BAB XA S A M N U K L E A T

10.1PENDAHULUAN10.1.1

Deskripsi Singkat

Bab ini mengemukakan secara garis besar asam nukleat yangmeliputi pengertian, nukleotida, nukleosida, DNA, RNA, sertamekanisme reaksi replikasi, transkripsi dan translasi yangberhubungan dengan biosintesis protein.

10.1.2

Relevansi

Pembahasan bab ini sangat berhubungan denganmetabolisme protein dan enzim. Mahasiswa akan mengetahuibagaimana hubungan antara DNA, RNA dan protein. Pemahamantentang asam nukleat sebagai senyawa inti sel pembawa informasigenetika dan pelaksana biosintesis protein akan mengungkapkanbagaimana senyawa ini sangat penting untuk dasar mempelajarirekayasa genetika dan biomolekuler.

10.1.3

Tujuan

Setelah mempelajari materi ini mahasiswa diharapkan dapat :1.Menjelaskan pengertian asam nukleat2.Menerangkan struktur nukleotida dan nukleosida3.Menerangkan struktur DNA dan RNA

4.

Menjelaskan proses replikasi dan transkripsi dari DNA

5.

Menerangkan proses biosintesis protein (translasi) oleh RNA

.

10.2PENYAJIAN

10.2.1 Uraian dan Contoh

Friedrich Miescher (1844-1895) adalah orang yang mengawalipengetahuan mengenai kimia dan inti sel. Pada tahun 1868,dilaboratorium Hoppe-Syler di Tubingen, beliau memilih sel yangterdapat pada nanah bekas pembalut luka, kemudian sel-seltersebut dilarutkan dalam asam encer dan dengan cara ini diperoleh

inti sel yang masih terikat pada sejumlah protein. Denganmenambahkan enzim pemecah protein ia dapat memperoleh inti selsaja dan dengan cara ekstraksi terhadap inti sel diperoleh suatu zatyang larut

dalam basa tetapi tidak larut dalam asam. kemudian zatini dinamakan“nuclein” sekarang dikenal dengan namanucleoprotein. Selanjutnya dibuktikan bahwa asam nukleatmerupakan salah satu senyawa pembentuk sel dan jaringan normal.Beberapa fungsi penting asam nukleat adalah menyimpan,menstransmisi, dan mentranslasi informasi genetik; metabolismeantara(intermediary metabolism) dan reaksi-reaksi informasi energi;koenzim pembawa energi; koenzim pemindah asam asetat, zat gula,senyawa amino dan biomolekul lainnya; koenzim reaksi oksidasireduksi.Asam nukleat dalam sel ada dua jenis yaitu DNA (deoxyribonucleicacid )

atau asam deoksiribonukleat

dan

RNA(ribonucleic acid )atauasam ribonukleat. Baik DNA maupun RNA berupa anion dan padaumumnya terikat oleh protein dan bersifat basa. Misalnya DNAdalam inti sel terikat pada histon. Senyawa gabungan antaraprotein dan asam nukleat disebutnucleoprotein.Molekul asamnukleat merupakan polimer seperti protein tetapi unit penyusunnyaadalahnukleotida.ATP adalah salah satu contoh nukleotida asamnukleat bebas yang berperan sebagai pembawa energi.Asam nukleat merupakan polimer besar dengan ukuran yangbervariasi antara 25.000 /1.000.000 s/d 1 milyar. Asam nukleat baikDNA maupun RNA tersusun dari monomer nukleotida . Nukleotidatersusun dari gugus fosfat, basa nitrogen dan gula pentosa. Basanitrogen berasal dari kolompok purin dan pirimidin.Purinutamaasam nukleat adalah

adenin

dan

guanin, sedangkanpirimidinnyaadalah

sitosin, timin

danurasil. Nukleotida merupakan nukleosida yang gugus gula padaposisi 5’-nya mengikat asam fosfat (gugus fosfat) dengan ikatanester. Nukleosida terdiri atas pentosa ( deoksiribosa atau ribosa)yang mengikat suatu basa (derivat purin atau pirimidin) melalui

ikatan glikosida

.Pentosa yang berasal dari DNA ialah deoksiribosa dan dariRNA ialah ribosa. Basa purin dan pirimidin yang berasal dari DNAialah adenin, guanin, sitosin dan timin. Sedangkan basa RNA terdiriatas adenin, guanin, sitosin dan urasil. Dengan demikian nukleosidaadalah penyusun nukleotida dan dapat diberi nama trivial dan namasistematis seperti terlihat pada tabel berikut :Tabel 10.1 Nukleosida Penyusun Asam NukleatMonomer AsamNukleatNama TrivialNama sistematis

Ribonukleosida

Ribosa + basa adeninRibosa + basa guaninRibosa + basa urasilRibosa + basa sitosin

