Pengertian Asam Nukleat
Asam nukleat adalah adalah makromolekul biokimia yang kompleks, berbobot
molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang mengandung informasi
genetik. Asam nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) dan
Asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada
virus. suatu polimer nukleotida yang berperan dalam penyimpanan serta
pemindahan informasi genetik (polinukleotida).
Komponen Penyusun Asam Nukleat
1.
Basa Nitrogen
Basa nitrogen yang merupakan penyusun
asam nukleat adalah turunan Purina dan pirimidina.
o Purina dan turunannya
Purina atau purin adalah senyawa heterosiklik majemuk yang mempunyai
lingkar pirimidina dan imidazol yang berimit. Turunan purina yang merupakan
penyusun asam nukleat adalah adenine atau 6-aminopurina dan guanine atau
2-amino-6-oksipurina.
o Pirimidina dan turun-turunannya
Pirimidina atau pirimidin termasuk senyawa heterosiklik sederhana lingkar
6, dengan 2 atom nitrogen sebagai heteroatomnya. Turunan-turunan pirimidina
yang meupakan penyusun asam nukleat adalah sitosin atau
2-oksi-4-aminopirimidina yang disingkat C, timin atau 2, 4-dioksi-5-metilpirimidina
yang disingkat T dan urasil atau 2, 4-dioksipirimidina yang disingkat U.
2.
Pentosa atau Gula Penyusun
Pentose yang menyusun asam nukleotida adalah ribose dan 2-deoksiribosa.
Dalam struktur kimia asam nukleat, kedua pentose tersebut terdapat dalam bentuk
lingkar furanosa. Ribose merupakan penyusun RNA dan 2-deoksiribosa merupakan
penyusun DNA.
3.
Fosfat Penyusun
Fosfat penyusun asam nukleat adalah
asam fosfat atau asam ortofosfat. Fosfat ini berupa kristal berbentuk
orto-rombik, tak stabil dan melebur pada suhu 42,350C. Fosfat ini tergolong asam lemah atau sedang
dan bervalensi tiga jenis garam natrium. Garam natrium tersebut dapat terbentuk
pada suhu kamar yaitu, Natrium fosfat Na3PO4, Natrium
hidrogen fosfat Na2HPO4, dan Natrium dihidrogen fosfat
NaH2P4.
A.
Nukleotida dan Nukleosida
Suatu basa yang terikat pada satu
gugus gula disebut nukleosida, sedangkan nukleotida adalah satu nukleosida yang
berikatan dengan gugus fosfat. Di dalam molekul DNA atau RNA, nukleotida
berikatan dengan nukleotida yang lain melalui ikatan fosfodiester.
Basa purin dan pirimidin tidak
berikatan secara kovalen satu sama lain. Oleh karena itu, suatu polinukleotida
tersusun atas kerangka gula-fosfat yang berselang seling dan mempunyai ujung
5’-P dan 3’-OH. Monomer nukleotida dapat berikatan satu sama lain melalui
ikatan fosfodiester antara -OH di atom C nomor 3‘nya dengan gugus fosfat dari
nukleotida berikutnya. Kedua ujung poli- atau oligonukleotida yang dihasilkan
menyisakan gugus fosfat di atom karbon nomor 5' nukleotida pertama dan gugus
hidroksil di atom karbon nomor 3' nukleotida terakhir.
B.
DNA
DNA (deoxyribonucleic acid) atau
asam deoksiribosa nukleat (ADN) merupakan tempat penyimpanan informasi genetik.
Pada tahun 1953, Frances Crick dan James Watson menemukan model molekul DNA
sebagai suatu struktur heliks beruntai ganda, atau yang lebih dikenal dengan
heliks ganda Watson-Crick. DNA merupakan makromolekul polinukleotida yang
tersusun atas polimer nukleotida yang berulang-ulang, tersusun rangkap, membentuk
DNA haliks ganda dan berpilin ke kanan.
