1

STRUKTUR ASAM NUKLEAT

Muhammad Alfinuha Nabil, 1306370442

Kelompok HG 6 – Vitamin A

Asam nukleat merupakan suatu bentuk polinukelotida yang tersusun atas monomer-

monomer nukleotida. Monomer nukleotida tersebut tersusun atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen. Di dalam sel, terdapat dua jenis asam nukleat yaitu asam deoksiribonukleat (deoxyribonucleic acid/ DNA) dan asam ribonukleat (ribonucleic acid/ RNA). Perbedaan jenis ini dikarenakan terdapat perbedaan struktur penyusun diantara keduanya. Struktur nukleotida pada DNA tersusun atas gugus fosfat, gula deoksiribosa, dan basa nitrogen berupa purin yang terdiri dari adenin (A) dan guanin (G), dan pirimidin yang terdiri dari timin (T), dan sitosin (S). Sedangkan struktur nukleotida pada RNA tersusun atas gugus fosfat, gula ribosa, dan basa nitrogen berupa purin yang terdiri dari adenin (A) dan guanin (G), dan pirimidin yang terdiri dari timin (T) dan urasil (U). Nukleotida pada rantai asam nukleat saling berinteraksi dengan nukleotida lainnya dalam ikatan hidrogen yang mempengaruhi bentuk strukturnya. DNA memiliki rantai helix ganda (double-helix), sedangkan, RNA memiliki rantai tunggal (single-helix). Ada 3 tipe DNA yakni DNA-A, DNA-B dan DNA-Z. Sedangkan ada tiga kelas RNA yang kita kenal, yaitu mRNA, rRNA dan tRNA. Semua jenis RNA tersebut memiliki fungsi masing-masing dalam upaya membentuk mekanisme metabolisme protein

Kata Kunci Asam nukleat, purin, pirimidin, adenin, guanin, timin, sitosin, urasil, deoxyriibonucleic acid, ribonucleic acid, gugus fosfat, gula pentosa, basa nitrogen.

SUB BAHASAN 1 – STRUKTUR ASAM NUKLEAT SECARA UMUM

Asam nukleat adalah senyawa kimia yang membawa informasi genetik dari suatu sel. Ada dua jenis asam nukleat yang diketahui hingga saat ini, yaitu DNA (Deoxyribonucleic Acid) dan RNA (Ribonucleic Acid).

Asam nukleat ini merupakan biopolimer, yaitu polimer yang disintesis dari monomer-monomer organik yang berasal dari bahan nonmigas. Asam nukleat yang berupa DNA maupun RNA memiliki struktur monomer yang disebut dengan nukleotida yang berikatan melalui ikatanfosfodiester. Berikut adalah gambar penyusun asam nukleat seperti yang terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Nukleutida sumber : http://sciencebiotech.net/

Seperti yang dikatakan bahwa asam nukleat terdiri dari nukleotida. Tiap nukleotida terdiri

atas nukleosida dan asam fosfat. Nukleosida terdiri atas gula pentosa (ribosa atau deoksiribosa) dan basa nitrogen heterosiklik, yaitu basa purin (adenin dan guanin) dan basa pirimidin (sitosin, urasil, dan timin). Berikut gambar yang menunjukkan nukleotida dan nukleosida

2

Gambar 2. Nukleotida dan Nukleosida sumber: McMurry, Organic Chemistry: A Biological Approach

Apabila suatu nukleutida melepaskan gugus fosfatnya maka susunan tersebut dinamakan

nukleusida. Basa nitrogen pada nukleutida berikatan secara kovalen dengan ribonunkleat atau deoksiribonukleat dalam suatu ikatan N-β-glikosidik. Ikatan ini melibatkan gugusan hemiasetal C-1, dari pentosa dan atom nitrogen N-9 dari suatu purin atau N-1 dari suatu pirimidin.

Selain itu, DNA dan RNA memiliki struktur gula pentosa. Pada DNA, gula pentosanya dinamakan deoksiribosa, sedangkan pada RNA gula pentosanya hanya ribosa saja. Antara deoksiribosa dan ribosa terdapat perbedaan susunan. Pada deoksiribosa, ada satu atom oksigen yang berikatan pada atom karbon yang hilang dari ribosa. Gula aldopentosa pada asam nukleat untuk DNA dan RNA memiliki struktur yang berbeda. DNA memiliki struktur gula yang berupa D-2-deoksiribosa, sedangkan RNA memiliki struktur gula D-ribosa. Perbedaan struktur pada gula aldopentosa ini dapat dilihat pada Gambar 3. Perbedaan ini terletak pada atom karbon nomor 2 pada gula tersebut. Pada struktur gula RNA, yaitu ribosa, karbon nomor 2 berikatan dengan gugus hidroksil. Namun pada struktur gula DNA, karbon nomor 2 tidak berikatan dengan gugus hidroksil melainkan dengan hidrogen. Sesuai dengan namanya, karena gula itu merupakan gula ribosa yang kehilangan satu oksigen di atom karbon nomor 2, maka gula aldopentosa itu disebut 2-deoksiribosa.

