ASAM NUKLEAT

SEJARAH PENEMUAN ASAM NUKLEAT

1879, Albrecht Kossel menemukan asam 1879, Albrecht Kossel menemukan asam nukleat yang tersusun oleh suatu nukleat yang tersusun oleh suatu gugus gula, gugus fosfat, dan gugus gugus gula, gugus fosfat, dan gugus basabasa

• Gula pada asam nukleat adalah ribosa.

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

• Perhatikan penomoran.

• Dalam penulisan diberi tanda prime(') untuk membedakan penomoran pada basa nitrogen

5

1

23

4

GULA RIBOSA

PERHATIKAN

• 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

Perhatikan struktur cincinnya

BASA-BASA DALAM ASAM NUKLEAT

GUGUS FOSFAT

Nukleosida (Gula Ribosa yang berikatan dengan basa nitrogen) + satu atau lebih gugus fosforil

disebut nukleotida.

RIBONUKLEOTIDA

• Gula ribosa yang berikatan dengan basa nitrogen (dalam contoh di samping adalah suatu pirimidin, urasil dan sitosin) pada atom karbon nomor 1‘nya disebut ribonukleosida (dalam contoh di samping adalah uridin dan sitidin).

• Ribonukleosida yang terfosforilasi pada atom karbon nomor 5‘nya disebut ribonukleotida (dalam contoh di samping adalah uridilat atau sitidilat)

• Penyampaian ribonukleotida biasana dalam bentuk singkatan (misalnya) U, atau UMP (uridin monofosfat)

RIBONUKLEOTIDA UTAMA

Perhatikan atom N9 (pada purin) dan N1 (pada pirimidin) yang berikatan dengan atom C nomor 1’

dari ribosa

KERAGAMAN IKATAN FOSFAT

• Hidrolisis RNA oleh enzim menghasilkan ribonukleosida 5’-mono-fosfat atau ribonukleosida 3'-monofosfat.

KERAGAMAN JUMLAH FOSFAT

12

3

Nucleosida mono-, di-, dan trifosfat

ASAM NUKLEAT

Monomer nukleotida dapat berikatan satu sama lain melalui ikatan fosfodiester antara -OH di atom C nomor 3‘nya dengan gugus fosfat dari nukleotida berikutnya.

Kedua ujung poli- atau oligonukleotida yang dihasilkan menyisakan gugus fosfat di atom karbon nomor 5' nukleotida pertama dan gugus hidroksil di atom karbon nomor 3' nukleotida terakhir.

KERANGKA GULA-FOSFAT

• Oleh karenanya kerangka dasar polinukleotida atau asam nukleat tersusun atas residu fosfat dan ribosa yang berselang-seling.

• Urutan basa dalam polinukleotida ditulis dari ujung yang memiliki gugus fosfat di atom karbon nomor 5' ke ujung yang memiliki gugus hidroksil di atom karbon nomor 3‘, atau biasa disebut ujung 5' ke 3': 5'-ATGCTAGC-3'

• Perhatikan bahwa kerangka dasar polinukleotida memiliki muatan negatif.

BASA NITROGEN DAPAT BERPOSISI SYN- ATAU ANTI-

KONFORMASI KERANGKA DASAR GULA-FOSFAT

• Polinukleotida memiliki kebebasan berotasi tak terbatas, kecuali pada kerangka cincin ribosanya.

NUKLEOTIDA DAN ASAM NUKLEAT

Ribonukleotida adalah penyusun RNA

RibonukleotidaRNA

KOMPOSISI BASA PENYUSUN ASAM NUKLEAT

OrganismeOrganisme AA GG CC TT

Escherichia coliEscherichia coli 24,724,7 26,026,0 25,725,7 23,623,6

KhamirKhamir 31,331,3 18,718,7 17,117,1 32,932,9

GandumGandum 27,327,3 22,722,7 22,822,8 27,127,1

SalmonSalmon 29,729,7 20,820,8 20,420,4 29,129,1

AyamAyam 28,828,8 20,520,5 21,521,5 29,329,3

HASIL PENELITIAN CHARGAFF1.1. Asam nukleat yang diisolasi dari berbagai Asam nukleat yang diisolasi dari berbagai

jaringan organisme yang sama memiliki jaringan organisme yang sama memiliki komposisi basa yang samakomposisi basa yang sama

2.2. Komposisi basa Asam nukleat beragam pada Komposisi basa Asam nukleat beragam pada organisme yang berbedaorganisme yang berbeda

