( M K B I O K I M I A I )

DR. HENI YOHANDINI

ASAM NUKLEAT

( M K B I O K I M I A I )

DR. HENI YOHANDINI

DNA dan RNA

Suatu rantai polimer, dimana unit-unit monomernyadihubungkan dengan ikatan kovalen Masing-masing monomer mengandung gula 5-

karbon ribosa pada RNA dan 2’-deoksiribosa padaDNA Atom karbon ditandai dengan aksen (1’, 2’, dst)

untuk membedakannya dari atom-atom pada basa Unit monomer dihubungkan oleh residu fosfat yang

terikat pada hidroksil karbon 5’ dari unit yang satudan hidroksil 3’ dari unit selanjutnya→ ikatanfosfodiester

Suatu rantai polimer, dimana unit-unit monomernyadihubungkan dengan ikatan kovalen Masing-masing monomer mengandung gula 5-

karbon ribosa pada RNA dan 2’-deoksiribosa padaDNA Atom karbon ditandai dengan aksen (1’, 2’, dst)

untuk membedakannya dari atom-atom pada basa Unit monomer dihubungkan oleh residu fosfat yang

terikat pada hidroksil karbon 5’ dari unit yang satudan hidroksil 3’ dari unit selanjutnya→ ikatanfosfodiester

Struktur unit monomer RNA.Pada DNA, gugus OH pada karbon2’ (warna merah) diganti dengan H.

Penomoran pada induk senyawa dari basa purin danpirimidin pada nukleotida dan asam nukleat

Basa-basa utama purin dan pirimidin dari asam nukleat.

Konformasi ribosa dalam larutanBentuk rantai lurus(aldehida) dan cincin (-furanose) dariribosa bebas berada dalam kesetimbangan.DNA dan RNA hanya mengandung bentuk cincin

Basa purin dan pirimidin terikat pada gula ribosaatau deoksiribosa pada karbon 1’.

Untuk purin, pengikatan terjadi pada nitogen-9 danpirimidin pada nitrogen-1

Ikatan antara karbon 1’ dari gula dan basa nitrogendirujuk sebagai ikatan glikosidik

Turunan dari adduct gula-basa (nukleosida) yangtermonofosforilasi 5’ disebut nukleotida (nukleosida5’-monofosfat)

Basa purin dan pirimidin terikat pada gula ribosaatau deoksiribosa pada karbon 1’.

Untuk purin, pengikatan terjadi pada nitogen-9 danpirimidin pada nitrogen-1

Ikatan antara karbon 1’ dari gula dan basa nitrogendirujuk sebagai ikatan glikosidik

Turunan dari adduct gula-basa (nukleosida) yangtermonofosforilasi 5’ disebut nukleotida (nukleosida5’-monofosfat)

Ikatan fosfodiesterpada backbone kovalenDNA dan RNA.Residu gula dihubungkandengan ikatanfosfodiester yang sangatpolar membentukbackbone dari molekulDNA dan RNA

Ikatan fosfodiesterpada backbone kovalenDNA dan RNA.Residu gula dihubungkandengan ikatanfosfodiester yang sangatpolar membentukbackbone dari molekulDNA dan RNA

Sifat-sifat Nukleotida

Pirimidin dan purin bebas adalah basa lemah Pirimidin dan purin pada DNA dan RNA merupakan

molekul terkonyugasi→mengabsorpsi cahaya UVpada λ dekat 260 nm Basa pirimidin dan purin bersifat hidrofobik dan

sedikit larut dalam air pada pH sekitar netral, padapH asam atau basa menjadi bermuatan dankelarutan meningkat. Interaksi penumpukan (stacking) hidrofobik paralel

bidang cincin melibatkan interaksi Van der Waalsdan dipol-dipol di antara basa.

Pirimidin dan purin bebas adalah basa lemah Pirimidin dan purin pada DNA dan RNA merupakan

molekul terkonyugasi→mengabsorpsi cahaya UVpada λ dekat 260 nm Basa pirimidin dan purin bersifat hidrofobik dan

sedikit larut dalam air pada pH sekitar netral, padapH asam atau basa menjadi bermuatan dankelarutan meningkat. Interaksi penumpukan (stacking) hidrofobik paralel

bidang cincin melibatkan interaksi Van der Waalsdan dipol-dipol di antara basa.

