mengkonversi informasi genetik

dari gen ke dalam sekuens asam amino dari protein. Ketiga jenis universal

termasuk RNA transfer (tRNA), messenger RNA (mRNA), dan RNA ribosomal

(rRNA). Messenger RNA bertindak untuk membawa informasi urutan genetik

antara DNA dan ribosom, mengarahkan sintesis protein. Ribosomal RNA adalah

komponen utama dari ribosom, dan mengkatalisis pembentukan ikatan peptida.

transfer RNA berfungsi sebagai molekul pembawa untuk asam amino yang akan

digunakan dalam sintesis protein, dan bertanggung jawab untuk decoding mRNA.

Selain itu, banyak kelas RNA sekarang dikenal.

Ciri-ciri Asam Ribonukleat :

Terdiri dari rantai tunggal poliribonukleotida.

Hampir seluruhnya terdapat di sitoplasma, juga terdapat pada virus.

Rantai tunggal→ Chargaff’s Rules tidak berlaku

Ada 3 macam :

- tRNA (transfer-RNA)

-mRNA (messenger-RNA)

-rRNA (ribosomal-RNA)

-tRNA

Ø Molekul yang kecil

Ø Basanya : A, G dan U yang termetilasi.

Ø Jumlahnya hanya sedikit dari total RNA dalam sel

Ø Mengangkut (transport) asam amino spesifik ke

Ø Ribosom untuk proses sintesis protein

-mRNA

Ø Basa nya : A, G, C dan U

Ø Disintesis dalam inti sel pada proses transkripsi

Ø Pembawa informasi genetik dari DNA untuk

Ø Sintesis protein

Ø Umurnya pendek→ mengalami Degradasi/resintesis

-r RNA

Ø Bagian terbanyak dari RNA dalam sel (80%)

Ø Merupakan 60% dari berat ribosom

Ø Basa utamanya : A, G, C, U

Ø Fungsinya belum jelas

G. Hidrolisis Asam Nukleat

1. Hidrolisis dengan enzim→ enzim nuklease, yang terdiri dari :

a. enzim eksonuklease→ menyerang ujung rantai polinukleotida

b. enzim endonuklease→ menyerang bagian dalam rantai

2. Hidrolisis dengan asam/basa

a. Hidrolisis DNA dengan asam→ terbentuk asam apurinat (DNA tanpa

purin) dan asam apirimidat (DNA tanpa pirimidin)

b. DNA tidak dihidrolisis oleh basa

Hidrolisis RNA dengan basa memutuskan→ ikatan gugus hidroksil – 2 ribosa.

abtu, 30 Juni 2012

Asam Nukleat

A. Pengertian Asam Nukleat

Asam nukleat dari biologi molekul penting bagi kehidupan, dan termasuk

DNA (asam deoksiribonukleat) dan RNA (asam ribonukleat). Bersama dengan

protein, asam nukleat membentuk paling penting makromolekul , masing-masing

ditemukan dalam kelimpahan dalam semua makhluk hidup, di mana mereka berfungsi

dalam pengkodean, transmisi dan mengekspresikan informasi genetik.

Asam nukleat ditemukan oleh Friedrich Miescher pada tahun 1869. Studi

Eksperimental asam nukleat merupakan bagian utama modern biologi dan penelitian

medis , dan membentuk dasar untuk genom dan ilmu forensik , serta bioteknologi dan

industri farmasi. Kemudian Albrecht Kossel menemukan asam nukleat yang tersusun

oleh suatu gugus gula, gugus fosfat, dan gugus basa.

