METABOLISME ASAM NUKLEAT

Makalah

disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Biokimia Umum II

oleh

Rahmat Darma Wansyah1105105010013

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI HASIL PERTANIANFAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SYIAH KUALA

DARUSSALAM, BANDA ACEH2013

I. PENDAHULUAN

Metabolisme adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme,

termasuk yang terjadi di tingkat selular.Secara umum, metabolisme memiliki dua

arah lintasan reaksi kimia organik, yaitu anabolisme dan katabolisme.Katabolisme

itu sendiri yaitu reaksi yang mengurai molekul senyawa organik untuk

mendapatkan energi.Adapun anabolisme merupakan reaksi yang merangkai

senyawa organik dari molekul-molekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh.

Berawal tahun 1868 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.

Asam nukleat adalah biopolymer yang berbobot molekul tinggi dengan unit

monomernya mononukleotida. Asam nukleat terdapat dalam semua sel dan

memiliki peranan yang sangat penting dalam biosintesis protein. Bila nukleotida

mengandung ribose, maka asam nukleat yang terjadi adalah RNA (Ribnucleic acid

= asam ribonukleat) yang berguna dalam sintesis protein. Bila nukleotida

mengandung deoksiribosa, maka asam nukleat yang terjadi adalah DNA

(Deoxyribonucleic acid = asam deoksiribonukleat) yang merupakan bahan utama

pementukan inti sel. Dalam asam nukleat terdapat 4 basa nitrogen yang berbeda

yaitu 2 purin dan 2 primidin. Baik dalm RNA maupun DNA purin selalu adenine

dan guanine. Dalam RNA primidin selalu sitosin dan urasil, dalam DNA primidin

selalu sitosin dan timin.

Baik DNA maupun RNA berupa anion dan pada umumnya terikatpada

protein yang mempunyai sifat basa, misalnya DNA dalam inti sel terikat pada

histon.Senyawa gabungan antara asam nukleat dengan protein ini disebut

nukleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan suatu polimer seperti protein,

tetapi yang menjadi monomer bukan asam amino, melainkan nukleotida.

Asam nukleat tersusun atas monomer-monomer berupa nukeotida, yang

masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa, dan sebuah

basa N. dengan demikian, setiap nukeotida 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 (adenosine trifosfat) adalah nukleotida yang merupakan

nukleosida dengan tiga gugus fosfat.

Jika gula pentosanya adalah ribose seperti halnya pada RNA, maka

nukleosidanya dapat berupa adenosine, guanosin, sitidin, dan uridin. Begitu pula,

nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu adenosine monofosfat, guanosin

monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin monofosfat. Sementara itu, jika gula

pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya DNA, maka nukleosidanya terdiri

atas deoksiguanosin, deoksisitidin, dan deoksitimin.

Gambar Nukleotida

II. PEMBAHASAN

2.1 Asam Nukleat

Asam nukleat merupakan molekul raksasa yang memiliki fungsi khusus

yaitu, menyimpan informasi genetik dan menerunkannya kepada keturunanya.

Susunan asam nukleat yang menentukan apakah mahluk itu menjadi hewan,

tumbuhan, maupun manusia. Begitu pula susunan dalam sel, apakah sel itu

menjadi sel otot maupun sel darah. Beberapa fungsi penting asam nukleat adalah

menyimpan, menstransmisi, danmentranslasi 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 ) atau 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 danasam nukleat disebut nucleoprotein. Molekul asam

nukleat merupakan polimer sepertiprotein tetapi unit penyusunnya adalah

nukleotida. Salah satu contoh nukleutida asam nukleat bebas adalah ATP yang

berfungsi sebagai pembawa energy.

2.1.1 DNA

DNA (deoxyribose nucleic acid) merupakan komponen penyusun

kehidupan.Zat inilah yang membuat lebah adalah seekor lebah dan kanguru adalah

kanguru. DNA adalah apa yang membuat tiap-tiap individual (apapun jenis dan

spesiesnya) unik.