Gambar 3. Perbedaan deoksiribosa dengan ribosa sumber : http://sciencebiotech.net

Selain itu, asam nukleat yang terdapat pada sel mengandung dua kelas basa nitrogen,

yaitu purin dan pirimidin. Kedua purin dari DNA atau RNA adalah adenin dan guanin, yang secara kimiawi merupakan molekul purin yang disubstitusi oleh amino- dan oksi-. Untuk kelas pirimidin, sitosin terdapat pada DNA maupun RNA. Sedangkan urasil terdapat pada RNA dan timin terdapat pada DNA. Ketiga basa tersebut merupakan molekul pirimidin yang disubstitusi. Karena sifat tautomerisme yang diperlihatkan oleh pirin dan pirimidin, maka suatu keseimbangan yang tergantung pH terdapat antara bentuk keto (laktam) dan enol (laktim) dari basa.

Basa nitrogen terbagi menjadi 2 yaitu basa purin dan basa pirimidin. Basa purin berasal dari senyawa heterosiklik yang terdiri dari 2 gabungan siklik (bisiklik). Memiliki 2 derivat : Adenin dan Guanin (perbedaan struktur terlihat pada gambar). Perbedaan struktur ini berpengaruh pada jumlah ikatan hidrogen saat berpasangan dengan basa pirimidin. Basa pirimidin merupakan bentuk senyawa siklik. Pada DNA terdiri atas Sitosin (Cytosine) dan Timin (Thymine). sedangkan, pada RNA terdiri atas Sitosin (Cytosine) dan Urasil (Uracil).

3

Gambar 4. Basa nitrogen

sumber : http://www.sridianti.com/

Adapun penjelasan masing-masing dari basa nitrogen tersebut dijelaskan berikut

Adenin Adenin adalah molekul organik yang ditemukan dalam DNA, asam ribonukleat (dikenal sebagai RNA) Dalam DNA, ikatan ini dengan timin, membuat struktur yang akrab disebut double-helix. Penempatan dalam struktur yang menentukan keanekaragaman hayati.

Guanin Guanin adalah basa purin ditemukan di kedua DNA dan RNA yang berikatan eksklusif dengan sitosin membentuk ribonukleosida disebut guanosin atau deoksiribosa membentuk deoxyguanosine.

Timin Timin adalah basa pirimidin ditemukan dalam DNA yang berikatan dengan adenin. Ketika dikombinasikan dengan deoksiribosa, ia menciptakan thymadine nukleosida, yang terlibat dalam transfer dan preservasi dan informasi genetik. Hal ini juga terlibat dalam biosintesis. Timin juga dapat terikat dengan fosfat untuk membuat monofosfat, difosfat atau trifosfat.

Sitosin Sitosin adalah basa nitrogen berbentuk piramida yang berikatan dengan guanin di RNA dan DNA sebagai nukleotida dan fungsi sebagai bagian dari kode genetik. Namun, tidak stabil dan dapat berubah menjadi urasil.

Urasil adalah basa pirimidin yang hanya terdapat pada RNA. Dalam RNA, urasil berikatan dengan adenin

Basa nitrogen ini memiliki beberapa sifat yang dapat mempengaruhi struktur asam nukleat, diantaranya yaitu: a. Stabilitas

Ikatan hidrogen diantara pasangan basa sama kuat dengan ikatan hidrogen antara basa dan molekul air

b. Pengaruh asam dan alkali Asam nukleat akan mengalami hidrolisis sempurna menjadi komponen-komponennya jika berada dalam asam pekat dan suhu tinggi. Peningkatan pH menyebabkan perubahan struktur guanin dari bentuk keto menjadi enolat karena molekul tersebut kehilangan sebuah proton yang menyebabkan terputusnya sejumlah ikatan hidrogen dan akhirnya rantai ganda DNA terdenaturasi.

c. Denaturasi Kimia Beberapa bahan kimia dapat mendenaturasi asam nukleat pada pH netral. Contoh : urea dan formamid. Konsentrasi tinggi dapat merusak ikatan hidrogen yang akhirnya stabilitas struktur sekunder asam nukleat berkurang dan rantai ganda mengalami denaturasi.

d. Viskositas DNA merupakan molekul yang relatif kaku sehingga larutan DNA mempunyai viskositas tinggi. DNA juga merupakan molekul yang sangat rentan terhadap fragmentasi fisik yang merupakan masalah tersendiri jika ingin mengisolasi DNA.

4

Pada seluruh nukleotida, gugus fosfat terikat pada gula di atom karbon nomor 5 dengan ikatan kovalen antara oksigen dari gugus fosfat dan karbon dari gula ribosa. Sementara itu, basa purin atau pirimidin terikat pada gula di atom karbon nomor 1 dengan ikatan kovalen antara karbon dari gula dan salah satu nitrogen dari basa tersebut.