3.3. Komposisi basa Asam nukleat suatu spesies Komposisi basa Asam nukleat suatu spesies tidak berubah oleh umur, nutrisi, dan tidak berubah oleh umur, nutrisi, dan lingkunganlingkungan

4.4. Jumlah residu adenin selalu setara dengan Jumlah residu adenin selalu setara dengan jumlah residu timin, sedangkan jumlah residu jumlah residu timin, sedangkan jumlah residu guaninn selalu setara dengan jumlah residu guaninn selalu setara dengan jumlah residu sitosinsitosin

KESIMPULAN PENELITIAN CHARGAFF

Asam nukleat merupakan bahan penentu Asam nukleat merupakan bahan penentu sifat mahluk hidupsifat mahluk hidup

Asam nukleat diturunkan/ditransfer dari Asam nukleat diturunkan/ditransfer dari induk ke keturunannyainduk ke keturunannya

MASALAH RNA: KETIDAKSTABILAN

DNA, yang memiliki H sebagai pengganti OH di DNA, yang memiliki H sebagai pengganti OH di atom C nomor 2’, lebih stabilatom C nomor 2’, lebih stabil

RIBOSA vs DEOKSIRIBOSA

• Turunan penting dari ribosa adalah 2'-deoksiribosa, sering hanya disebut deoksiribosa, yang pada karbon nomor 2‘nya OH digantikan oleh H.

• Deoksiribosa ditemukan di DNA (deoxyribonucleic acid)

• Ribosa ditemukan di RNA (ribonucleic acid).

• Penggantian –OH oleh H di atom C nomor 2 mempengaruhi struktur!

DNA RNA

DEOKSIRIBONUKLEOTIDA – PENYUSUN DNA

Penyampaian Deoksiribonukleotida biasanya dalam bentuk singkatan (misalnya) A, atau dA (deoksiA), atau dAMP (deoksiadenosin monofosfat)

•Gula 2'-deoksiribosa yang berikatan dengan basa nitrogen (dalam contoh di samping adalah purin - adenin dan guanin) pada atom karbon nomor 1‘nya disebut deoksiribonukleosida (dalam contoh di samping adalah deoksiadenosin dan deoksiguanosine).

• Deoksiribonukleosida yang terfosforilasi pada atom karbon nomor 5‘nya disebut Deoksiribonukleotida (dalam contoh di samping adalah deoksiadenilat dan deoksiguanilat).

DEOKSIRIBONUKLEOTIDA UTAMA

PENAMAAN NUKLEOTIDA (1)

PENAMAAN NUKLEOTIDA (2)

ASAM NUKLEAT

Monomer nukleotida dapat berikatan satu sama lain melalui ikatan fosfodiester antara -OH di atom C nomor 3‘nya dengan gugus fosfat dari nukleotida berikutnya.

Kedua ujung poli- atau oligonukleotida yang dihasilkan menyisakan gugus fosfat di atom karbon nomor 5' nukleotida pertama dan gugus hidroksil di atom karbon nomor 3' nukleotida terakhir.

IKATAN HIDROGEN ANTAR RANGKAIAN BASA DNA

Watson-Crick base pairing

NUKLEOTIDA DAN ASAM NUKLEAT

Deoksiribonukleotida adalah penyusun DNA

DNADeoksiribonukleotida

H

STRUKTUR DNA

• DNA terdiri atas dua rangkaian heliks anti-paralel (paralel berlawanan arah) yang melilit ke kanan suatu poros.

• Ukuran lilitan adalah 36 Å, yang mengandung 10.5 pasangan basa per putaran.

• Kerangka yang berselang-seling antara gugus deoksiribosa dan fosfat terletak di bagian luar.

• Ikatan hidrogen antara basa purin dan pirimidin terletak d bagian dalam.

RANGKAIAN BENANG DNA

• Basa penyusun suatu benang DNA yang antiparallel tidak sama melainkan bersifat komplemen terhadap benang pasangannya.