Deoksiribonukleosida

Deoksiribosa+ basaadeninDeoksiribosa+ basaguaninDeoksiribosa + basasitosinDeoksiribosa + basatiminAdenosinGuanosinUridinSitidinDeoksi-adenosinDeoksi-guanosinDeoksi- sitidinDeoksi-timidinAdenin nukleosidaGuanin nukleosidaurasil nukleosidaSitosin nukleosidaDeoksi-AdeninnukleosidaDeoksi-GuaninnukleosidaDeoksi- SitosinnukleosidaDeoksi-Timinnukleosida

Nukleosida dalam bentuk bebas ada memiliki fungsi pentingbagi kesehatan contohnya, puromisin yang berfungsi sebagaiantibiotik yang menghambat sintesis protein ( dihasilkan oleh

streptomyces

). Arabinosil sitosin dan arabinosil adenin sebagai antivirus dan anti jamur.Nukleotida terdapat sebagai molekul bebas atau berikatandengan dengan sesama nukleotida membentuk asam nukleat.Contohnya dapat dilihat dalam tabel berikut:

Tabel 10.2 Mononukleotida Penyusun Asam Nukleat DNA dan RNABasa Nitrogen Nama Ribonukleotida (RNA)Nama deoksiribonukleotida (DNA)

Adenin (A)Guanin (G)Timin (T)Sitosin (C)Urasil (U)Adenosin 5’-monofosfat (AMP)Guanosin 5’-monofosfat (GMP)-------------------Sitidin 5’-monofosfat (CMP)Uridin 5’-monofosfat (UMP)Deoksi Adenosin 5’-monofosfat (dAMP)Deoksi Guanosin 5’-monofosfat (dGMP)Deoksi Timidin 5’-monofosfat (dTMP)Deoksi Sitidin 5’-monofosfat (dCMP)------------------

Beberapa nukleotida yang mempunyai fungsi penting dalamsel misalnya Adenosin 5’ monofosfat (AMP), Adenosin 5’ –difosfat(ADP) dan Adenosin 5’-trifosfat (ATP) yang berperan penting dalamtransfer gugus fosfat untuk menerima dan mengantar energi.Gambar 10.1 Struktur AMP, ADP dan ATPNukleotida lain yang berbentuk siklik seperti Adenosin 3’-5’-siklik monofosfat ( AMP-siklik atau cAMP) berperan sebagai kurirsekunder dalm mengendalikan metabolisme hormon adrenalin.Nukleotida bebas lain adalah guanosin siklik monofosfat ( GMP siklik

= cGMP ) yang diduga berfungsi sebagai penghambat enzim yangd i r a n g s a n g o l e h c A M P . S e l a i n i t u d i k e t a h u i b e b e r a p a trifosfonukleotida selain ATP yang berperan dalam berbagai reaksid a l a m s e l . M i s a l n y a C T P ( S i t i d i n 5 ’ - t r i f o s f a t ) t e r l i b a t d a l a m bios intes is fosfo l ip id , UTP berperan dalam bios intes is berbagai senyawa karbohidrat. CTP dan UTP juga digunakan dalam biosintesisRNA dan DNA1) Struktur Asam Deoksiribonukleat (DNA)Asam in i adalah pol imer yang terd i r i atas molekul -molekuld e o k s i r i b o n u k l e o t i d a y a n g t e r i k a t s a t u s a m a l a i n s e h i n g g a membentuk rantai polinukleotida yang panjang. Bahan Ajar Biokimia Asam Nukleat 

25010.2.1.3 STRUKTUR DNA dan RNA

  Gambar 10.2 Struktur Sebagian dari DNAMolekul DNA yang panjang ini terbentuk oleh ikatan antara atom Cnomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul deoksiribosa denganperantaraan gugus fosfat.Secara kimia DNA mengandung karakteri/sifat sebagai berikut:1. Memiliki gugus gula deoksiribosa.2. Basa n i t rogennya guanin (G) , s i tos in (C) , t imin (T) danadenin (A).3. Memiliki rantai heliks ganda anti paralel4. Kandungan basa nitrogen antara kedua rantai sama banyakdan berpasangan spesifik satu dengan lain. Guanin selalub e r p a s a n g a n d e n g a n s i t o s i n ( G – C ) , d a n a d e n i n berpasangan dengan timin (A - T), sehingga jumlah guaninselalu sama dengan jumlah