Seperti yang telah disebutkan di awal, nukleotida merupakan monomer dari biopolimer yang disebut asam nukleat. Untuk membentuk polimer ini, nukleotida-nukleotida saling berikatan satu sama lain membentuk rantai polinukleotida. Ikatan yang terjadi antarnukleotida itu disebut dengan ikatan fosfodiester seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Ikatan fosfodiester ini merupakan ikatan antara gugus fosfor yang terikat pada atom karbon gula nomor 5 (C5’) suatu nukleotida dengan gugus hidroksil yang terikat pada atom karbon gula nomor 3 (C3’) nukleotida lainnya. Hal ini dapat ditunjukkan melalui gambar 5 berikut

Gambar 5. Ikatan Fosfodiester pada Rantai Polinukleotida.

Sumber : Nelson, David, L, & Michael, M, Cox 2008, Principles of Biochemistry, 6th edn, W.H.Freeman and Company, New York

Pada rantai polinukleotida, terdapat ujung-ujung yang berupa gugus fosfor dan gugus hidorksil yang bebas (tidak berikatan). Ujung yang berupa gugus fosfor yang terikat pada C5’ disebut ujung 5’, sedangkan ujung yang berupa gugus hidroksil pada C3’ disebut ujung 3’. Urutan sebuah rantai polinukleotida ditentukan mulai dari ujung 5’ dengan menyebutkan basa yang terdapat pada tiap nukleotida.

Struktur asam nukleat ini dibagi menjadi empat tingkatan yang berbeda yaitu, primer, sekunder, tersier dan kuatener.

a. Struktur Primer

Struktur utama asam nukleat adalah urutan linear nukleotida, yang dihubungkan satu sama lain dengan sambungan fosfodiester. Nukleotida terdiri dari tiga komponen - dasar nitrogen, gula 5-karbon dan gugus fosfat.

Basa nitrogen yang purin (adenin, guanin) dan pirimidin {sitosin, timin (hadir dalam DNA saja), urasil (hadir dalam RNA saja)}. Gula 5 karbon adalah deoksiribosa untuk DNA dan gula ribosa pada RNA. Dasar purin, membentuk ikatan glikosidik antara mereka nitrogen dan 9 '9 - OH kelompok molekul gula. Dasar pirimidin, mereka membentuk ikatan glikosidik antara 1 'nitrogen dan 9' OH dari deoksiribosa tersebut. Dalam kedua purin dan pirimidin basis kelompok fosfat membentuk ikatan dengan molekul gula antara satu kelompok oksigen bermuatan negatif dan 5

5

'OH dari gula. Nukleotida membentuk hubungan fosfodiester antara 5 'dan 3' atom karbon, ini membentuk asam nukleat. Urutan nukleotida saling melengkapi satu sama lain. Contoh komplementer urutan AGCT adalah TCGA.

b. Struktur sekunder

Struktur sekunder adalah interaksi antara dasar. Struktur ini menunjukkan bagian mana helai terikat satu sama lain. Dua untai DNA dalam double helix DNA terikat satu sama lain dengan batas hidrogen. Nukleotida pada satu untai pasangan basa dengan nukleotida untai lainnya. Struktur sekunder DNA didominasi pasangan dasar dua helai polinukleotida membentuk heliks ganda.

c. Struktur tersier

Struktur tersier adalah bentuk tiga dimensi di mana seluruh rantai dilipat. Tersier pengaturan struktur berbeda dalam empat bentuk struktural:

Kiri atau kanan wenangan.

Panjang pergantian heliks.

Jumlah pasangan basa per giliran.

Perbedaan ukuran antara utama dan alur kecil.

d. Struktur Kuarter

Struktur kuarter adalah tingkat yang lebih tinggi dari organisasi asam nukleat. Struktur ini mengacu pada interaksi asam nukleat dengan molekul lain. Organisasi paling sering terlihat adalah bentuk kromatin yang menunjukkan interaksi dengan protein histon kecil.

SUB BAHASAN 2

STRUKTUR DNA

Setelah sebagin besar ahli biologi yakin bahwa DNA merupakan materi geneteik, tantangan berikutnya adalah menentukan bagaimana struktur DNA dapat menyebabkan molekul tersebut berperan dalam pewarisan sifat.

Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin telah meneliti struktur DNA dan mendapatkan bahwa sebagian besar DNA memiliki struktur umum dan kemungkinan srutur dimensi tiga yang sama. Hal ini didapatkan dari kemiripan pola difraksi x-ray yang didapatkannya. Franklin, seorang kristalografer sinar-X andal, melakukan percobaan penting yang menghasilkan foto yang memungkinkan Watson dan Crick menyimpulkan struktur heliks ganda DNA.