Sifat-sifat Nukleotida

Penumpukan basa membantu meminimalkankontak basa dengan air, dan interaksi ini membantumenstabilkan struktur 3 dimensi asam nukleat. Gugus-gugus fungsi terpenting pada pirimidin dan

purin adalah nitrogen cincin, karbonil, dan aminoeksosiklik. Ikatan hidrogen yang melibatkan gugus amino dan

karbonil merupakan mode interaksi penting keduadi antara basa-basa. Ikatan hidrogen antar basamenyebabkan hubungan komplementer pada 2 untairantai polipeptida.

Penumpukan basa membantu meminimalkankontak basa dengan air, dan interaksi ini membantumenstabilkan struktur 3 dimensi asam nukleat. Gugus-gugus fungsi terpenting pada pirimidin dan

purin adalah nitrogen cincin, karbonil, dan aminoeksosiklik. Ikatan hidrogen yang melibatkan gugus amino dan

karbonil merupakan mode interaksi penting keduadi antara basa-basa. Ikatan hidrogen antar basamenyebabkan hubungan komplementer pada 2 untairantai polipeptida.

Spektrum absorpsi dari nukleotida.

Pola ikatan hidrogen pada basa yang diusulkan olehWatson and Crick.

Ikatan hidrogen ditunjukkan oleh tiga garis biru

Hidrolisis RNA pada kondisi basa

OH-2’ bertindaksebagai nukleofilpada displacementintramolekul

Struktur Primer Asam Nukleat

Rantai polinukleotida memiliki sense atau punyaarah: ujung fosfat 5’ dan ujung OH 3’

Sifat individu rantai polinukleotida ditentukan olehurutan basa-basanya, yaitu urutan nukleotida.Urutan ini disebut struktur primer dari asam nukleat

Informasi genetik disimpan dalam struktur primerDNA.

Konvensi penulisan urutan rantai nukleotida: ujung5’ di sebelah kiri dan ujung 3’ di kanan.

Rantai polinukleotida memiliki sense atau punyaarah: ujung fosfat 5’ dan ujung OH 3’

Sifat individu rantai polinukleotida ditentukan olehurutan basa-basanya, yaitu urutan nukleotida.Urutan ini disebut struktur primer dari asam nukleat

Informasi genetik disimpan dalam struktur primerDNA.

Konvensi penulisan urutan rantai nukleotida: ujung5’ di sebelah kiri dan ujung 3’ di kanan.

Struktur primer DNA dan RNA

Penulisan lebih singkat: ACGTA

Kepentingan utama struktur primer/urutan: informasi genetikdismpan dalam struktur primer DNA

Struktur Sekunder dan Tersier Asam Nukleat

Watson & Crick:

Difraksi sinar-X: DNA dalam bentuk seratmenunjukkan pola menyilang yang khas daristruktur heliks, 10 residu per putaran.

Data densitas serat: ada 2 pita DNA untuk setiapmolekul heliks.

Kedua pita heliks distabilkan oleh ikatan hidrogenantara basa-basa pada pita yang berlawanan,pasangan A-T dan G-C

Backbone fosfat-deoksiribosa heliks berada di bagianluar.

Watson & Crick:

Difraksi sinar-X: DNA dalam bentuk seratmenunjukkan pola menyilang yang khas daristruktur heliks, 10 residu per putaran.

Data densitas serat: ada 2 pita DNA untuk setiapmolekul heliks.

Kedua pita heliks distabilkan oleh ikatan hidrogenantara basa-basa pada pita yang berlawanan,pasangan A-T dan G-C

Backbone fosfat-deoksiribosa heliks berada di bagianluar.

Model Watson-Crick untuk struktur DNA

Pita komplemenpada DNA untaiganda (DNA doublehelix).Pita DNA anti paralelyang komplemenmengikuti aturanpemasangan yangdiusulkan oleh Watsondan Crick.

Pita komplemenpada DNA untaiganda (DNA doublehelix).Pita DNA anti paralelyang komplemenmengikuti aturanpemasangan yangdiusulkan oleh Watsondan Crick.

Replikasi DNA yangdisarankan oleh Watsonand Crick.Untai “induk” menjaditerpisah dan masing-masing menjadi template(cetakan) untukbiosintesis untai “anak”yang komplemen (warnamerah)

Replikasi DNA yangdisarankan oleh Watsonand Crick.Untai “induk” menjaditerpisah dan masing-masing menjadi template(cetakan) untukbiosintesis untai “anak”yang komplemen (warnamerah)

Variasi struktural pada DNA.