Setiap
nukleotida terdiri dari tiga gugus molekul, yaitu:
·
Gula 5 karbon (2-deoksiribosa)
·
Basa nitrogen yang terdiri golongan purin yaitu adenin
(Adenin = A) dan guanin (guanini = G), serta golongan pirimidin, yaitu sitosin
(cytosine = C) dan timin (thymine = T)
·
Gugus fosfat
Model tangga berpilin menggambarkan
struktur molekul DNA sebagai dua rantai polinukleotida yang saling memilin
membentuk spiral dengan arah pilinan ke kanan. Fosfat dan gula pada masing-masing rantai
menghadap ke arah luar sumbu pilinan, sedangkan basa N menghadap ke arah dalam
sumbu pilinan dengan susunan yang sangat khas sebagai pasangan – pasangan basa
antara kedua rantai.
Dalam hal ini, basa A pada satu
rantai akan berpasangan dengan basa T pada rantai lainnya, sedangkan basa G
berpasangan dengan basa C. Pasangan-pasangan basa ini dihubungkan oleh ikatan hidrogen yang lemah
(nonkovalen). Basa A dan T dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap dua,
sedangkan basa G dan C dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap tiga. Adanya
ikatan hidrogen tersebut menjadikan kedua rantai polinukleotida terikat satu
sama lain dan saling komplementer.
Artinya, begitu sekuens basa pada salah satu rantai diketahui, maka sekuens
pada rantai yang lainnya dapat ditentukan.
Oleh karena basa bisiklik selalu
berpasangan dengan basa monosiklik, maka jarak antara kedua rantai
polinukleotida di sepanjang molekul DNA akan selalu tetap. Dengan perkataan
lain, kedua rantai tersebut sejajar. Akan tetapi, jika rantai yang satu dibaca
dari arah 5’ ke 3’, maka rantai pasangannya dibaca dari arah 3’ ke 5’. Jadi,
kedua rantai tersebut sejajar tetapi berlawanan arah (antiparalel).
C.
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 ( ribozim ) yang dapat mengkalis formasi
RNA-nya sendiri atau molekul RNA lain. RNA merupakan rantai tunggal
polinukleotida.
Setiap ribonukleotida terdiri dari
tiga gugus molekul, yaitu :
·
5 karbon
· Basa
nitrogen yang terdiri dari golongan purin (yang sama dengan DNA) dan golongan
pirimidin yang berbeda yaitu sitosin (C) dan Urasil (U)
·
Gugus fosfat
Purin dan pirimidin yang berkaitan
dengan ribosa membentuk suatu molekul yang dinamakan nukleosida atau
ribonukleosida, yang merupakan prekursor dasar untuk sintesis DNA.
Ribonukleosida yang berkaitan dengan gugus fosfat membentuk suatu nukleotida
atau ribonukleotida. RNA merupakan hasil transkripsi dari suatu fragmen DNA,
sehingga RNA merupakan polimer yang jauh lebih pendek dibandingkan DNA.
Ø Tipe RNA
a.
RNAd
RNAd merupakan RNA yang urutan
basanya komplementer dengan salah satu urutan basa rantai DNA. RNAd membawa
pesan atau kode genetik (kodon) dari kromosom (di dalam inti sel) ke ribosom
(di sitoplasma). Kode genetik RNAd tersebut kemudian menjadi cetakan utnuk
menetukan spesifitas urutan asam amino pada rantai polipeptida. RNAd berupa
rantai tunggal yang relatif panjang.
b.
RNAr
RNAr merupakan komponen struktural
yang utama di dalam ribosom.Setiap subunit ribosom terdiri dari 30 – 46%
molekul RNAr dan 70 – 80% protein.
c. RNAt
RNAt merupakan RNA yang membawa asam
amino satu per satu ke ribosom. Pada salah satu ujung RNAt terdapat tiga
rangkaian basa pendek (disebut antikodon). Suatu asam amino akan melekat pada
ujung RNAt yang berseberangan dengan ujung antikodon. Pelekatan ini merupakan
cara berfungsinya RNAt, yaitu membawa asam amino spesifik yang nantinya berguna
dalam sintesis protein yaitu pengurutan asam amino sesuai urutan kodonnya pada
RNAd.
Proses Metabolisme Asam Nukleat
Asam nukleat maupun protein merupakan polimer dengan
urutan monomer spesifik yang menyampaikan informasi. Dalam DNA atau RNA,
monomernya merupakan keempat jenis nukleotida, yang berbeda basa nitrogennya.