DNA terdapat pada semua organisme hidup dari mulai bakteri terkecil

sampai ikan paus  raksasa. Molekul ini tidak hanya menentukan sifat fisik, seperti

warna rambut dan warna mata, tapi juga kemungkinan penyakit yang dimiliki.

DNA adalah material pembawa sifat yang dapat ditemukan pada sel. Ia

menyediakan instruksi untuk membuat, menjaga, dan mengatur kerja sel dan

organisme.

Asam ini adalah polimer yang terdiri atas molekul-molekul

deoksiribonukleotida yang terikat satu sama lain sehingga membentuk rantai

polinukleotida yang panjang. Molekul DNA yang panjang ini terbentuk oleh

ikatan antara atom C nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul deoksiribosa

dengan perantaraan gugus fosfat. Secara kimia DNA mengandung

karakteristik/sifat sebagai berikut:

1. Memiliki gugus gula deoksiribosa.

2. Basa nitrogennya guanin (G), sitosin (C), timin (T) dan adenin (A).

3. Memiliki rantai heliks ganda anti paralel

4. Kandungan basa nitrogen antara kedua rantai sama banyak dan berpasangan

Pada tahun 1953, berdasarkan hasil penelitian dari Rosalind Franklin,

James Watson and Francis Crick,  DNA diketahui berbentuk double helix. Terdiri

dari dua pita yang berpilin menjadi satu.Double helix terdiri dari dua rantai, satu

berwarna biru, dan satunya kuning.Contoh helix misalnya pada rajutan tali, seperti

pada gambar sebelah kanan.

Gambar 1. Contoh Double helix

Interaksi ikatan hidrogen antara masing-masing basa nitrogen

menyebabkan bentuk dari dua rantai DNA menjadi sedemikian rupa, bentuk ini

disebut double helix. Interaksi spesifik ini terjadi antara basa A dengan T, dan C

dengan G. Sehingga jika double helix dibayang kan sebagai sebuah tangga spiral,

maka ikatan basa-basa ini sebagai anak tangga-nya. Lebar dari ‘anak tangga’

adalah sama, karena pasangan basa selalu terdiri dari satu primidin dan satu purin.

2.1.2 RNA

Asam ribonukleat adalah salah satu polimer yang terdiri atas molekul-

molekul ribonukleotida. Seperti DNA, asam ribonukleat ini terbentuk oleh adanya

ikatan antara atom C nomer 3 dengan atom C nomer 5 pada molekul ribosa

dengan perantaraan gugus fosfat. Dibawah ini adalah gambar struktur sebagian

dari molekul RNA :

Meskipun banyak persamaannya dengan DNA , RNA mempunyai beberapa

perbedaan dengan DNA yaitu :

1. Bagian pentosa RNA adalah ribosa, sedangkan bagian pentosa DNA adalah

deoksiribosa.

2. Bentuk molekul DNA adalah heliks ganda. Bentuk molekul RNA bukan heliks

ganda, tetapi berupa rantai tunggal yang terlipat sehingga menyerupai rantai

ganda.

3. RNA mengandung basa Adenin, Guanin dan Sitosin seperti DNA , tetapi tidak

mengandung Timin. Sebagai gantinya, RNA mengandung Urasil. Dengan

demikian bagian basa pirimidin RNA berbeda dengan bagian basa pirimidin

DNA.

4. Jumlah Guanin adalah molekul RNA tidak perlu sama dengan Sitosin,

demikian pula jumlah adenin tidak harus sama dengan Urasil.

Ada 3 macam RNA, yaitu tRNA (transfer RNA), mRNA (messenger RNA)

dan rRNA (ribosomal RNA).Ketiga macam RNA ini mempunyai fungsi yang

berbeda-beda, tetapi ketiganya secara bersama-sama mempunyai peranan penting

dalam sintesis protein.

