ASAM NUKLEAT

 

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

PROGRAM PASCASARJANA

BIDANG STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI

Nopember 2010

ASAM NUKLEAT

1. Pendahuluan

Asam nukleat merupakan campuran suatu protein dasar dan asam organic yang mengandung fosfor. Asam nukleat terdiri atas  DNA (deoxyribonucleic acid) dan RNA (ribonucleic acid).

DNA merupakan material genetic dari sel, yang mengandung gen. Suatu gen digambarkan sebagai segmen DNA yang dengan cepat diekspresikan sebagai polipeptida, seringkali sebagai protein atau enzim. DNA terdapat dalam kromosom sel, dengan satu atau lebih kromosom berisikan genom. Genom merupakan suatu komponen tunggal akan informasi genetik suatu sel. Selama pembelahan sel DNA kromosom harus memproduksi replika (duplikat) dirinya yang persis sama untuk pemisahan dan partisi ke dalam sel turunan. Replikasi duplikat DNA disebut reflikasi.

Untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan sel normal, DNA harus dilindungi dari berbagai jenis kerusakan. Kerusakan bisa disebabkan  oleh radiasi Ultra Violet, yang dapat melibatkan perubahan kimia pada DNA sehingga terjadi mutasi yang mengganggu. Sel memiliki kemampuan untuk membetulkan dan memperbaiki kerusakan. Mekanisme perbaikan nya adalah melibatkan sintesis DNA baru yang mengganti bagian yang rusak.

Dna dalam kromosom sebagian besar organisme merupakan helik ganda, yakni terdiri atas dua rantai polideoksinukleotida yang melilit mengelilingi satu sama lain dalam bentuk heliks. Suatu replika dna merupakan duplikat yang persis sama dari dna itu sendiri.

Setiap rantai dari heliks ganda dna terikat pada rantai yang satunya melalui pasangan basa komplomenter, yakni adenin (A), di salah satu rantai berikantan hidrogen dengan timin (T) pada rantai berikutnya, dan guanin (G) dengan sitosin (C). Untuk mendapatkan dulikat persis suatu urutan nukleotida (basa), kedua rantai DNA harus dilepas gulungannya dari satu sama lain untuk memungkinkan masing-masing rantai tunggal berperan sebagai templat untuk sintesis yang baru. Dengan demikian, penyususnan urutan dalam rantai yang baru disintesis adalah ditentukan oleh spesifitas pasangan basa pada urutan dalam templat.

Untaian DNA yang berperan sebagai templat untuk reflikasi adalah :

AC GC CG TA TA AT AT GC CG CG CG GC TA AT CG GC AT

AT                     AT GC                   GC CG                 CG TA              TA TA           TA AT        AT AT     AT GC  GC CG CG CG GC TA AT CG GC AT

AT GC CG TA TA AT AT GC CG CG CG GC TA AT CG GC AT

AT GC CG TA TA AT AT GC CG CG CG GC TA AT CG GC AT

Replikasi DNA

 

Komponen & Arah Replikasi

 

Replikasi pada DNA sirkuler

 

2. Asam Nukleat Dan Konstituen Kimianya.

Asam nukleat utama dalam inti sel adalah asam dioksiribonuleat (DNA). Molekul inni memiliki gula pentosa deosiribosa sebagai salah satu  konstituen kimianya. Kini telah diketahui bahwa dna adalah materi genetic. Tipe lain asam nukleat yakni asam ribonukleat (RNA), yang memiliki ribose menggantikan deoksirebosa. RNA berperan utama dalam transmisi informasi genetic dari DNA menjadi protein.

Hidrolisis sempurna pada DNA atau RNA oleh asam membelah molekul tersebut menjadi campuran basa nitrogen, 2-deoksi-d-ribosa (atau D-ribosa pada RNA), dan ortofosfat. Terdapat dua tipe umum basa nitrogen dalam DNA maupun RNA yaitu pirimidin dan purin. Pirimidin merupakan turunan dari senyawa heterosiklik pirimidin.