Ciri- ciri Asam Nukleat :

a. Terdapat pada semua sel hidup

b. Merupakan makromolekul dengan monomer Mononukleotida

B. Fungsi Asam Nukleat

Fungsi Asam Nukleat adalah sebagai berikut:

1. Menyimpan, mereplikasi dan mentranskripsi informasi genetika

2. Turut dalam metabolisme

3. Penyimpan energi

4. Sebagai ko-enzim

C. Struktur Asam Nukleat

D. Tata nama Asam Nukleat

Asam nukleat istilah adalah nama keseluruhan untuk DNA dan RNA, anggota

keluarga biopolimer, dan ini identik dengan polinukleotida. Asam nukleat dinamai

untuk penemuan awal mereka dalam inti, dan untuk gugus fosfat (terkait dengan asam

fosfat). Meskipun pertama kali ditemukan dalam nukleus dari eukariotik sel, asam

nukleat sekarang dikenal dapat ditemukan dalam semua bentuk kehidupan, termasuk

dalam bakteri, archea, mitokonria, kloroplas, virus dan viroid. Semua sel hidup dan

organel mengandung DNA dan RNA, sedangkan virus mengandung baik DNA atau

RNA, tetapi biasanya tidak keduanya. Komponen dasar asam nukleat biologis adalah

nukleotida yang masing-masing berisi gula pentosa (ribosa atau deoksiribosa), sebuah

fosfat kelompok, dan nucleobase . Asam nukleat juga dihasilkan dalam laboratorium,

melalui penggunaan enzim (DNA dan RNA polimerase) dan dengan padat-fase

sintesa kimia. Metode kimia juga memungkinkan generasi asam nukleat yang berubah

yang tidak ditemukan di alam, misalnya asam nukleat peptida .

• Gula pada asam nukleat adalah ribosa.

• Ribosa (b-D-furanosa) adalah gula pentosa (jumlah karbon 5).

• Perhatikan penomoran. Dalam penulisan diberi tanda prime(') untuk

membedakan penomoran pada basa nitrogen

• Ikatan gula ribosa dengan basa nitrogen (pada atom karbon nomor 1).

• Ikatan gula ribosa dengan gugus fosfat (pada atom karbon nomor 5).

• Gugus hidroksil pada atom karbon nomor 2

BASA NITROGEN

• Basa nitrogen berikatan dengan ikatan-b pada atom karbon nomor1' dari gula

ribosa atau deoksiribosa.

• Pirimidin berikatan ke gula ribosa pada atom N-1 dari struktur cincinnya.

• Purin berikatan ke gula ribosa pada atom N-9 dari struktur cincinnya.

BASA PIRIMIDIN DAN PURIN

BASA-BASA DALAM ASAM NUKLEAT

GUGUS FOSFAT

1. Nukleosida : Senyawa antara purin dan primidin dengan ribosa dan

deoksiribosa. Beberapa nama nukleosida :

2. Nukleotida : Ester nukleosida dengan asam fosfat. Singkatan nama

beberapa nukleotida :

Fungsi nukleotida :

1. Sebagai pembawa energy. Nukleotida yang penting : AMP, ADP,

ATP→ penting dalam penyimpanan dan pemanfaatan energi selama

metabolisme sel.

ATP pembawa energi utama dalam sel :

ADP + Pa → ATP (fosforilase oksidatif)

↑

Energi

ATP + H2O→ ADP + Pa (as. fosfat) + energi (hidrolisis)

2. Pembawa bahan pembentuk dasar suatu molekul.

Contoh :

- Nukleotida Uridin Difosfat (UDP) untuk sintesis glikogen

- Kolin Sitidin Difosfat sintesis kolin fosfolipid.

- Nukleotida trifosfat (NTP) sintesis DNA dan RNA

3. Sebagai ko enzim

- Nikotamida Mono Nukleotida (NMN) → merupakan vitamin

- Flavin Mono Nukleotida (FMN) → koenzim proses oksidasi

– reduksi pada respirasi sel.

