ASAM NUKLEAT

METABOLISMEAS NUKLEATAS. NUKLEAT

Woro Anindito Sri Tunjung

LAB BIOKIMIALAB. BIOKIMIAFAKULTAS BIOLOGI UGM

9/12/2012 1

Merupakan bagian organisme hidup ygsangat pentingMembawa informasi genetika yang akanMembawa informasi genetika yang akanditurunkan / ditransfer dr generasi kegenerasi. gAda 2 macam:◦ Asam deoksiribonukleat : AND / DNA

Asam ribon kleat ARN / RNA◦ Asam ribonukleat : ARN / RNAAsam nukleat mrpk polimer nukleotida ygdihubungkan dgn ikatan fosfodiesterg g

9/12/2012 2

Nukleotida dan Asam NukleatN kl tid k b ildi bl k / k / d i kl t Nukleotida merupakan building blocks / prekursor / dari asam nukleat

(DNA dan RNA)

NucleotideDNARNA

9/12/2012 3

Struktur Nukleotida

Nukleotida memiliki 3 komponen utama yakni:

Gugus fosfatBasa nitrogen(pirimidin atau purin)

Gula pentosa

9/12/2012 4

4

p

1. Basa purin dan pirimidin. p p m

Perhatikan sistem penomoran dan struktur cincin

9/12/2012 5

Perhatikan sistem penomoran dan struktur cincin umumnya

Basa utama dalam asam nukleat• Basa tersebut disingkat dari huruf pertamannya (A G C T U)(A, G, C, T, U).

• Purin (A, G) dimiliki oleh RNA dan DNA

• Pirimidin C terdapat pada RNA dan DNA tetapiRNA dan DNA, tetapi

• T hanya ada pada DNA, dan• U hanya ada pada RNA

9/12/2012 6

2. Gula Ribosa• Ribosa (β-D-furanose)

merupakan gula pentosa

.

merupakan gula pentosa (memiliki cincin 5 atom karbon) 5

• Dalam suatu nukleosida atau nukleotida

1

23

4

digunakan istilah "prime“ ( ‘ ) (5’ atau 3’) untuk membedakanuntuk membedakannomer atom C yang mengikat suatu gugus.

9/12/2012 711

Ik t n b s p d p nt s t d p t p d k b n Ikatan basa pada pentosa terdapat pada karbon 1’, dan fosfat pada karbon 5’

SedangkanSedangkanhidroksil d k b pada karbon 2’ dan 3’

9/12/2012 8

Nukleotida mengikat basa nitrogennya pada atom C no. 1, dgn ikatan glikosidaGugus fosfat terikat pada gugus hidroksil

C 5atom C no. 5Kedua kondisi diatas, menyebabkan nukleotida mempunyai sifat sifat:nukleotida mempunyai sifat sifat:◦ Gugus phosphat bertindak sbg asam kuat (pKa=

1))◦ Gugus amina dr basa purin dan pirimidine, dpt di

protonasi◦ Nukleotida mampu menyerap sinar uv dapat◦ Nukleotida mampu menyerap sinar uv dapat

diukur konsentrasinya

9/12/2012 9

Ribosa vs. Deoksiribosa• Derivat penting dari ribosa adalah 2'-deoksiribosa, yakni pada deoksiribosa, yakni pada 2' OH diganti dengan H.

• Deoksiribosa dimiliki DNA (deoxyribonucleic acid)(deoxyribonucleic acid)

• Ribosa dimiliki RNA (ribonucleic acid).

• 2’-OH yang diganti H 2 -OH yang diganti H memiliki pengaruh pada struktur jalin ganda heliks DNA RNA

9/12/2012 10Fig. 8-3

3. FosfatNukleotida berbeda denganNukleotida berbeda dengan nukleosida karena nukleosida tdk mempunyai

f f tgugus fosfat

Sehingga kita sering gg gmenuliskan nukleotida sebagai

Nukleosida monofosfatNukleosida monofosfatNukleosida difosfatNukleosida trifosfat

Tergantung pada jumlah

Nukleosida + satu atau lebih gugus f f il di b t kl tid

Tergantung pada jumlah fosfat yg dimiliki

9/12/2012 11

fosforil disebut nukleotida.

Jembatan fosfat / backbone” (“tulang belakang”) gula-fosfat g ) g f f

T l P li kl id kl iliki • Tulang punggung Polinukleotida atau asam nukleat memiliki residu fosfat dan pentosa.

• Basa yang dimiliki analog dengan gugus rantai samping dari asam amino; yakni bervariasi tanpa mengubah struktur ikatan kovalen fosfodiester.