         H

         C

          4

              N           CH

           HC         CH

           1

           N

            Pirimidin

 

                                                             

NH                       N                   O            N                                H SITOSIN (2-Oksi-4-aminoprimidin)

O                 H                     CH                         N                     O       N H TIMIN (2,4-dioksi-5-metil primidin)

O                 H                                             N                     O       N   H                          URASIL (2,4-dioksiprin)

Purin adalah turunan dari senyawa cincin-fusi purin

         H

         C

                               6                   N

           N           C

                                                                    8 CH

         HC         C

                                 3                    9

                                N                  N

                                                     H

Purin

 

NH                                            N                       N                   O            N                N    H Adenin (6-aminopurin)

O        H                                        N                     N                                                  HN         N                N                                   H Guanin (2-amino-6-oksipurin)

penomoran posisi dalam cincin dibuat berdasarkan konvensi (IUPAC).

Primidin utama yang di temukan dalam dna adalah timin dan citosin, sedangkan dalam rna yakni urasil dan citosin. Ketiga pirimidin ini berada dalam tipe dan posisi gugus kimia yang menempel pada cincin.

Timin adalah 5-metil-2,4-diosipirimidin

Citosin adalah 2-oksi-4-aminopirimidin

Urasil adalah 2,4-dioksipirimidin

Struktur dari ketiga pirimidin diatas adalah

O                            C                               HN             C                     C              CH                                 N                                     H Timin

NH                            C                     N               CH                        C               CH                                  N                                    H Citosin

O                            C                              HN              CH                        C             CH                                N                                      H Urasil

Timin juga bisa digambarkan sebagai 5-metilurasil. Pirimidin termitilasi lainnya ditemukan dalam sebgaian asam nukleat. Metilasi citosin dalam dna maupun rna mempunyai implikasi biologis penting yang berkaitan dengan perlindungan material genetik dan ekspresinya.

5-Bromurasil adalah analog dari timin, yang berbeda hanya pada substituten C-5 (Br menggantikan CH3). Kedua macam substituten ini mengisi ruang yang kurang lebih sama, dan enzim yang bertanggungjawab untuk membuat dna dapat mengakomodasi keduanya sehingga memungkinkan 5-bromourasil masuk kedalam dna dalam beberapa sel dan virus tipe tertentu. Sifat ini bisa dimanfaatkan untuk mempelajari dna. Purin utama ynag ditemukan dalam dna adalah adenin dan guanin.

Semua pirimidin maupun purin bisa terdapat dalam bentuk isomer alternatif yang disebut toutumer. Contoh a; urasil bisa terdapt dalam bentuk keto atau enol. Adenil tidak bisa ditulis dalam bentuk etol, karena adenin tidak memilki gugus keto. Namun demikian adenin bisa berisomerisasi menjadi bentuk tautumer imino

3. Nukleosida

Nukleosida yaitu ikatan antara pirimidin/purin dengan gula (2-deoksi-D-ribosa atau D-ribosa) dalam suatu struktur asam nukleat. Nukleosida yang mengandung deoksiribosa disebut deoksiribonukleosida, dan yang mengandung ribosa disebut ribonukleosida. Nukleosida purin memiliki ikatan b-glikosida dari N-9 pada basa ke C-1 pada gula. Dalam nukleosida pirimidin, ikatan ini yakni dari N-1 pada basa ke C-1 pada gula. Penamaan dari nukleosida adalah :

Adenin yang berikatan pada ribosa         disebut   adenosin

Urasil berikatan pada ribosa                    disebut  uridin

Guanin berikatan pada ribosa                  disebut  guanosin

Guanin berikatan pada deoksiribosa        disebut  deoksi guanosin

Citosin berikatan pada deoksirebo           disebut  deoksicitidin

Timin berikatan pada deoksiribosa          disebut  deoksitimidin.

Struktur dari nukleosida :

4. Nukleotida

Nukleotida adalah ester asam fosfat dari nukleosida, dengan fosfat pada posisi C-5’. Nukleotida dengan fosforilisasi pada posisi lain telah diketahui, tetapi bukan merupakan komponen asam nukleat. Nukleotida yang mengandung deosiribosa disebut deoksiribonukleotida, dan nukleotida yang mengandung ribosa disebut ribonukleotida.