- Nikotinamida Adenin Dinukleotida (NAD), Nikotinamida

Adenin Dinukleotida Fosfat (NADP), Flavin Adenin

Dinukleotida (FAD) → koenzim proses oksidasi – reduksi

E. Komposisi Molekuler dan Ukuran Asam Nukleat

Asam nukleat dapat bervariasi dalam ukuran, tetapi umumnya molekul yang

sangat besar. Memang, molekul DNA yang mungkin merupakan molekul individu

terbesar yang diketahui. Dipelajari dengan baik biologi molekul asam nukleat

berbagai ukuran dari 21 nukleotida ( kecil mengganggu RNA ) ke kromosom besar ( 1

kromosom manusia adalah molekul tunggal yang berisi pasangan basa 247 juta ).

Dalam kebanyakan kasus, molekul DNA alami adalah untai ganda RNA dan

molekul untai tunggal. Ada pengecualian banyak, namun-beberapa virus memiliki

genom terbuat dari RNA untai ganda dan virus lainnya memiliki DNA beruntai

tunggal genom, dan, dalam beberapa keadaan, struktur asam nukleat dengan tiga atau

empat helai bisa terwujud.

Asam nukleat adalah linear polimer (rantai) dari nukleotida. Setiap nukleotida

terdiri dari tiga komponen: purin atau pirimidin nucleobase (kadang-kadang disebut

basis nitrogen atau hanya basa), sebuah pentosa gula, dan fosfat kelompok. Sub-

struktur yang terdiri dari gula nucleobase ditambah disebut sebuah nukleosida . Jenis

asam nukleat berbeda dalam struktur gula dalam nukleotida mereka - DNA berisi 2'-

deoksiribosa sedangkan RNA mengandung ribosa (di mana satu-satunya perbedaan

adalah adanya gugus hidroksil ). Juga, nukleobasa ditemukan di kedua jenis asam

nukleat yang berbeda: adenin , sitosin , dan guanin dapat ditemukan di kedua RNA

dan DNA, sedangkan timin terjadi pada DNA dan urasil terjadi pada RNA.

Gula dan fosfat dalam asam nukleat saling terhubung satu sama lain dalam

rantai bolak (gula-fosfat tulang punggung) melalui fosfodiester hubungan. Dalam

nomenklatur konvensional , karbon-karbon dimana gugus fosfat melampirkan adalah

ujung 3'-5 dan '-akhir karbon dari gula. Hal ini memberikan asam nukleat

directionality, dan ujung-ujung molekul asam nukleat yang disebut sebagai 5'-end dan

3'-end. Para nukleobasa bergabung ke gula melalui N-glikosidik hubungan yang

melibatkan nitrogen cincin nucleobase (N-1 untuk pirimidin dan N-9 untuk purin) dan

karbon 1 'dari cincin gula pentosa.

F. Jenis-Jenis asam nukleat

1. Asam Deoksiribonukleat

Asam deoksiribonukleat merupakan asam nukleat yang berisi instruksi

genetik yang digunakan dalam pengembangan dan fungsi dari semua organisme

hidup dikenal. Peran utama dari molekul DNA adalah penyimpanan jangka

panjang informasi dan DNA sering dibandingkan dengan satu set cetak biru,

karena berisi petunjuk yang dibutuhkan untuk membangun komponen lain sel,

seperti protein dan molekul RNA. Segmen DNA yang membawa informasi

genetik ini disebut gen, tetapi urutan DNA lain memiliki tujuan struktural, atau

terlibat dalam mengatur penggunaan informasi ini genetik.

Ciri-ciri Asam Deoksiribonukleat :

Makromolekul dengan Mr yang sangat besar.

Terdiri dari mononukleotida utama :

dAMP, dGMP, dTMP, dCMP

Terdiri dari dua atau lebih rantai polinukleotida

yang tersusun dalam struktur heliks (heliks ganda)

Setiap spesies/organisme mononukleotida utamanya mempunyai

perbandingan, urutan dan berat molekul (Mr) yang spesifik.

Pada sel prokariotik (mengandung hanya satu kromosom) DNA nya

merupakan makromolekul tunggal dengan Mr = 2 x 109.

Pada sel eukariotik (mengandung banyak kromosom) mempunyai

banyak molekul DNA dengan Mr yang sangat besar.