• Basa C berpasangan dengan G, sedangkan A dengan T. Hal ini sangat bemanfaat dalam kaitan untuk penyimpanan dan pemindahan.

seperti seperti halnyahalnya protein, asam nukleat juga protein, asam nukleat juga mempunyai struktur primer, sekunder dan tersiermempunyai struktur primer, sekunder dan tersier asam nukleat mempunyai arah senseasam nukleat mempunyai arah sense- Mempunyai individualitas Mempunyai individualitas ditentukan dari ditentukan dari

urutan basa nitrogennya urutan basa nitrogennya disebut sebagai disebut sebagai struktur primerstruktur primer

- Informasi genetikInformasi genetik ada pada struktur primer ada pada struktur primer

PP

A

3’

5’

C

P

P

3’

5’

G

P

3’

5’

T

P

3’

5’

C

5’

OH

3’ACGTC

Struktur sekunder Double helixDouble helix

Watson n Crick Watson n Crick menjawab struktur 3D DNA dgn X- menjawab struktur 3D DNA dgn X-ray diffraction pattern : hsl penelitian Rosalind Franklin ray diffraction pattern : hsl penelitian Rosalind Franklin

Mampu menyimpulkan bahwa :Mampu menyimpulkan bahwa : mempunyai struktur double helixmempunyai struktur double helix dengan 10 basa setiap putarandengan 10 basa setiap putaran putaran 360putaran 360, , basa Nitrogen A-T , G – Cbasa Nitrogen A-T , G – C cekukan mayor and minorcekukan mayor and minor double helix memutar ke kanandouble helix memutar ke kanan self replicationself replication

Semikonservatif pd Replikasi DNA

Mekanisme pengkopian DNA melibatkan pembukaan double helix

Setiap rantai menjadi pola / templat untuk pita baru

Semi konservatif apa beda dengan konservatif dan dispersive?

X-ray diffraction : ada 2 macamX-ray diffraction : ada 2 macam Yg telah diterjemahkan struktur 3 D Yg telah diterjemahkan struktur 3 D

nya : B formnya : B form Bentuk yang umum adalah B formBentuk yang umum adalah B form A form A form RNA double helix RNA double helix

Gugus OH pd RNA Gugus OH pd RNA tidak tidak memungkinkan melipat lebih dekat memungkinkan melipat lebih dekat membentuk A form yang lebih lebarmembentuk A form yang lebih lebar

Dalam kondisi normal (kondisi fisiologis) DNA relatif stabil

Kadang menjadi tidak stabil krn proses2 replikasi, transkripsi

Disosiasi double helix DNA Disosiasi double helix DNA denaturasi denaturasi apabila DNA dipanaskan diatas melting apabila DNA dipanaskan diatas melting

temperaturnya (Tm) maka double helix temperaturnya (Tm) maka double helix akan terbukaakan terbuka

Tm Tm tergantung pada rasio tergantung pada rasio (G+C)/(A+T)(G+C)/(A+T)

G/C content dapat dihitung dengan G/C content dapat dihitung dengan (G+C) / (Total Basa N) x 100% (G+C) / (Total Basa N) x 100%

RNA

Ada 4 mcmAda 4 mcm

Hn RNAHn RNA mRNAmRNA rRNArRNA tRNAtRNA snRNAsnRNA

hnRNA hnRNA heterogeonous nuclear RNA heterogeonous nuclear RNA merupakan merupakan hasil transkripsi langsung dr DNA hasil transkripsi langsung dr DNA

mRNA mRNA telah mengalami proses posttranskripsi telah mengalami proses posttranskripsi

menghilangkan intronmenghilangkan intron informasi genetik informasi genetik dlm btk codon dlm btk codon (urutan 3 nukleotida)(urutan 3 nukleotida)

rRNA rRNA Komponen ribosom dimana translasi berlangsungKomponen ribosom dimana translasi berlangsung

tRNA tRNA Menerjemahkan kode genetikMenerjemahkan kode genetik Menghubungkan antara asam nukleat dengan asam Menghubungkan antara asam nukleat dengan asam

amino amino protein protein snRNA snRNA

Small nuclear RNA Small nuclear RNA membantu proses splicing membantu proses splicing dalam post transkripsi proses dalam post transkripsi proses

Transfer RNA (tRNA)Transfer RNA (tRNA)composed of a nucleic acid and a specific amino acid

provide the link between the nucleic acid sequence of mRNA and the amino acid sequence it codes for.

An anticodon a sequence of 3 nucleotides in a tRNA that is complementary to a codon of mRNA

Structure of tRNAs

Fungsi biologis

DNA sebagai pembawa DNA sebagai pembawa informasi genetikinformasi genetik DNA DNA komponen dr komponen dr

kromosomkromosom Fungsi yang lain:Fungsi yang lain:

Nukleotida sbg Nukleotida sbg pembawa energipembawa energi

Nukleotida sebagi Nukleotida sebagi koensimkoensim

enzimenzim

DIMANA ASAM NUKLEAT BERPERAN?