Gambar 6. Rosalind Franklin dan foto difraksi sinar-X buatannya Sumber : Campbell and Reece : Biology

Penelitian mendalam terhadap foto difraksi sinar-X DNA oleh Franklin tidak hanya

membuat Watson mengetahui bahwa DNA berbentuk heliks. Lebar heliks menunjukkan bahwa

6

heliks tampaknya tersusun atas dua untai. Keberadaan dua untai itu melahirkan istilah yang akrab kita sebut sebagai heliks ganda (double helix).

Watson dan Crick mulai membangun model-model heliks ganda yang sesuai dengan hasil

pengukuran sinar-X. Watson membangun suatu model dengan basa-basa nitrogen yang menghadap ke sebelah dalam heliks ganda. Dalam model ini, kedua tulang punggung gula fosfat bersifat antiparalel – artinya, subunit tulang punggung saling berlawanan arah (lihat gambar 7)

Gambar 7. Tulang Punggung Gula Fosfat dari Dua Untai DNA Sumber : Campbell and Reece : Biology

Model DNA Watson-Crick dapat diibaratkan seperti tangga dengan susunan fosfat-gula sebagai pegangan tangga dan pasangan basa purin-pirimidin sebagai anak tangga, seperti pada Gambar 7. Tangga ini bukanlah tangga yang lurus, melainkan berbentuk seperti spiral sehingga disebut dengan heliks. Bentuk heliks ini dikarenakan adanya interaksi-interaksi antarmolekul seperti gaya van der Waals pada tumpukan basa dan ikatan hidrogen antara basa di untai satu dan untaian lainnya.

Dalam struktur DNA ini, dua untaian (double helix) DNA bersama-sama terlilit mengelilingi suatu sumbu umum dalam heliks ganda bertangan kanan. Spiral dari heliks merupakan residu deoksiribosil yang dihubungkan oleh ikatan fosfodiester, dan basa dari deoksiribonukleutida ini berproyeksi tegak lurus ke dalam pusat heliks. Heliks ganda ini dipertahankan oleh ikatan hidrogen antara basa basa dari dua untaian DNA. Ikatan hidrogen secara spesifik terjadi antara adenin dari suatu untaian dan timin dari untaian lain, dan demikian juga pada guanin dan sitosin. Ikatan hidrogen pada adenin dan timin berjumlah 2 buah sedangkan pada guanin dan sitosin 3 buah. Hal ini menyebabkan ikatan antara guanin dan sitosin lebih kuat daripada adenin dan timin. Komposisi basa nitrogen adenin dan timin serta guanin dan sitosin selalu sama sehinga kandungannya dapat dinyatakan dengan A + T dan G + C. Sesuai Hukum Chargaff, perbandingan antara adenin dan timin serta guanin dan sitosin adalah 26% - 74 %. Semakin besar komposisi guanin dan sitosin maka semakin sulit untaian DNA tersebut dipisahkan karena seperti yang telah sijelaskan sebelumnya bahwa banyak ikatan antara guanin dan sitosin adalah 3 buah sedangkan adenin dan timin hanya dua buah.

7

Setiap komplementer terdiri atas 10 pasangan basa dan berorientasi 36O. Kedua untaian ini juga bersifat anti paralel yang berarti bahwa ikatan 3’-5’-fosfodiester berlawanan arah pada kedua untaian. Pada kedua untaian ada bagian yang disebut lekukan minor dan lekukan mayor. Lekukan-lekukan ini berfungsi untuk tempat melekatnya molekul protein tertentu.

Gambar 8. Ikatan Hidrogen pada Basa Nitrogen (ikatan Hidrogen ditunjukkan dengan garis biru) Sumber : Nelson, David, L, & Michael, M, Cox 2008, Principles of Biochemistry, 6th edn, W.H.Freeman and

Company, New York

Kedua untaian DNA bersifat komplementer. Maksudnya setiap basa dari suatu untaian dicocokan dengan basa ikatan hidrogen komplementer pada untaian lainnya. Molekul induk memiliki untai DNA komplementer. Setiap basa berpasangan melalui ikatan hidrogen dengan pasangan spesifiknya. Adenin dengan Timin, dan Guanin denan Sitosin. Hal tersebut bisa dijelaskan melalui gambar di bawah ini.

Gambar 9. Dua Untai DNA komplementer Sumber : Campbell and Reece : Biology

Ada tiga bentuk struktr DNA yang dikenal selama ini. Struktur-struktur tersebut diantaranya : a. Struktur primer

8

Struktur primer DNA digambarkan bahwa DNA tersusun dari monomer-monomer nukleotida yang terdiri dari satu basa nitrogen berupa senyawa purin atau pirimidin, satu gula pentosa berupa 2-deoksi-D-ribosa dalam bentuk furanosa dan satu molekul fosfat.

b. Struktur sekunder Struktur sekunder DNA digambarkan dengan heliks ganda yang tersusun dari dua untai polinukletida yang antiparalel, berputar ke kanan dan melingkari suatu sumbu. Unit gula fosfat berada di luar molekul DNA dengan basa-basa komplementer yang berpasangan di dalam molekul. terdapat ikatan hidrogen diantara duauntai heliks ganda tersebut. Kedua untaian melingkar sedemikian rupa sehingga keduanya tidak dapat dipidahkan kembali bila putaran masing-masing untai di buka.

c. Struktur tersier Struktur DNA tersier digambarkan dengan dua untai polinukleutida yang membentuk struktur tertentu seperti lingkaran. Hal ini terjadi karena kedua untai tersebut membentuk struktur tertutup yang tidak berujung. Selain itu, ada pula yang berbentu linier dengan ujung-ujung rantai yang bebas.