• Urutan ditulis dari ujung 5' ke 3' : 5'-ATGCTAGC-3’

9/12/2012 12Berg Fig. 1.1

K DNA k t i d d t t k bKarena DNA merupakan rantai ganda dan atom‐atom karbon mempunyai aturan diatas untuk mengikat basa nitrogen dan gugus fosfat maka satu rantai DNA terlihat berdiri tegak sedangkan rantai pasangannya justru terbalik. Maka pada notasi penulisan kode genetik DNA, ditulis 5’‐kode genetik‐3’, sedangkan untuk rantai pasangannya justru ditulis 3’‐kodesedangkan untuk rantai pasangannya justru ditulis 3 kode genetik‐5’. Pengaturan ini disebut konfigurasi antiparalel.

5’ TCTC 3’5’‐ TCTC‐3’3’‐ AGAG ‐5’

Adenine selalu berpasangan dengan thymine melalui 2 ikatan hidrogen sedangkan cytosine berpasangan dengan guanine melalui 3 ikatan hidrogen.

9/12/2012 13

melalui 3 ikatan hidrogen.

9/12/2012 14

Interaksi ikatan hidrogen menggabungkan antara 2 basa DNA

Pasangan basa Watson-Crick

9/12/2012 15

DNA k hil 2’ OH b if bil Fig. 8-8

DNA, yang kehilangan 2’-OH, bersifat stabil pada kondisi pH basa

9/12/2012 16

9/12/2012 17

9/12/2012 19

Proses utama dlm metabolisme informasi:

1. Replikasi DNA berperan sbg cetakan untuk sintesisnya sdr

2 T k i i I f i2. Transkripsi Informasi yang ada pada DNA menentukan RNA yang y gdiproduksi

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

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

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

Persamaan replikasi, transkripsi dan translasi 

membutuhkan cetakan

proses terdiri dari inisiasi, elongasi dan terminasi

Pembelahan sel dan Replikasi DNA

• Pembelahan sel

• Sebelum sel membelah, sel harus  membentuk  dua sel

structures, organelles and their genetic 

information

9/12/2012 22

Replikasi

Secara konsep sederhanap

Proses mekanismenya komplekkomplek

Kesederhanaannya krn konsep dr Watson & Crickkonsep dr Watson & Crick

Transfer informasi melibatkan pembukaan double a s e o as e bat a pe bu aa doub ehelix DNA yang diikuti secara bersamaan dengan pembentukan dua pita baru pasangan dari pita DNA yang lama

Mekanisme pengkopian DNAMekanisme pengkopian DNA melibatkan pembukaan double helix

Setiap rantai menjadi pola / templat untuk pita barup p

R lik i DNA t j diReplikasi DNA terjadisecara dua arah yangdimulai pada daerah tempat dimulainya p yreplikasi (origin).

Mekanisme ini dapat diamati pada diamati pada bakteria (E. coli)

1. “Unzipping” DNApp g- Helicase unwinds the DNA (it

makes it flat so it’s not twistedmakes it flat, so it s not twisted anymore)H d b d b k- Hydrogen bonds break between the base pairs

- “Replication Fork” = the place where strands start to separatee e st a ds sta t to sepa ate

2 “Parent Strands” act like a template (they act2. Parent Strands act like a template (they act like a guide, so the matching bases know where to go)

3. DNA Polymerase (the “helper”)- puts ‘free’ bases on the parent strands- the bases form new strands of DNA

4. Finished! Now there are two identical pieces of DNAof DNA

* “polymer” a chain of many similar* polymer = a chain of many similar pieces

(DNA is a polymer It is a chain of nucleotides )(DNA is a polymer. It is a chain of nucleotides.)

DNA Polymerase –- it creates a polymer of DNA- it proofreads the new DNAp

DNA Helicase - it unwinds the double helix

Proses replikasiProses replikasiberjalan dengan dua mekanismepemanjangan

i l dirantai: leadingdan lagging.

Hal ini terjadi karenaHal ini terjadi karenaarah sintesis DNAdimulai dari ujung 5’ DNA barut j 3’ DNA atau ujung 3’ DNA

template

Pada rantai lagging,sintesis fragmen Okazaki pada jalin DNA dariujung 3’ ke 5’,sedang arah sedang arah sintesis dari 5’ke 3’.

Beberapa jenisprotein terlibatdalam proses replikasi al :replikasi, al.:topoisomerase,primase, helikaseDNA.

Suatu proses untuk membaca informasi pyang disimpan dalam urutan nukleotida DNA RNA

Mekanisme dibagi menjadi 3◦ InisiasiInisiasi◦ Elongasi◦ Terminasi

•The part of the DNA molecule (the gene) that the cell wants theinformation from to make a protein unwinds to expose theinformation from to make a protein unwinds to expose thebases.

•Free mRNA nucleotides in the nucleus base pair with onepstrand of the unwound DNA molecule.

•The mRNA copy is made with the help of RNA polymerase. This enzyme joins up the mRNA nucleotides to make a mRNA strandenzyme joins up the mRNA nucleotides to make a mRNA strand.