Gen biasanya panjangnya mencapai ratusan atau ribuan nukleotida, masing-masing
memiliki urutan basa yang spesifik. Setiap polipeptida dari suatu protein juga
memiliki monomer yang tersusun dalam tatanan linear tertentu (struktur primer
protein) yaitu asam amino. Asam nukleat dan protein berisi informasi yang
ditulis dalam dua bahasa kimia yang berbeda. Untuk beralih dari DNA-yang ditulis dalam suatu
bahasa menjadi protein- yang ditulis dalam
bahasa lain, membutuhkan 2 tahapan yaitu transkripsi dan translasi
(Yuwono, 2012).
Asam nukleat sering dinamakan juga polinukleotida
karena tersusun dari sejumlah molekul nukleotida sebagai monomernya. Tiap
nukleotida mempunyai struktur yang terdiri atas gugus fosfat, gula pentosa, dan
basa nitrogen atau basa nukleotida (basa N). Berbagai eksperimen dan kajian
sampai pada kesimpulan bahwa mekanisme kerja DNA adalah replikasi, transkripsi
dan translasi. Tiga proses ini dikenal dengan sebutan dogma sentral. Replikasi
adalah proses menyalin secara utuh 2 untai DNA menjadi 2 untai yang baru.
Transkripsi adalah proses menyalin salah satu untai DNA menjadi mRNA sedangkan
translasi adalah proses penterjemahan mRNA menjadi polipeptida.
a)
Replikasi
Replikasi terjadi sebelum fase mitosis agar pada saat
mitosis dimana kromosom memadat dan menjadi double maka jumlah DNA telah 2 kali
lipat. Teori paling mendekati kenyataan bahwa replikasi berlangsung secara
semikonservatif yaitu DNA pada turunan
(filial) berupa 1 untai DNA lama dari induk dan 1 untai DNA baru. Replikasi
berlangsung sempurna artinya seluruh DNA genom disalin menjadi 2 yaitu 1
salinan baru dan 1 salinan DNA yang lama. Kesalahan proses replikasi molekul
DNA hanya terjadi satu dalam 1 miliar nukleotida, tetapi kesalahan pemasangan
awal antara nukleotida yang sudah ada pada untai cetakan dapat mencapai 100.000
kalinya atau sebesar 10.000 pasang basa. Sel memiliki mekanisme reparasi yaitu
perbaikan salah pasang (mismatch repair
) yang akan memperbaiki kesalahan-kesalahan yang terjadi ketika DNA disalin.
Selama replikasi DNA, DNA polimerase sendirilah yang melakukan perbaikan
salah-pasang. Polimerase ini mengoreksi setiap nukleotida terhadap cetakannya
begitu nukleotida ditambah pada untaian. Dalam rangka mencari nukleotida
yang pasangannya tidak benar, polimerase
memindahkan nukleotida tersebut kemudian melanjutkan kembali sintesis. Protein
lain selain DNA polimerase juga melakukan
perbaikan salah-pasang (Yuwono, 2012).
b)
Transkripsi
Transkripsi adalah proses sintesis RNA berdasarkan
arahan DNA. Tidak seperti pada replikasi DNA dimana masing-masing untai lama
menjadi cetakan, pada transkripsi hanya salah satu untai DNA yang menjadi
cetakan (template). Molekul RNA yang dihasilkan merupakan transkrip penuh dari
instruksi-instruksi pembangun-protein suatu gen. Molekul RNA ini disebut messenger RNA (mRNA). Bagian molekul RNA
berupa tiga kata kode seperti CCG, UCU dan GAA, menggambarkan tiga asam amino
prolin, serin dan asam glutamat disebut kodon. Kodon terdiri atas „ triplet
basa‟ yaitu masing-masing tiga basa yang berurutan. Rangkaian kodon merupakan
panduan untuk perangkaian asam amino
selama sintesis protein dalam sel (Yuwono, 2012). Kodon RNA menggambarkan sandi
untuk 20 asam amino penting yang umumnya terdapat dalam molekul protein.
Beberapa asam amino dinyatakan oleh lebih dari satu kode. Beberapa kodon tidak
menyandi asam amino melainkan berfungsi sebagai kodon “stop” tanda bahwa
sintesa protein berakhir. Secara ringkas dapat dikatakan bahwa proses
transkripsi berlangsung sepanjang DNA template Enzim RNA polimerase menambahkan
nukleotida hanya ke ujung 3' dari polimer yang sedang tumbuh sehingga molekul
RNA memanjang dalam arah 5'→ 3'. Rentang DNA yang ditranskripsi menjadi molekul
RNA ini disebut unit transkripsi. Transkripsi dapat dibagi menjadi tiga tahap
yaitu: Inisiasi (permulaan), elongasi (pemanjangan), dan terminasi
(pengakhiran) (Yuwono, 2012).