(a) (b) (c)

Gambar 10. (a) DNA primer, (b) DNA sekunder dan (c) DNA tersier

Sumber : Nelson, David, L, & Michael, M, Cox 2008, Principles of Biochemistry, 6th edn, W.H.Freeman and Company, New York

Sedangkan, Berdasarkan bentuk dan struktur fisiknya, DNA terbagi menjadi 3 bentuk yaitu DNA-A, DNA-B dan DNA-Z.

1. DNA-B Tipe DNA ini adalah bentuk yang umumnya diamati pada kromosom. Struktur yang dikemukakan oleh Watson dan Crick dapat dikelompokkan ke dalam tipe B ini. B-DNA adalah heliks tangan kanan dengan 10 pasangan basa per putaran. B-DNA direplikasi dan digunakan dalam transkripsi dan translasi RNA, yang merupakan molekul yang digunakan untuk sintesis protein. B-DNA dapat terdenaturasi, yang berarti ikatan hidrogen dihilangkan. Ini pada dasarnya adalah langkah pertama dalam replikasi DNA dalam sel. DNA ini merupakan DNA putar kanan. DNA dengan bentuk B memiliki lekukan mayor yang lebih besar daripada bentuk-bentuk DNA lainnya dengan kedalaman 0,85 nm dan lebar 1,1-1,2 nm. Lekukan minornya memiliki kedalaman 0,75 nm dan lebar 0,6 nm. Bentuk ini merupakan bentuk DNA yang paling banyak ditemukan di alam dibandingkan dengan bentuk yang lain. DNA bentuk B juga tahan pada keadaan kelembaban yang tinggi hingga sekitar 93%.

2. DNA-A DNA-A juga heliks tangan kanan. Namun, ada banyak pasangan basa per putaran. DNA-A memiliki 11 pasangan basa per putaran. Selain struktur yang lebih kompak, struktur tipe ini

9

mirip dengan tipe DNA-B. Ini adalah biologis aktif dalam sel, dan membentuk struktur mengkristal dalam percobaan laboratorium. DNA ini juga merupakan DNA putar kanan. DNA bentuk A merupakan DNA bentuk B yang berubah bentuk pada kelembaban 75%. Pada bentuk ini, pasangan basa menjadi miring dengan sudut 13° dari sumbu heliks. Lekukan mayor bentuk A lebih dalam, yaitu sekitar 1,35 nm, dan lebih sempit, yaitu sekitar 0,27 nm, daripada bentuk B. Sementara itu, lekukan minor bentuk A berukuran lebih lebar (sekitar 1,1 nm) dan lebih dangkal (sekitar 0,28 nm) daripada bentuk B.

3. DNA-Z

DNA tipe Z ini adalah satu-satunya DNA yang untaiannya mempunyai orientasi putar kiri (left-handed). Molekul DNA tipe semaca ini mempunyai kerangka gula fosfat yang berbentuk zigzag (sehingga disebut Z). DNA tipe Z ini pertama kali ditemukan oleh Alexandr Rich dan kelompoknya di MIT. Struktur DNA Z tidak hanya terjadi pada molekul yang memunyai poli (dC-dG), melainkan juga terjadi pada bagian polinukleoida yang basa-basa purin dan pirimidinnya bergantian, misalnya ACACACAC. DNA Z hanya mempunyai satu lekukan yang mempunyai kepekatan (density) muatan negatif yang lebih besar dibandingkan dengan yang ada pada lekukan DNA tipe B. Dengan teknik antibodi fluoresen (fluorescent antibody) dapat dibuktikan bahwa DNA tipe Z ada pada bagian tertentu kromosom Drosophila. Bukti lain juga menunjukkan bahwa DNA Z dapat ditemukan secara in vivo, yaitu dengan ditemukannya suatu protein pada jaringan Drosophila yang hanya dapat berikatan dengan DNA Z sintetik, tetapi tidak dapat berikatan dengan DNA tipe B.

