Asam Nukleat

A.    Pengertian Asam Nukleat

Asam nukleat dari biologi molekul penting bagi kehidupan, dan termasuk DNA (asam deoksiribonukleat) dan RNA (asam ribonukleat). Bersama dengan protein, asam nukleat membentuk paling penting makromolekul , masing-masing ditemukan dalam kelimpahan dalam semua makhluk hidup, di mana mereka berfungsi dalam pengkodean, transmisi dan mengekspresikan informasi genetik.

Asam nukleat ditemukan oleh Friedrich Miescher pada tahun 1869. Studi Eksperimental asam nukleat merupakan bagian utama modern biologi dan penelitian medis , dan membentuk dasar untuk genom dan ilmu forensik , serta bioteknologi dan industri farmasi. Kemudian Albrecht Kossel menemukan asam nukleat yang tersusun oleh suatu gugus gula, gugus fosfat, dan gugus basa.

Ciri- ciri Asam Nukleat :

a.       Terdapat pada semua sel hidup

b.      Merupakan makromolekul dengan monomer Mononukleotida

B.     Fungsi Asam Nukleat

Fungsi Asam Nukleat adalah sebagai berikut:

1.         Menyimpan, mereplikasi dan mentranskripsi informasi genetika

2.         Turut dalam metabolisme

3.         Penyimpan energi

4.         Sebagai ko-enzim

C.    Struktur Asam Nukleat

D.     Tata nama Asam Nukleat

Asam nukleat istilah adalah nama keseluruhan untuk DNA dan RNA, anggota keluarga biopolimer, dan ini identik dengan polinukleotida. Asam nukleat dinamai untuk penemuan awal mereka dalam inti, dan untuk gugus fosfat (terkait dengan asam fosfat). Meskipun pertama kali ditemukan dalam nukleus dari eukariotik sel, asam nukleat sekarang dikenal dapat ditemukan dalam semua bentuk kehidupan, termasuk dalam bakteri, archea, mitokonria, kloroplas, virus dan viroid. Semua sel hidup dan organel mengandung DNA dan RNA, sedangkan virus mengandung baik DNA atau RNA, tetapi biasanya tidak keduanya. Komponen dasar asam nukleat biologis adalah nukleotida yang masing-masing berisi gula pentosa (ribosa atau deoksiribosa), sebuah fosfat kelompok, dan nucleobase . Asam nukleat juga dihasilkan dalam laboratorium, melalui penggunaan enzim  (DNA dan RNA polimerase) dan dengan padat-fase sintesa kimia. Metode kimia juga memungkinkan generasi asam nukleat yang berubah yang tidak ditemukan di alam, misalnya asam nukleat peptida .

•         Gula pada asam nukleat adalah ribosa.

•         Ribosa (b-D-furanosa) adalah gula pentosa (jumlah karbon 5).

•         Perhatikan penomoran. Dalam penulisan diberi tanda prime(') untuk membedakan penomoran pada basa nitrogen

•       Ikatan gula ribosa dengan basa nitrogen (pada atom karbon nomor 1).

•       Ikatan gula ribosa dengan gugus fosfat (pada atom karbon nomor 5).

•       Gugus hidroksil pada atom karbon nomor 2

BASA NITROGEN

•   Basa nitrogen berikatan dengan ikatan-b pada atom karbon nomor1' dari gula ribosa atau deoksiribosa.

•   Pirimidin berikatan ke gula ribosa pada atom N-1 dari struktur cincinnya.

•   Purin berikatan ke gula ribosa pada atom N-9 dari struktur cincinnya.

 

BASA PIRIMIDIN DAN PURIN

BASA-BASA DALAM ASAM NUKLEAT

 

 

GUGUS FOSFAT

 

1.      Nukleosida : Senyawa antara purin dan primidin dengan ribosa dan deoksiribosa. Beberapa nama nukleosida :

2.      Nukleotida : Ester nukleosida dengan asam fosfat. Singkatan nama beberapa nukleotida :

Fungsi nukleotida :

1.      Sebagai pembawa energy. Nukleotida yang penting : AMP, ADP, ATP→ penting dalam penyimpanan dan pemanfaatan energi selama metabolisme sel.