Struktur Sekunder DNA yang Tidak Biasa

Z-DNA: struktur tangan kiri akibat adanyaperbedaan orientasi basa-basa (dibandingkandengan bentuk A dan B)

Hairpin dan Cruciform (double hairpin)

Struktur cruciform dapat dibentuk pada DNAdengan urutan palindromik (dibaca dari depan ataudari belakang adalah sama)

Z-DNA: struktur tangan kiri akibat adanyaperbedaan orientasi basa-basa (dibandingkandengan bentuk A dan B)

Hairpin dan Cruciform (double hairpin)

Struktur cruciform dapat dibentuk pada DNAdengan urutan palindromik (dibaca dari depan ataudari belakang adalah sama)

Struktur alternatif asamnukleat: perbandingan bentukA, B, dan Z DNA.

Perbandingan bentuk A, B,dan Z DNA.

Palindrome dan mirror repeat.

Urutan DNA (atau RNA) Palindromik:Hairpin dan cruciform

Ketika hanya untaitunggal DNA (atauRNA) terbelit, strukturseperti ini disebuthairpin.

Ketika hanya untaitunggal DNA (atauRNA) terbelit, strukturseperti ini disebuthairpin.

Ketika kedua untai DNAdupleks terbelit, ini disebutcruciform.Shading biru menandaiurutan asimetri yang dapatberpasangan denganurutan komplemen padauntai yang sama atau padauntai komplemennya.

Ketika kedua untai DNAdupleks terbelit, ini disebutcruciform.Shading biru menandaiurutan asimetri yang dapatberpasangan denganurutan komplemen padauntai yang sama atau padauntai komplemennya.

H-DNA.

Struktur Sekunder dan Fungsi RNA

Dalam ekspresi gen, RNA berperan sebagaiperantara dengan menggunakan informasiyang dikode dalam DNA (yang terdapat dinukleus pada eukaryot) menjadi urutanasam amino tertentu pada protein (yangdisintesis di ribosom)

Dalam ekspresi gen, RNA berperan sebagaiperantara dengan menggunakan informasiyang dikode dalam DNA (yang terdapat dinukleus pada eukaryot) menjadi urutanasam amino tertentu pada protein (yangdisintesis di ribosom)

3 jenis RNA hasil transkripsi:

mRNA → mengkode urutan asam aminodari polipeptida

tRNA → molekul adapter dalam sintesisprotein: membaca informasi yang dikodemRNA dan mentransfer asam amino yangsesuai pada rantai polipeptida yang sedangtumbuh selama sintesis protein

rRNA → bagian dari ribosom

3 jenis RNA hasil transkripsi:

mRNA → mengkode urutan asam aminodari polipeptida

tRNA → molekul adapter dalam sintesisprotein: membaca informasi yang dikodemRNA dan mentransfer asam amino yangsesuai pada rantai polipeptida yang sedangtumbuh selama sintesis protein

rRNA → bagian dari ribosom

Pada prokaryot, molekul mRNA tunggal dapatmengkode untuk satu atau beberapa rantaipolipeptida.Monosistronik→ hanya membawa kode untuksatu polipeptidaPolisistronik → mengkode untuk dua atau lebihpolipeptida berbeda.

Pada prokaryot, molekul mRNA tunggal dapatmengkode untuk satu atau beberapa rantaipolipeptida.Monosistronik→ hanya membawa kode untuksatu polipeptidaPolisistronik → mengkode untuk dua atau lebihpolipeptida berbeda.

• Produk transkripsi DNA selaluberupa RNA untai tunggal.

• Untai tunggal cenderungmengambil konformasi helikstangan kanan yang didominasioleh interaksi tumpukan basa.

• Pada gambar: Basa-basaditunjukkan dengan warnaabu-abu, atom fosfat berwarnakuning, oksigen ribosa danfosfat warna hijau.

• Produk transkripsi DNA selaluberupa RNA untai tunggal.

• Untai tunggal cenderungmengambil konformasi helikstangan kanan yang didominasioleh interaksi tumpukan basa.

• Pada gambar: Basa-basaditunjukkan dengan warnaabu-abu, atom fosfat berwarnakuning, oksigen ribosa danfosfat warna hijau.

Struktur Sekunder RNA

Molekul RNA dapat membentuk pasangan basakomplemen pada untai nya sendiri dalam bentuk loop.Dengan demikian, RNA akan memiliki daerah untaiganda.