Untuk lebih jelasnya, berikut adalah gambar dari DNA A, B, dan Z

Gambar 11. DNA-A, DNA-B dan DNA-Z Sumber : Nelson, David, L, & Michael, M, Cox 2008, Principles of Biochemistry, 6th edn, W.H.Freeman and

Company, New York

Sedangkan untuk struktur orientasi putar-kanan dan putar-kiri dapat ditunjukkan melalui gambar berikut

10

Gambar 12. Orientasi putar-kanan dan putar-kiri Sumber : Nelson, David, L, & Michael, M, Cox 2008, Principles of Biochemistry, 6th edn, W.H.Freeman and

Company, New York

SUB BAHASAN 3

STRUKTUR RNA

RNA (ribonucleic acid) atau asam ribonukleat merupakan makromolekul yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik. RNA sebagai penyimpan informasi genetik misalnya pada materi genetik virus, terutama golongan retrovirus. RNA sebagai penyalur informasi genetik misalnya pada proses translasi untuk sintesis protein. RNA juga dapat berfungsi sebagai enzim yang dapat mengkalis formasi RNA-nya sendiri atau molekul RNA lain. RNA merupakan rantai tunggal polinukleotida.

RNA merupakan salah satu asam nukleat dengan struktur polinukleotida rantai tunggal yang berpilin (single helix). Nukleotida pada RNA tersusun atas gugus fosfat, gula ribosa, dan basa nitrogen berupa purin yang terdiri atas adenine (A) dan guanine (G) serta pirimidin yang terdiri atas cytosine (C) dan urasil (U).

Gambar 12 . Perbedaan Bentuk RNA dan DNA Sumber: www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-kesehatan/biomolekul/asam-nukleat

Molekul RNA mempunyai bentuk yang berbeda dengan DNA. RNA memiliki bentuk pita

tunggal dan tidak berpilin. Bentuk RNA bervariasi sesuai dengan tipe dan fungsinya.

11

Gambar 13. Struktur RNA

Sumber: www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-kesehatan/biomolekul/asam-nukleat

Sama seperti DNA, ada beberapa tingkatan struktur dalam asam ribonukleat (RNA), yang

digambarkan sebagai struktur primer, struktur sekunder, struktur tersier, dan struktur kuartener. Struktur utama dari RNA mengacu pada urutannya unit informasi genetik, yang disebut nukleotida. Struktur sekunder terdiri dari pasangan yang terbentuk ketika nukleotida dalam urutan mengikat satu sama lain. Struktur tersier lebih kompleks lagi, meliputi interaksi antara daerah struktur sekunder dan sepanjang seluruh molekul. Struktur Kuarter hanya berlaku ketika beberapa rantai RNA berinteraksi, dan setiap interaksi atau perubahan struktural yang terjadi saat rantai ini datang bersama-sama.

Secara lebih rinci, akan dijelaskan sebagai berikut :

1. Struktur primer dari RNA biasanya terdiri untai tunggal nukleotida. Empat jenis nukleotida dapat ditemukan di alur ini, yang disebut adenin (A), sitosin (C), guanin (G), dan urasil (U). Banyak nukleotida yang dimodifikasi dengan RNA, menambah atau mengurangi atom ke atau dari nukleotida asli untuk mengubah sifat mereka. Ada ratusan modifikasi nukleotida yang berbeda, dan efeknya bervariasi tergantung pada jenis molekul RNA, spesies di mana modifikasi terjadi, dan lingkungan di mana modifikasi dibuat. Sebagian besar modifikasi nukleotida memiliki kode deskriptif standar, seperti nukleotida lakukan, tetapi mereka umumnya tidak dikenal.

2. Struktur sekunder RNA dan asam deoksiribonukleat (DNA) heliks ganda terbentuk dengan cara yang sama, di mana nukleotida mengikat bersama menjadi pasangan basa, memberikan molekul struktur keseluruhan. Ada perbedaan signifikan dalam cara struktur sekunder RNA terbentuk, dibandingkan DNA heliks ganda. Dalam kedua RNA dan DNA, sitosin dengan guanin terikat, namun adenin mengikat urasil, bukan timin, pada RNA. Struktur sekunder RNA jarang heliks ganda, melainkan membentuk berbagai lilitan tertentu, tonjolan, dan jenis helix yang sejajar sangat berbeda dari apa yang dilihat dalam DNA. Struktur sekunder RNA pada umumnya lebih rumit dibanding heliks ganda DNA.

3. Struktur tersier RNA memungkinkan molekul untuk melipat menjadi konformasi yang berfungsi penuh. Molekul RNA tertentu, berdasarkan struktur tersier mereka, memiliki fungsi tertentu. Ini molekul non-coding RNA (ncRNA) dapat melayani berbagai tujuan, dan penemuan aplikasi biologis telah menjadi subyek dari beberapa hadiah Nobel. Satu kelas ncRNA, disebut ribozim, adalah enzim RNA yang dapat mengkatalisis reaksi biokimia seperti yang dilakukan enzim protein. Kelas lain, yang disebut riboswitches, mengontrol ekspresi gen dengan beralih gen dan mematikan berdasarkan lingkungannya.