sitosin. Demikian pula adenindan timin.2) Struktur Asam Ribonukleat (RNA)A s a m r i b o n u k l e a t a d a l a h s u a t u p o l i m e r y a n g t e r d i r i a t a s molekul-molekul ribonukleotida. Seperti DNA asam ribonukleatterbentuk oleh adanya ikatan antara atom C nomor 3 dengan atomC nomor 5 pada molekul ribosa dengan perantaraan gugus fosfat.R u m u s s t r u k t u r n y a s a m a d e n g a n g a m b a r 1 0 . 2 t e t a p i g u l a n y a adalah ribosa ( atom C nomor 2 mengikat gugus OH)RNA memiliki sifat spesifik yang berbeda dengan sifat kimiaDNA, yakni dalam hal:1.Gula pentosanya adalah ribosa2.RNA memiliki ribonukleotida guanin(G), sitosin (C), adenin (A)dan Urasil (U) pengganti Timin pada DNA.3.Untai fosfodiesternya adalah untai tunggal yang bisa melipatmembentuk jepit rambut seperti untai ganda.Beda denganDNA bentuk molekulnya heliks ganda. Bahan Ajar Biokimia Asam Nukleat 251  4.Prosentasi kandungan bas tidak harus sama, pasangan adenintidak harus sama dengan urasil, dan sitosin tidak harus samadengan guanin.A d a t i g a j e n i s R N A y a i t u t R N A ( t r a n s f e r R N A ) , m R N A ( messenger RNA ) dan rRNA (ribosomal RNA). Ketiga macam RNAini mempunyai fungsi yang berbeda-beda, tetapi ketiganya secarabersama-sama mempunyai peranan penting dalam sintesis protein.Struktur asam nukleat dapat dilihat/tertulis dalam bentukstruktur primer, sekunder, dan tersier. Struktur primer terbentukbi la gugus fosfat satu nukleot ida ber ikatan ester dengan gugushidroks i l nukleot ida la in mela lu i ikatan kovalen. Penggabunganb e r b a g a i n u k l e o t i d a i n i m e m b e n t u k r a n t a i r a n t a i p a n j a n g (polinukleotida). Dua ciri penting semua polinukleotida adalah:1) Ikatan fosfodiester polinukleotida antara unit-unit monomerselalu antara karbon 3’ dari satu monomer dan karbon 5’ dariyang berikutnya. Jadi 2 ujung DNA dari rantai polinukleotidalinear tersebut akan berlawanan. Satu ujung secara normala k a n m e l a k u k a n r e a k s i d e n g a n f o s f a t 5 ’ d a n y a n g l a i n bereaksi dengan gugus hidroksil 3’.2) Ranta i po l inukleot ida mempunyai kekhasan, d i tentukanmelalui urutan basanya.A C G T T 3 ’ 3 ’ 3 ’ 3 ’ 3 ’ P P P P OH 5’ 5’ 5’ 5’ 5’Gambar 10.3 A,G,T,C adalah jenis nukleotida; P=fosfor, 5’ dan 3’ ujungnukleotida; semua ikatan fosfodiester adalah 3’--- 5’; molekulmemiliki gugus P pada ujung 5’ dan gugus –OH pada ujung3’.Penulisan sederhana DNA dan RNA dimulai ujung 5’ fosfat bebas keujung 3’ –OH bebas sebagai berikut :DNA: 5’A-G-T-C-A-G -T-T-C- G-G-T-C-A-G 3’RNA: 5’U-C-A-G-U-C-A-A-G-C-C-A-G-U-C 3’ Bahan Ajar Biokimia Asam Nukleat 252

  Struktur sekunder DNA ditemukan oleh James D. Watson danF.H.C Crick (1953). Mereka menyusun pola difraksi sinar X yangmenunjukkan model pol ideoks i r ibonukleot ida berbentuk hel iks ganda.A B CGambar 10.4 Model DNA heliks ganda (tiga dimensi) oleh J.Watson-Crick.Basa - basa (merah-hijau) dan bagian tulang punggung gula-fosfat(biru-kuning)Gambar 10.4 menje laskan bahwa (A) p i ta pada d iagrammenunjukkan tu lang belakang gula- fosfat dar i dua unta i DNA.Heliks ini adalah heliks ”tangan kanan”, berlekuk keatas denganarah kekanan. Kedua untaian diikat bersama oleh ikatan hidrogen( d i g a m b a r k a n g a r i s t i t i k - t i t i k ) d i a n t a r a b a s a n i t r o g e n , y a n g b e r p a s a n g a n d i b a g i a n d a l a m h e l i k s g a n d a . ( B ) m e n u n j u k k a n s e b a g i a n s t r u k t u r k i m i a , d e n g a n d u a u n t a i y a n g d i u r a i k a n , perhatikan bahwa untaian memiliki orientasi arah yang berlawanan.(C) pasangan basa n i t rogen yang ter ikat kuat tampak je las padamodel komputer (tiga dimensi). Daya tarik menarik antara pasangan Bahan Ajar Biokimia Asam Nukleat 253