ATP pembawa energi utama dalam sel :

ADP + Pa             →                                 ATP (fosforilase oksidatif)

                                                            ↑

                                                         Energi

ATP + H2O→ ADP + Pa (as. fosfat) + energi (hidrolisis)

2.             Pembawa bahan pembentuk dasar suatu molekul.

Contoh :

-          Nukleotida Uridin Difosfat (UDP) untuk sintesis glikogen

-          Kolin Sitidin Difosfat sintesis kolin fosfolipid.

-          Nukleotida trifosfat (NTP) sintesis DNA dan RNA

3.      Sebagai ko enzim

-          Nikotamida Mono Nukleotida (NMN) → merupakan vitamin

-          Flavin Mono Nukleotida (FMN) → koenzim  proses oksidasi – reduksi pada respirasi sel.

-          Nikotinamida Adenin Dinukleotida (NAD), Nikotinamida Adenin Dinukleotida Fosfat (NADP), Flavin Adenin Dinukleotida (FAD) →  koenzim proses oksidasi – reduksi

E.     Komposisi Molekuler dan Ukuran Asam Nukleat

Asam nukleat dapat bervariasi dalam ukuran, tetapi umumnya molekul yang sangat besar. Memang, molekul DNA yang mungkin merupakan molekul individu terbesar yang diketahui. Dipelajari dengan baik biologi molekul asam nukleat berbagai ukuran dari 21 nukleotida ( kecil mengganggu RNA ) ke kromosom besar ( 1 kromosom manusia adalah molekul tunggal yang berisi pasangan basa 247 juta  ).

Dalam kebanyakan kasus, molekul DNA alami adalah untai ganda RNA dan molekul untai tunggal. Ada pengecualian banyak, namun-beberapa virus memiliki genom terbuat dari RNA untai ganda dan virus lainnya memiliki DNA beruntai tunggal genom, dan, dalam beberapa keadaan, struktur asam nukleat dengan tiga atau empat helai bisa terwujud.

Asam nukleat adalah linear polimer (rantai) dari nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen: purin atau pirimidin nucleobase (kadang-kadang disebut basis nitrogen atau hanya basa), sebuah pentosa gula, dan fosfat kelompok. Sub-struktur yang terdiri dari gula nucleobase ditambah disebut sebuah nukleosida . Jenis asam nukleat berbeda dalam struktur gula dalam nukleotida mereka - DNA berisi 2'- deoksiribosa sedangkan RNA mengandung ribosa (di mana satu-satunya perbedaan adalah adanya gugus hidroksil ). Juga, nukleobasa ditemukan di kedua jenis asam nukleat yang berbeda: adenin , sitosin , dan guanin dapat ditemukan di kedua RNA dan DNA, sedangkan timin terjadi pada DNA dan urasil terjadi pada RNA.

Gula dan fosfat dalam asam nukleat saling terhubung satu sama lain dalam rantai bolak (gula-fosfat tulang punggung) melalui fosfodiester hubungan. Dalam nomenklatur konvensional , karbon-karbon dimana gugus fosfat melampirkan adalah ujung 3'-5 dan '-akhir karbon dari gula. Hal ini memberikan asam nukleat directionality, dan ujung-ujung molekul asam nukleat yang disebut sebagai 5'-end dan 3'-end. Para nukleobasa bergabung ke gula melalui N-glikosidik hubungan yang melibatkan nitrogen cincin nucleobase (N-1 untuk pirimidin dan N-9 untuk purin) dan karbon 1 'dari cincin gula pentosa.

F.     Jenis-Jenis asam nukleat

1.      Asam Deoksiribonukleat

Asam deoksiribonukleat merupakan asam nukleat yang berisi instruksi genetik yang digunakan dalam pengembangan dan fungsi dari semua organisme hidup dikenal. Peran utama dari molekul DNA adalah penyimpanan jangka panjang informasi dan DNA sering dibandingkan dengan satu set cetak biru, karena berisi petunjuk yang dibutuhkan untuk membangun komponen lain sel, seperti protein dan molekul RNA. Segmen DNA yang membawa informasi genetik ini disebut gen, tetapi urutan DNA lain memiliki tujuan struktural, atau terlibat dalam mengatur penggunaan informasi ini genetik.

Ciri-ciri Asam Deoksiribonukleat :

·            Makromolekul dengan Mr yang sangat besar.

·            Terdiri dari mononukleotida utama :

dAMP, dGMP, dTMP, dCMP

·         Terdiri dari dua atau lebih rantai polinukleotida

yang tersusun dalam struktur heliks (heliks ganda)

·            Setiap spesies/organisme mononukleotida utamanya mempunyai perbandingan, urutan dan berat molekul (Mr) yang spesifik.