4. Struktur kuartener RNA berperan penting dalam makromolekul tertentu seperti ribosom, yang membangun protein dalam sel. Ribosom terdiri dari rantai RNA ganda, dan interaksi antara rantai ini harus tepat dan diatur secara ketat agar ribosom berfungsi dengan baik. Agar rantai RNA memiliki struktur kuartener, mereka harus datang bersamaan untuk membentuk struktur konglomerasi baru, bukan hanya berinteraksi dan kemudian terpisah lagi. Struktur Kuartener adalah bentuk paling lambat dari semua tingkat struktur RNA, dan biasanya yang paling kompleks.

RNA juga memiliki beberapa spesies molekular selular yang secara khas berbeda. Tigas kelas dari RNA yaitu RNA messenger (mRNA), RNA ribosomal (rRNA) dan RNA transfer (tRNA). Dalam satu sel, jumlah rRNA adalah yang paling banyak yakni sekitar 70-80% karena adanya beribu-ribu ribosom di dalam satu sel, tRNA antara 10-15%, dan mRNA sekitar 5-10%. Ketiga jenis RNA tersebut terlibat dalam sintesis protein. RNA messenger bertindak sebagai messenger sitoplasmik dari gen dan membawa informasi genetika (kode genetik) untuk sintesis polipeptida. RNA ribosom merupakan komponen struktural dari ribosom dan merupakan organela di mana terjadi sintesis polipeptida. Sedangkan RNA transfer bertanggung jawab untuk mengangkut asam amino yang teraktivasi ke ribosom untuk selanjutnya dimasukan ke dalam struktur polipeptida.

12

1. Messenger RNA (mRNA)

MRNA fungsinya membawa informasi DNA dari inti sel ke ribosom. Pesan-pesan ini berupa triplet basa yang ada pada mRNA yang disebut kodon. Kodon pada mRNA merupakan komplemen dari kodogen (agen pengode), yaitu urutan basa-basa nitrogen pada DNA yang dipakai sebagai pola cetakan. Peristiwa pembentukan mRNA oleh DNA di dalam inti sel, disebut transkripsi. Kode genetik ditemukan dalam urutan nukleotida dan dapat dinyatakan baik sebagai kodon DNA atau kodon RNA. Kodon RNA ditemukan secara khusus dalam mRNA. Kode genetik atau kodon RNA ditemukan pada triplet nukleotida (A, G, C, dan U) dalam berbagai kombinasi. Setiap kode kombinasi untuk salah satu dari 20 asam amino. Ini adalah kode yang memberitahu tRNA dimana asam amino untuk terhubung ke rantai untuk membuat protein.

Gambar 14. Struktur mRNA Sumber : Karp, Gerald 2006, Cell and Molecular Biology : Concepts and Experiment, 6th edn, John Wiley &

Sons, Inc, New Jersey

Dari gambar 7 diatas, terlihat bahwa dalam struktur mRNA terdapat daerah ujung 5’.

Daerah ini adalah ujung awal dari mRNA yang terbuat dari guanin yang telah dimodifikasi yang berfungsi sebagai ujung yang dapat diidentifikasi oleh ribosom dan melindungi dari degradasi dan hanya terdapat pada sel eukariotik. Setelah ujung 5’, terdapat daerah kosong yang tidak mengandung triplet. Saat melewati daerah ini akan terjadi tahap inisiasi. Kemudian terdapat daerah koding. Daerah koding adalah daerah dimana transkripsi terjadi. Terdiri dari kodon-kodon yang terbentuk dari transkripsi dengan DNA dan nantinya akan di translasi dengan tRNA. Daerah koding biasanya dimuli dengan kodon AUG (start) dan diakhiri dengan kodon UAA, UAG atau UGA (stop). Kemudian akan terdapat daerah yang tidak ditranslasi. Saat melewatinya mRNA akan memulai tahap terminasinya. Daerah yang tidak ditranslasi ini terletak pada kedua ujung mRNA. Hanya saja daerah yang tidak ditranslasi pada bagian ekor lebih panjang dibandingkan bagian pangkalnya. Bagian paling akhir dari mRNA adalah ujung poly (A). Bagian ini nterdiri dari adenin yang membantu dalam proses translasi.

2. Ribosomal RNA (rRNA)

13

rRNA dibentuk dari prekusor yang disebut RNA pra ribosom, mempunyai berat molekul sekitar 2 juta, dan merupakan molekul paling besar dibandingkan mRNA dan tRNA. RNA ribosom mengandung 50 – 2.000 asam amino. Bersama-sama dengan protein, RNA ini akan membentuk struktur ribosom yang mengatur proses translasi. rRNA ini disintesis di dalam inti sel. Terdapat dua jenis rRNA yaitu large subunit (LSU) dan small subunit (SSU). rNA LSU dan SSU letaknya berhimpitan dengan mRNA di tengah-tengahnya. Pada rRNA terdapat tiga binding sites yaitu A (Aminoacyl-tRNA binding site), P (Peptidyl-tRNA binding site) dan E (Exit site).