•This mRNA strand is a complementary copy of the DNA (gene)

•The mRNA molecule leaves the nucleus via a nuclear pore into•The mRNA molecule leaves the nucleus via a nuclear pore into the cytoplasm

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

Translation merupakan prosesTranslation merupakan proses pembacaan kodon dan menggabungkan asam amino melalui ikatan peptidaKomponen proses translasi1 mRNA tersusun atas kode genetik1.mRNA tersusun atas kode genetik

2.Ribosome

3.tRNA bersama dengan asam amino

4.Enzymes4.Enzymes

Tahap proses translasiTahap proses translasi

• Inisiasi• Inisiasi

• Elongasi

• Terminasi

Inisiasi Aktivasi asam amino untuk bergabung membentuk protein

A i i f i id fActivation of amino acids for incorporation into proteins.

Genetic code 3 nucleotides - codon –mengkode untuk 1 asam amino dlmgsuatu protein

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

PROTEIN SYNTHESIS1. DNA unwinds2. mRNA copy is made of one of the DNA strands.3. mRNA copy moves out of nucleus into cytoplasm.4. tRNA molecules are activated as their complementary amino acids4. tRNA molecules are activated as their complementary amino acids

are attached to them.5. mRNA copy attaches to the small subunit of the ribosomes in

cytoplasm 6 of the bases in the mRNA are exposed in the ribosomecytoplasm. 6 of the bases in the mRNA are exposed in the ribosome.6. A tRNA bonds complementarily with the mRNA via its anticodon.

7. A second tRNA bonds with the next three bases of the mRNA, the d h d f h f damino acid joins onto the amino acid of the first tRNA via a peptide

bond. Peptide bond formation catalyzed by an enzyme complex called peptidyltransferase8. The ribosome moves along. The first tRNA leaves the ribosome.9. A third tRNA brings a third amino acid10. Eventually a stop codon is reached on the mRNA. The newly y p y

synthesised polypeptide leaves the ribosome.

Translation - animation

Not all codons are used with equal frequency.

There is aThere is a considerable amount ofamount of variationin the patterns of codon usage between different

iorganisms.

Beberapa kodon mempunyai fungsi khusus yakni sebagaikodon inisiasi AUG dan sebagai kodon terminasi atau stop UAA,g p ,UAG dan UGA. Kodon AUG pada RNA atau ATG pada DNA tidakhanya kodon inisiasi untuk urutan permulaan suatupolipeptida tetapi juga merupakan kodon untuk asam aminopolipeptida, tetapi juga merupakan kodon untuk asam aminometionin (Met).

Mutasi yang menyebabkan berubahnya suatu kodon menjadikodon stop disebut sebagai mutasi tidak berarti (nonsense),karena adanya mutasi ini menyebabkan kodon berikutnyay y ymenjadi tidak berarti.

Arah sintesis protein dari ujung N ke ujung C denganArah sintesis protein dari ujung N ke ujung C denganpenambahan Asam amino terjadi pada ujung C (karboksil)

45

Two initiation factors (IF1Only tRNAfMet is accepted to form the initiation complexTwo initiation factors (IF1

&IF3) bind to a 70S ribosome.

promote the dissociation

form the initiation complex.

All further charged tRNAs require fully assembled (i.e.,promote the dissociation

of 70S ribosomes into free 30S and 50S subunits.

require fully assembled (i.e., 70S) ribosomes

The Shine-DalgarnomRNA and IF2, which carries - GTP

sequence help ribosomes and mRNA aligns correctly for the start of translation.

- the charged tRNA

bind to a free 30S subunit. After these have all

Ribosome consists of- A site aminoacyl

P site peptid lAfter these have all bound, the 30S initiation complex is complete.

- P site peptidyl- E site exit

•First the mRNA attaches itself to a ribosome (to the small subunit).•Six bases of the mRNA are exposed•Six bases of the mRNA are exposed.•A complementary tRNA molecule with its attached amino acid (methionine) base pairs via its anticodon UAC with the AUG on the mRNA in the first position P.•Another tRNA base pairs with the other three mRNA bases in the ribosome at position AA.•The enzyme peptidyl transferase forms a peptide bond between the two amino acids.•The first tRNA (without its amino acid) leaves the ribosome.

The ribosome moves along the mRNA to the next codon (three bases).The second tRNA molecule moves into position P.Another tRNA molecule pairs with the mRNA in position A bringing its amino acid.A growing polypeptide is formed in this way until a stop codon is reached.

P tid b dPeptide bond formationcatalyzed by an enzyme complexenzyme complex called peptidyltransferase

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

The processThe processis repeated until a termination signal is reached.

A stop codon on the mRNA is reached and this signals the ribosome to leave the mRNA. A newly synthesised protein is now complete!

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

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

Proteins called releaseProteins called release factors participate in termination