·            Pada sel prokariotik (mengandung hanya satu kromosom) DNA nya merupakan makromolekul tunggal dengan Mr = 2 x 109.

·            Pada sel eukariotik (mengandung banyak kromosom) mempunyai banyak molekul DNA dengan Mr yang sangat besar.

·            DNA terutama terdapat dalam inti sel (DNA inti) bergabung dengan protein histon. Juga bisa terdapat pada sitoplasma (DNA sitoplasma), dalam mitokondria, dalam khloroplas.

·            Pada sel bakteri selain terdapat dalam inti sel juga bisa pada sel membran = mesosom dan dalam sitoplasma di luar kromosom = plasmid/episom.

·            DNA normal dari suatu spesies yang berbeda menunjukkan adanya keteraturan (regularitas)

CHARGAFF’S RULES :

-             Komposisi basa dari DNA suatu organisme adalah tetap pada semua sel nya dan mempunyai karakteristik tertentu

-             Komposisi basa dari DNA bervariasi dari suatu organisme dengan organisme lainnya dinyatakan dengan dissymmetry ratio : (A + T) / (G + C)

-             Komposisi basa dari suatu spesies tidak berubah oleh umur, keadaan nutrisi, ataupun lingkungan.

-             Jumlah adenin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan jumlah timin (A = T).

-             Jumlah guanin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan jumlah sitosin (G=C).

-             Jumlah total basa purin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan jumlah total basa pirimidin : (A + G) = (T + C).

DEOKSIRIBONUKLEOTIDA UTAMA

2.      Asam Ribonukleat

Asam ribonukleat (RNA) fungsi dalam mengkonversi informasi genetik dari gen ke dalam sekuens asam amino dari protein. Ketiga jenis universal termasuk RNA transfer (tRNA), messenger RNA (mRNA), dan RNA ribosomal (rRNA). Messenger RNA bertindak untuk membawa informasi urutan genetik antara DNA dan ribosom, mengarahkan sintesis protein. Ribosomal RNA adalah komponen utama dari ribosom, dan mengkatalisis pembentukan ikatan peptida. transfer RNA berfungsi sebagai molekul pembawa untuk asam amino yang akan digunakan dalam sintesis protein, dan bertanggung jawab untuk decoding mRNA. Selain itu, banyak kelas RNA sekarang dikenal.

Ciri-ciri Asam Ribonukleat :

·         Terdiri dari rantai tunggal poliribonukleotida.

·         Hampir seluruhnya terdapat di sitoplasma, juga terdapat pada virus.

·         Rantai tunggal→ Chargaff’s Rules tidak berlaku

·         Ada 3 macam :

- tRNA (transfer-RNA)

-mRNA (messenger-RNA)

-rRNA (ribosomal-RNA)

-tRNA

Ø  Molekul yang kecil

Ø   Basanya : A, G dan U yang termetilasi.

Ø  Jumlahnya hanya sedikit dari total RNA dalam sel

Ø   Mengangkut (transport) asam amino spesifik ke

Ø  Ribosom untuk proses sintesis protein

-mRNA

Ø  Basa nya : A, G, C dan U

Ø  Disintesis dalam inti sel pada proses transkripsi

Ø  Pembawa informasi genetik dari DNA untuk

Ø  Sintesis protein

Ø  Umurnya pendek→  mengalami Degradasi/resintesis

-r RNA

Ø  Bagian terbanyak dari RNA dalam sel (80%)

Ø  Merupakan 60% dari berat ribosom

Ø  Basa utamanya : A, G, C, U

Ø  Fungsinya belum jelas

G.    Hidrolisis Asam Nukleat

1. Hidrolisis dengan enzim→ enzim nuklease, yang terdiri dari :

a.          enzim eksonuklease→ menyerang ujung rantai polinukleotida

b.         enzim endonuklease→ menyerang bagian dalam rantai

2. Hidrolisis dengan asam/basa

a.          Hidrolisis DNA dengan asam→ terbentuk asam apurinat (DNA tanpa purin) dan asam apirimidat (DNA tanpa pirimidin)

b.         DNA tidak dihidrolisis oleh basa

Hidrolisis RNA dengan basa memutuskan→ ikatan gugus hidroksil – 2 ribosa.