DNA terutama terdapat dalam inti sel (DNA inti) bergabung dengan

protein histon.Juga bisa terdapat pada sitoplasma (DNA sitoplasma),

dalam mitokondria, dalam khloroplas.

Pada sel bakteri selain terdapat dalam inti sel juga bisa pada sel

membran = mesosom dan dalam sitoplasma di luar kromosom =

plasmid/episom.

DNA normal dari suatu spesies yang berbeda menunjukkan adanya

keteraturan (regularitas)

CHARGAFF’S RULES :

- Komposisi basa dari DNA suatu organisme adalah tetap pada semua

sel nya dan mempunyai karakteristik tertentu

- Komposisi basa dari DNA bervariasi dari suatu organisme dengan

organisme lainnya dinyatakan dengan dissymmetry ratio : (A + T) / (G +

C)

- Komposisi basa dari suatu spesies tidak berubah oleh umur, keadaan

nutrisi, ataupun lingkungan.

- Jumlah adenin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan

jumlah timin (A = T).

- Jumlah guanin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan

jumlah sitosin (G=C).

- Jumlah total basa purin dalam DNA suatu organisme selalu sama

dengan jumlah total basa pirimidin : (A + G) = (T + C).

DEOKSIRIBONUKLEOTIDA UTAMA

2. Asam Ribonukleat

Asam ribonukleat (RNA) fungsi dalam mengkonversi informasi genetik

dari gen ke dalam sekuens asam amino dari protein. Ketiga jenis universal

termasuk RNA transfer (tRNA), messenger RNA (mRNA), dan RNA ribosomal

(rRNA). Messenger RNA bertindak untuk membawa informasi urutan genetik

antara DNA dan ribosom, mengarahkan sintesis protein. Ribosomal RNA adalah

komponen utama dari ribosom, dan mengkatalisis pembentukan ikatan peptida.

transfer RNA berfungsi sebagai molekul pembawa untuk asam amino yang akan

digunakan dalam sintesis protein, dan bertanggung jawab untuk decoding mRNA.

Selain itu, banyak kelas RNA sekarang dikenal.

Ciri-ciri Asam Ribonukleat :

Terdiri dari rantai tunggal poliribonukleotida.

Hampir seluruhnya terdapat di sitoplasma, juga terdapat pada virus.

Rantai tunggal→ Chargaff’s Rules tidak berlaku

Ada 3 macam :

- tRNA (transfer-RNA)

-mRNA (messenger-RNA)

-rRNA (ribosomal-RNA)

-tRNA

Ø Molekul yang kecil

Ø Basanya : A, G dan U yang termetilasi.

Ø Jumlahnya hanya sedikit dari total RNA dalam sel

Ø Mengangkut (transport) asam amino spesifik ke

Ø Ribosom untuk proses sintesis protein

-mRNA

Ø Basa nya : A, G, C dan U

Ø Disintesis dalam inti sel pada proses transkripsi

Ø Pembawa informasi genetik dari DNA untuk

Ø Sintesis protein

Ø Umurnya pendek→ mengalami Degradasi/resintesis

-r RNA

Ø Bagian terbanyak dari RNA dalam sel (80%)

Ø Merupakan 60% dari berat ribosom

Ø Basa utamanya : A, G, C, U

Ø Fungsinya belum jelas

G. Hidrolisis Asam Nukleat

1. Hidrolisis dengan enzim→ enzim nuklease, yang terdiri dari :

a. enzim eksonuklease→ menyerang ujung rantai polinukleotida

b. enzim endonuklease→ menyerang bagian dalam rantai

2. Hidrolisis dengan asam/basa

a. Hidrolisis DNA dengan asam→ terbentuk asam apurinat (DNA tanpa

purin) dan asam apirimidat (DNA tanpa pirimidin)

b. DNA tidak dihidrolisis oleh basa

Hidrolisis RNA dengan basa memutuskan→ ikatan gugus hidroksil – 2 ribosa.