2.2 Sintesis RNA dan DNA

Asam nukleat tersusun atas monomer-monomer berupa nukeotida, yang

masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa, dan sebuah

basa N. dengan demikian, setiap nukeotida pada asam nukleat dapat dilihat

sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pengertian nukleotida secara umum

sebenarnya adalah nukleosida dengan sebuah atau ebih gugus fosfat.Sebagai

contoh, molekul ATP (adenosine trifosfat) adalah nukleotida yang merupakan

nukleosida dengan tiga gugus fosfat.

Nukleosida terdiri atas nukleosida purin dan nukleosida

purimidin.Nukleosida purin merupakan kelompok nukleosida yang mengandung

basa purin, sedangkan nukleosida pirimidin merupakan kelompok nukleosida

yang mengandung basa piimidin.Jika gula pentosanya adalah ribose seperti halnya

pada RNA, maka nukleosidanya dapat berupa adenosine, guanosin, sitidin, dan

uridin. Begitu pula, nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu adenosine

monofosfat, guanosin monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin monofosfat.

Sementara itu, jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya DNA,

maka nukleosidanya terdiri atas deoksiguanosin, deoksisitidin, dan deoksitimin.

2.2.1 Sintesis Nukleotida Purin

Nukleosida purin terdiri atasatas AMP (Adenosin Monofosfat) dan GMP

(Guanosin Monofosfat).AMP adalah ester dari asam fosfat dan nukleosida yang

disebut adenosin.AMP terdiri dari gugus fosfat, gula ribose dan adenin

nucleobase.Adapun GMP adalah ester dari asam fosfat dengan nukleosida

guanosin.GMP terdiri dari gugus fosfat, yaitu gula pentose ribosa dan guanin

nucleobase, karena itulah disebut monofosfat ribonucleosida.AMP dan ADP

disintesis dari IMP (Inosin Monofosfat).

a. Pembentukan IMP

Inosin monofosfat disintesis melalui jalur de Novo dengan menggunakan

ribose-5-fosfat dan enzim PRPP-sintetase menghasilkan  phosphoribose-1-

pyrophosphate (PRPP).

IMP

b. Konversi IMP menjadi AMP dan GMP

IMP dikonversi menjadi baik AMP atau GMP oleh jalur berbeda. IMP

dikonversikan menjadi AMP dengan mereaksikan IMP dengan asam amino

aspartat dan fumarat. Adapun IMP dikonvesikan menjadi GMP dengan

menggunakan asam amino glutamine dan glutamate.

- Pembentuan AMP dari IMP

- Pembentuan GMP dari IMP

2.2.2 Sintesis Nukleotida Pirimidin

Nukleotida pirimidin terdiri atas UMP (Uridin Monofosfat), CTP (Sitidin

Monofosfat), dan TMP (Timidin Monofosfat).Sintesis nukleotida pirimidin

dimulai dari pembentuan carbamoyl phosphate dan glutamate dari glutamine.

Selanjutnya carbamoyl phosphate ini yang akan diubah menjadi UMP, CTP, dan

TMP. Carbamoyl phosphate bereaksi dengan aspartat membentuk senyawa

Orotate. Senyawa orotate sellanjutnya bergabung dengan PPRP menghasilkan

Oritidin Monofosfat dan reaksi lebih lanjut akan menghasilkan Uridin Monofosfat

(UMP). Untuk menghasilkan CTP, UMP diubah terlebih dahulu menjadi UTP dan

kemudian diraksikan dengan glutamine hingga menghasilkan CTP dan glutamate.

Adapun pembentukan TMP dilakukan oleh enzim timidilate sintetase sehingga

UMP terkonversi menjadi TMP.Berikut adalah reaksi-reaksinya.