• DNA mengandung gen, informasi yang mengatur sintesis protein dan RNA.

• DNA mengandung bagian-bagian yang menentukan pengaturan ekspresi gen (promoter, operator, dll.)

• Ribosomal RNA (rRNA) merupakan komponen dari ribosom, mesin biologis pembuat protein

• Messenger RNAs (mRNA) merupakan bahan pembawa informasi genetik dari gen ke ribosom

• Transfer RNAs (tRNAs) merupakan bahan yang menterjemahkan informasi dalam mRNA menjadi urutan asam amino

• RNAs memiliki fungsi-fungsi yang lain, di antaranya fungsi-fungsi katalis

Metabolisme Asam Nukleat

Merupakan proses metabolisme informasi, yang Merupakan proses metabolisme informasi, yang berbeda dgn metabolisme-metabolisme yang berbeda dgn metabolisme-metabolisme yang telah dipelajari sebelumnya: metabolisme telah dipelajari sebelumnya: metabolisme intermediate intermediate ensim berperanan dlm setiap ensim berperanan dlm setiap reaksi yg terjadi. reaksi yg terjadi.

Proses perlekatan substrat dan menghasilkan Proses perlekatan substrat dan menghasilkan produkproduk

Metabolisme informasi Metabolisme informasi ada cetakan yang ada cetakan yang perlu diterjemahkan menjadi produk.perlu diterjemahkan menjadi produk.

Cetakan Cetakan DNA atau RNA, proses juga DNA atau RNA, proses juga melibatkan berbagai enzimmelibatkan berbagai enzim

Proses utama dlm metabolisme informasi:

1. Replikasi DNA berperan sbg cetakan untuk sintesisnya sdr

2. Transkripsi Informasi yang ada pada DNA menentukan RNA yang diproduksi

3. Translasi RNA berperan sbg cetakan untuk sintesis suatu rantai polipeptida ttt

Replikasi dan transkripsi hanya menggunakan Replikasi dan transkripsi hanya menggunakan 4 nukleotida4 nukleotida

Translasi Translasi mengubah bahasa nukleotida yg mengubah bahasa nukleotida yg terdiri dari 4 nukleotida menjadi bahasa protein terdiri dari 4 nukleotida menjadi bahasa protein yang terdiri dari 20 huruf asam aminoyang terdiri dari 20 huruf asam amino

Persamaan replikasi, transkripsi dan translasi Persamaan replikasi, transkripsi dan translasi

membutuhkan cetakanmembutuhkan cetakan

proses terdiri dari inisiasi, elongasi dan proses terdiri dari inisiasi, elongasi dan terminasiterminasi

Replikasi

Secara konsep sederhana

Proses mekanismenya komplek

Kesederhanaannya krn konsep dr Watson & Crick Transfer informasi melibatkan pembukaan double helix DNA yang diikuti secara bersamaan dengan pembentukan dua pita baru pasangan dari pita DNA yang lama

•Replikasi dimulai pada suatu lokasi tertentu

• arah dari replikasi tidak semuanya sama

• Sintesis DNA selalu dengan arah 5’ 3”

• leading strand disintesis secara kontinyu

• langging strand disintesis secara diskontinyu okzaki fragment

Proses inisiasi replikasi DNA

Urutan nukleotida yang secara spesifik Urutan nukleotida yang secara spesifik terikat pada protein inisiasiterikat pada protein inisiasi

Mekanisme untuk mensintesi primer Mekanisme untuk mensintesi primer RNA RNA dpt dielongasi oleh DNA dpt dielongasi oleh DNA polimerasepolimerase

Inisiasi DNA replikasi pada E coli Inisiasi DNA replikasi pada E coli Ori Ori CC

Helicase Helicase membuka double helix DNA membuka double helix DNA Primase Primase mensintesis primer RNA mensintesis primer RNA Topoisomerase Topoisomerase melepaskan torsi krn proses melepaskan torsi krn proses

membukanya DNAmembukanya DNA DNA polymerase DNA polymerase dimer, melakukan elongasi dimer, melakukan elongasi

baik pd lagging dan leading strandbaik pd lagging dan leading strand Sliding clamp Sliding clamp memegang rantai polipeptida memegang rantai polipeptida

baru dengan cetakannyabaru dengan cetakannya Single strand DNA binding Protein Single strand DNA binding Protein SSBP SSBP

menstabilkan cetakan DNA menstabilkan cetakan DNA memfasilitasi memfasilitasi pengikatan nukleotida barupengikatan nukleotida baru