Beberapa nukleotida dan deosiribonukleotida dalam tabel dibawah ini adalah

Basa	Ribonukleotida	Deoksiribonukleotida
Adenin, A	Asam adenilat, AMP	Asam deoksiandenilat, dAMP
Guanin, G	Asam guanilat, GMP	Asam deoksiguanilat, dGMP
Citosin, C	Asam citidilat, CMP	Asam deoksicitidilat, dCMP
Urasil, U	Asam uridilat, UMP	Asam deoksiuridilat, dUMP
Timin, T	Asam timidilat	Asam deoksitimidilat, dTMP

Struktur nukleotida

5. Polinukleotida

Asam nukleat DNA maupun RNA merupakan polinukleotida, yakni merupakan polimer dari beberapa tipe nukleotida. Nukleotida-nukleotida ini bergabung satu sama lain melalui ikatan fosfodiester antara C 3’ pada satu nukleotida dengan C 5’ pada nukleotida sebelahnya. Struktur bagian rantai poliribonukletida (RNA) yang mengandung  adenin guanin, dan citosin

6. Struktur DNA

DNA mengandung adenin, timin, guanin, dan citosin sebagai basa. Metode yang paling sederhana untuk menentukan urutan nukleotida dari DNA adalah dengan menggunakan enzim DNA polimerase yang mengkatilisis sintetis DNA.

Komposisi basa DNA dalam berbagai spesies

Spesies	Komposisi basa (mol %)
	G	A	C	T
Sarcina lutea	37,1	13,4	37,1	12,4
Alcaligenes faecalis	33,9	16,5	32,8	16,8
E.coli K12	24,9	26,0	25,2	23,9
Biji gandum	22,7	27,3	22,8	27,1
Bovine thymus	21,5	28,2	22,5	27,8
Hati manusia	19,5	30,3	19,9	30,3
Saccharomyces cerevisiae	18,3	31,7	17,4	32,6
Clostiridium perfringens	14,0	36,9	12,8	36,3

*citosin + metilcitosin

Komposisi basa DNA ginjal manusia adalah sama sperti untuk hati manusia, yang ditunjukkan dalam tabel diatas, karena komposisi basa DNA merupakan karakteristik dari spesies tertentu dan tidak bervariasi antara satu tipe sel dengan tipe sel lain. Hal ini menujukkan fakta bahwa urutan nukleotida dan informasi genetiknya pada tiap tipe sel di dalam suatu organisme adalah persis sama. Akan tetapi informasi ini diekspresikan secara berbeda dalam berbagai tipe sel dari suatu organisme.

DNA merupakan molekul rangkap, yakni dua rantai polinukleotida dihubungkan satu sama lain melalui pasangan basa tertentu. Adenin salah satu untai berpasangan dengan timin dalam untai yang alin, sedangkan ganin berpasangan dengan citosin. Kedua rantai ini disebut komplementer. Ikatan hidrogen terbentuk diantara basa-basa yang berhadapan didalam suatu pasangan.

Struktur primer DNA :

           

Struktur sekunder DNA

Perbandingan Heliks-heliks DNA

Parameter heliks	A-DNA	B-DNA	Z-DNA
Kaidah	Kanan	Kanan	Kiri
Pasang basa perputaran	11	10	12
Rise (nm)	0,29	0,34	0,37
Pitch	3,2	3,4	3,5

7. Struktur RNA

RNA terdiri atas rantai poliribonukleotida yang basanya biasanya adalah adenin, guanin, urasil, dan citosin. RNA ditemukan dalam nukleus dan maupun sitoplasma sel. Ada tiga tipe RNA  yaitu transfer RNA (tRNA), ribosomal RNA (rRNA), dan mesenger RNA (mRNA). RNA berperan dalam ekspresi informasi genetik. tRNA berfungsi sebagai suatu adapter dalam sintesis rantai polipeptida.

Struktur Pirmer RNA ;

Struktur Sekunder RNA (mRNA, tRNA, rRNA)

N0	Parameter	DNA	RNA
1	Nukleotida •      Karbohidrat •      Basa	Deoksi ribose A, G, C dan T	Ribose A, G, C dan U
2 3	Struktur primer Struktur Sekunder	Linier atau sirkuler Untai ganda	linier Untai Tunggal
4	Struktur Tersier •       linier •       sirkuler	Umumnya relaks Relaks, coil atau supercoil	mRNA, tRNA dan rRNA
5	Enzim pemotong	DNAse	RNAse

Sifat DNA dan RNA:

1. Padatan Putih yang mudah larut dalam air membentuk larutan yang tak berwarna, sukar larut dalam pelarut organik
2. Serapan maksimum pada 260 nM
3. Pada elektroforesis bergerak ke kutub positip dengan kecepatan sesuai dengan panjang dan konformasinya
4. Dapat divisualisasikan oleh Etidium bromida dibawah lampu uv
5. Satuan panjang; pb atau Kpb untuk DNA dan  nt untuk RNA