- Reaksi pembentukan carbamoyl phosphate

- Reaksi pembentukan senyawa Orotate

- Reaksi pembentukan UMP

- Reaksi pembentukan CTP

UMP + ATP  <-->  UDP + ADP               UDP + ATP  <-->  UTP + ADP

(nucleoside monophosphate kinase)                    (nucleoside diphosphate kinase)

- Reaksi pembentukan TMP

Nukleotida-nuleotida yang terbentuk inikemudian akan disintesis menjadi DNA

atau RNA. Dalam RNA primidin selalu sitosin dan urasil, dalam DNA primidin

selalu sitosin dan timin.

Selanjutnya DNA dan RNA yang terbentuk akan mengalami elongasi

(pemanjangan/polimerisasi) dan berhenti pada tahap terminasi.

2.3 Katabolisme Asam Nuleat

Katabolisme adalah reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa

yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. Tahapan katabolisme asam nukleat

yaitu berturut-turut menjadi nukleotida, nuleosida, purin, pirimidin, dan asam urat.

2.3.1 Katabolisme Asam Nukleat Menjadi Nukleotida

Asam-asam nukleat terdapat pada jaringan tubuh sebagai

nukleoprotein.Nukleoprotein dalam pencernaaan akan dipecah jadi molekul yang

lebih kecil yaitu asam nukleat dan protein. Asam nukleat dan protein selanjutnya

terpisah ke jalur metabolism masing-masing.Asam nukleat yang tersusun atas

monomer-monomer berupa nukleotida dipecah sehingga menghasilkan

nukleotida.

2.3.3 Katabolisme Nukleotida Menjadi Nukleosida

Nukleosida merupakan sebutan dari nukleotida tanpa gugus fosfat. Dengan

demikian, nukleosida tersusun dari gula  ribosa/deoksiribosa dan basa nitrogen.

Tahapan penguraian nukleotida menjadi nukleosida adalah sebagai berikut.

Di dalam usus halus terjadi pemutusan ikatan fosfodiester oleh endonuklease

(pankreas) menghasilkanoligonukleotida.

Oligonukleotida dipecah lebih lanjut oleh fosfodiesterase menghasilkan

monofosfat.

Kemudian dipecah lebih lanjut oleh nukleotidase menghasilkan nukleosida and

orthophosphate.Nukleosida yang terbentuk adalah Sitidin, Uridin, Adenosin,

dan Guanosin

2.3.4 Katabolisme Purin Menjadi Asam Urat

Nukleosida purin yang dihasilkan dari degradasi nukleotida akan

terdegradasi lebih lanjut menghasilkan asam urat yang selanjutnya diekskresikan

dalam urin. Proses pembentukan asam urat dapat melalui dua jalur. Pertama,

Tahap penguraian nukleosida purin menjadi asam urat dimulai dari proses

deaminasi adenosine menjadi inosin, kemudian membelah membentuk

hipoxantin. Hipoxantin dioksidasi menjadi xantin dan selanjutnya xantin diubah

menjadi asam urat.Kedua, tahap yang dimulai dari guanosin.Guanosin diubah

menjadi guanine yang selanjutnya dideaminasi menghasilkan xantin.Langkah

selanjutnya, xantin dioksidasi menjadi asam urat.Berikut adalah reaksi penguraian

nukleosida menjadi asam urat.

2.3.5 Katabolisme Pirimidin

Pada katabolisme pirimidin terjadi reaksi-reaksi sebagai berikut.

1. Konversi sitidin menjadi uridin oleh enzim sitidin deaminase

2. Fosforilasi deoksitimidin menjadi timin dan deoksiribosa-1-fosfat

III. Kesimpulan

DAFTAR PUSTAKA

Freeman, W.H. 2000.Nucleic Acid Synthesis.National Center for Biotechnology

Information, U.S. National Library of Medicine.

King, M.1996. Nucleic Acid Metabolism.http://themedicalbiochemistrypage.org.

info @ themedicalbiochemistrypage.org.

Lyons, R. 2008. Nucleotide Metabolism.http://seqcore.brcf.med.umich.edu.

December 12-17, 2008.

Rahmadestiassani, A. 2010.Transkripsi, Translasi Dan ReplikasiUniversitas

Nasional, Jakarta