Daerah yang berpasangan memiliki bentuk-Aheliks tangan-kanan, seperti yang ditunjukkanuntuk hairpin

Urutan self-complementary dalam molekul RNAmenghasilkan struktur yang lebih kompleks.

RNA dapat membentuk pasangan dengan bagianyang komplemen pada RNA ataupun DNA

Pemasangan basa mengikuti pola untuk DNA: Gberpasangan dengan C dan A berpasangan denganU

Untai yang berpasangan pada RNA atau dupleksRNA-DNA adalah antiparallel, seperti pada DNA.

Urutan self-complementary dalam molekul RNAmenghasilkan struktur yang lebih kompleks.

RNA dapat membentuk pasangan dengan bagianyang komplemen pada RNA ataupun DNA

Pemasangan basa mengikuti pola untuk DNA: Gberpasangan dengan C dan A berpasangan denganU

Untai yang berpasangan pada RNA atau dupleksRNA-DNA adalah antiparallel, seperti pada DNA.

Strukturpasangan-basa

pada RNA

Pada RNA biasaditemukan pasanganbasa antara G denganU (yang tidak biasapada DNA)

Pada RNA biasaditemukan pasanganbasa antara G denganU (yang tidak biasapada DNA)

Struktur 3-dimensibeberapa RNA,seperti pada protein,adalah kompleks danunik.

Fenilalanin tRNA

Struktur 3-dimensibeberapa RNA,seperti pada protein,adalah kompleks danunik.

Beberapa polapasangan basa tidaklazim yang ditemukanpada tRNA

Denaturasi dan annealing (renaturasi) reversibel pada DNA

Kurva DenaturasiDNA karena panasdari dua spesimenDNATemperatur pada titiktengah transisi (tm)adalah titik leleh; iabergantung pada pHdan kekuatan ion,serta komposisi basaDNA.

Kurva DenaturasiDNA karena panasdari dua spesimenDNATemperatur pada titiktengah transisi (tm)adalah titik leleh; iabergantung pada pHdan kekuatan ion,serta komposisi basaDNA.

Hubungan antara tm dan kandungan GC pada DNA

DNA yang terdenaturasi secara parsial.

Transformasi non enzimatik pada nukleotida

Purin dan pirimidin, sebagai bagian darinukleotida, mengalami sejumlah perubahanspontan pada struktur kovalennya.

Laju reaksi ini biasanya sangat lambat, tetapisignifikan secara fisiologis karena sel sangatrendah toleransinya terhadap perubahan dalaminformasi genetiknya

Perubahan pada struktur DNA yang menghasilkanperubahan permanen pada informasi genetik yangdikodenya disebut sebagai mutasi

Purin dan pirimidin, sebagai bagian darinukleotida, mengalami sejumlah perubahanspontan pada struktur kovalennya.

Laju reaksi ini biasanya sangat lambat, tetapisignifikan secara fisiologis karena sel sangatrendah toleransinya terhadap perubahan dalaminformasi genetiknya

Perubahan pada struktur DNA yang menghasilkanperubahan permanen pada informasi genetik yangdikodenya disebut sebagai mutasi

Reaksi non enzimatiknukleotida yangterkarakterisasi dengan baik.

Pembentukan dimer pirimidin yang diinduksi sinar UV

Sinar UV menginduksikondensasi dua gugusetilen membentuk cincinsiklobutana.

Pembentukandimer pirimidinsiklobutanamenjadi tekukanatau kekakuan(kink) di dalamDNA

Pembentukandimer pirimidinsiklobutanamenjadi tekukanatau kekakuan(kink) di dalamDNA

Zat kimia yangmenyebabkankerusakan DNA.(a) Prekursor asamnitrat, yangpromotes reaksideaminasi.(b) Alkylatingagents.

Zat kimia yangmenyebabkankerusakan DNA.(a) Prekursor asamnitrat, yangpromotes reaksideaminasi.(b) Alkylatingagents.

Sekuensing DNA dengan metode Sanger.

Strategy for automating DNAsequencing reactions.Strategy for automating DNAsequencing reactions.

Sintesis DNA Secara Kimia

Fungsi Lain nukleotida

Pembawa energi kimia pada sel

Kofaktor

Molekul peregulasi (second messenger)

Pembawa energi kimia pada sel

Kofaktor

Nukleotida regulatory