DNA polimerasi I DNA polimerasi I menghilangkan RNA primer menghilangkan RNA primer yang melekat pada lagging strand DNA dan yang melekat pada lagging strand DNA dan mengganti dgn DNA,mengganti dgn DNA,

DNA Ligase DNA Ligase menyambung DNA antara menyambung DNA antara okazaki fragment satu dgn yg lainokazaki fragment satu dgn yg lain

DNA polimerase

Pada sel bakteri Pada sel bakteri dikenal ada 3 macam dikenal ada 3 macam DNA polimeraseDNA polimerase

DNA polimerase I, II DNA polimerase I, II dan IIIdan III

DNA polimerase I DNA polimerase I mempunyai aktivitas mempunyai aktivitas eksonuklease eksonuklease proof readingproof reading

Transkripsi DNA

Suatu proses untuk membaca informasi yang Suatu proses untuk membaca informasi yang disimpan dalam urutan nukleotida DNA disimpan dalam urutan nukleotida DNA RNARNA

RNA sintesis membutuhkan ensim RNA RNA sintesis membutuhkan ensim RNA polimerasepolimerase

Mekanisme dibagi menjadi 3Mekanisme dibagi menjadi 3 InisiasiInisiasi ElongasiElongasi TerminasiTerminasi

Translasi DNA

Translation Translation adalah proses membaca adalah proses membaca kodon dan menggabungkan asam amino kodon dan menggabungkan asam amino yang sesuai bersama-sama dengan ikatan yang sesuai bersama-sama dengan ikatan peptida. peptida.

Komponen proses translasiKomponen proses translasi1.mRNA consist of genetic code

2.Ribosome

3.tRNA together with a.a

4.Enzymes

Translation process consists of 3 main stagesTranslation process consists of 3 main stages

• Initiation

• Elongation

• Termination

Initiation Activation of amino acids for incorporation intoproteins.

Activation of amino acids for incorporation into proteins.

Codon Codon urutan 3 nukleotida dalam mRNA urutan 3 nukleotida dalam mRNA yang menspesifikasikan penggabungan yang menspesifikasikan penggabungan suata asam amino ttt mjd protein. suata asam amino ttt mjd protein.

The relationship between codons and the The relationship between codons and the amino acids they code for is called the amino acids they code for is called the

genetic codegenetic code..

Genetic code Genetic code 3 nucleotides - codon – mengkode 3 nucleotides - codon – mengkode untuk 1 asam amino dlm suatu proteinuntuk 1 asam amino dlm suatu protein

Not all codons are used with equal frequency.

There is a considerable amount of variationin the patterns of codon usage between different organisms.

Relationships of DNA to mRNA to Relationships of DNA to mRNA to polypeptide chain.polypeptide chain.

Translation is Translation is accomplished by the accomplished by the anticodon loop of anticodon loop of tRNA forming base tRNA forming base pairs with the codon of pairs with the codon of mRNA in ribosomesmRNA in ribosomes

Transfer RNA (tRNA)Transfer RNA (tRNA)composed of a nucleic acid and a specific amino acid

provide the link between the nucleic acid sequence of mRNA and the amino acid sequence it codes for.

An anticodon a sequence of 3 nucleotides in a tRNA that is complementary to a codon of mRNA

Structure of tRNAs

Two initiation factors (IF1 &IF3) bind to a 70S ribosome.promote the dissociation of 70S ribosomes into free 30S and 50S subunits.

mRNA and IF2, which carries - GTP - the charged tRNA

bind to a free 30S subunit. After these have all bound, the 30S initiation complex is complete.

Only tRNAfMet is accepted to form the initiation complex.

All further charged tRNAs require fully assembled (i.e., 70S) ribosomes

The Shine-Dalgarno sequence help ribosomes and mRNA aligns correctly for the start of translation.

Ribosome consists of- A site aminoacyl- P site peptidyl- E site exit

Peptide bond formation catalyzed by an enzyme complex called peptidyltransferase

Peptidyltransferase consists of some ribosomal proteins and the ribosomal RNA acts as a ribozyme.

The processis repeated until a termination signal is reached.

Termination of translation occurs when one of the stop codons (UAA, UAG, or UGA) appears in the A site of the ribosome.

No tRNAs correspond to those sequences, so no tRNAis bound during termination.

Proteins called release factors participate in termination

Terima Kasih