RNA ini berupa pita tunggal, tidak bercabang, dan fleksibel. Lebih dari 80% RNA merupakan rRNA. Fungsi rRNA sampai sekarang masih belum banyak diketahui, tetapididuga memiliki peranan penting dalam proses sintesis protein.RNA ini disebut ribosomal RNA karena terdapat di ribosom meskipun dibuat di dalamnukleus.

Gambar 15. Struktur rRNA Sumber: www.mun.ca

3. Transfer RNA (tRNA)

tRNA mengandung 77 residu nukleutida, sepuluh diantaranya memiliki basa termodifikasi. Diturunkan dengan memaksimalkan jumlah ikatan hidrogen intramolekular yang dapat terjadi dengan adanya urutan nukleutida dari molekul. Model ini ditandai dengan daerah beruntai ganda dengan loop beruntai tunggal. Nukleutida adenil terminal 3’ merupakan tempat pelekatan alanin, dan semua tRNA harus memiliki terminus 3’ pCpCpA-OH spesifik untuk bertindak sebagai suatu akseptor asam amino. Loop antikodon memiliki tiga nukleutida (pIpGpC) di mana ikatan hidrogen memiliki suatu unit pengkodean (kodon) untuk alanin dalam struktur mRNA. Sebagai akibat dari hubungan yang spesifik antara kodon (mRNA) dan antikodon (tRNA), alanin dimasukan dalam posisinya yang ditentukan secara genetik selama sintesis polipeptida.

14

Gambar 16. Struktur tRNA

Sumber: www.mun.ca tRNA merupakan RNA terpendek yang bertindak sebagai penerjemah kodon dari mRNA. tRNA merupakan RNA yang membawa asam amino satu per satu ke ribosom. Pada salah satu ujung tRNA terdapat tiga rangkaian basa pendek yang disebut antikodon. Dapat dilihat pada gambar diatas, pada tRNA, terdapat antikodon yang merupakan pasangan triplet basa dari triplet kodon yang terdapat pada mRNA. Suatu asam amino akan melekat pada ujung tRNA yang berseberangan dengan ujung antikodon. Pelekatan ini merupakan cara berfungsinya tRNA, yaitu membawa asam amino spesifik yang nantinya berguna dalam sintesis protein yaitu pengurutan asam amino sesuai urutan kodonnya pada mRNA. Summary

Asam nukleat merupakan suatu bentuk polinukelotida yang tersusun atas monomer-

monomer nukleotida. Monomer nukleotida tersebut tersusun atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen. Terdapat dua jenis asam nukleat di dalam sel yaitu asam deoksiribonukleat (deoxyribonucleic acid/ DNA) dan asam ribonukleat (ribonucleic acid/ RNA). Perbedaan jenis ini dikarenakan terdapat perbedaan struktur penyusun diantara keduanya. Perbedaan paling tama ialah pada gula pentose penyusun keduanya. RNA tersusun atas gula ribosa dan DNA tersusun atas gula deoksiribosa. Struktur basa nitorgen pada DNA berupa purin yang terdiri dari adenin (A) dan guanin (G), dan pirimidin yang terdiri dari timin (T), dan sitosin (S). Sedangkan struktur basa nitrogen pada RNA berupa purin yang terdiri dari adenin (A) dan guanin (G), dan pirimidin yang terdiri dari timin (T) dan urasil (U).

DNA merupakan polinukleotida berpilin ganda (double helix) yang tersusun secara berlawanan (antiparalel). Berdasarkan lekukannya, DNA dibagi menjadi tiga golongan, yaitu DNA-A, DNA-B, dan DNA-Z.

RNA merupakan polinukleotida berpilin tunggal (single helix) yang terdiri atas RNA ribosomal (rRNA), RNA messenger (mRNA), dan RNA transfer (tRNA). Daftar Pustaka Campbell, Reece. 2008. Biology. Sansome Street, San Francisco: Pearson Benjamin Cummings

Karp, Gerald 2006, Cell and Molecular Biology : Concepts and Experiment, 6th edn, John Wiley &

Sons, Inc, New Jersey

McMurry, John. (2007). Organic Chemistry: A Biological Approach. USA: Thomson Brooks/Cole. Neson, David L., Michael M. Cox.(2008). Principles of Biochemistry. USA: W.H. Freeman and

Company Sridianti 2013, Bagaimana Struktur Fungsi mRNA Messenger Asam Ribonukleat, dilihat pada 21

Februari 2014, http://www.sridianti.com/bagaimana-strukturmrna-messenger.html

Sindumarta, Muliawati dan Dessy Natalia. 1983. Biokimia II: Metabolisme dan Informasi Genetika.

Bandung : ITB.

Yuwono, Tribuwono. 2005. Biologi Molekuler. Ciracas, Jakarta: Penerbir Erlangga