Daerah DNA dimana RNA polimerase melekat dan mengawali
transkripsi disebut sebagai promoter. Suatu promoter mencakup titik awal
(startpoint) transkripsi dan biasanya
membentang beberapa lusin pasangan nukleotida ke hulu (upstream) dari titik
awal. Di samping menentukan dimana transkripsi dimulai, promoter juga
menentukan salah satu dari kedua untai DNA yang digunakan sebagai cetakan.
Proses selanjutnya adalah elongasi. Pada saat RNA
polimerase bergerak di sepanjang DNA, enzim ini akan terus membuka pilinan
untai ganda tersebut, memperlihatkan kira-kira 10-20 basa DNA sekaligus untuk
berpasangan dengan nukleotida RNA. Enzim ini menambahkan nukleotida ke ujung 3'
dari molekul RNA yang sedang tumbuh. Pada saat sintesis RNA berlangsung, untai
ganda DNA terbentuk kembali dan molekul RNA baru akan lepas dari cetakan
DNA-nya. Transkripsi berlangsung dengan kecepatan kira-kira 60 nukleotida per
detik pada eukariot.
Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase menyalin
urutan DNA yang disebut terminator. Terminator merupakan suatu urutan RNA yang
berfungsi sebagai sinyal pengakhiran
transkripsi. Pada sel prokariot, transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir
sinyal terminasi. Ketika polimerase mencapai titik tersebut polimerase melepas
RNA dan DNA. Sebaliknya pada sel eukariottranskripsi akan berhenti setelah
polimerase melewati sinyal terminasi yaitu suatu urutan AAUAAA di dalam
pra-mRNA sejauh kira-kira 10-35 nukleotida.
c)
Translasi
Kode pada mRNA akan terbaca oleh ribosom dengan
dibantu oleh tRNA yang terdapat di dalam sitoplasma. tRNA akan datang untuk
membawa asam amino yang sesuai dengan kode yang dibawa mRNA tersebut. Kemudian
tRNA akan bergabung dengan mRNA yang sesuai dengan kode pasangan basa. Bagian
pada tRNA yang terlibat ini disebut antikodon, yang berhubungan dengan tiga
basa pada pita mRNA yang disebut dengan
kodon. Asam amino akan berjajar-jajar dalam urutan yang sesuai dengan
kodenya. Dari hal ini akan terbentuk protein yang berfungsi sebagai enzim,
dalam mengatur metabolisme sel dan reproduksi (Kistinnah, 2009).
Fungsi Asam Nukleat
- Fungsi utamanya adalah menyimpan dan mentransfer informasi genetik.
- Untuk menggunakan informasi genetik untuk mengarahkan sintesis protein baru.
- Asam deoksiribonukleat adalah penyimpanan untuk tempat untuk informasi genetik dalam sel.
- DNA mengontrol sintesis RNA di dalam sel.
- Informasi genetik yang ditransmisikan dari DNA ke pembentukan protein dalam sel.
- RNA juga mengarahkan produksi protein baru dengan mengirimkan informasi genetik pada struktur bangunan protein.
- Fungsi dari urutan basa nitrogen dalam tulang punggung DNA menentukan protein yang disintesis.
- Fungsi dari heliks ganda DNA adalah bahwa tidak ada gangguan terjadi pada informasi genetik jika hilang atau rusak.
- RNA mengarahkan sintesis protein.
- m-RNA mengambil pesan genetik dari RNA.
- transfer t-RNA mengaktifkan asam amino, ke tempat sintesis protein.
- r-RNA sebagian besar hadir dalam ribosom, dan bertanggung jawab atas stabilitas m-RNA.
Ringkasan :
Asam
nukleat adalah senyawa-senyawa polimer yang menyimpan semua Informasi genetika,
yaitu seperangkat “cetak biru” tentang karakteristik aktual dan potensial yang
diterima oleh suatu organism dari generasi sebelumnya, untuk kemudian
diwariskan ke generasi berikutnya.
DNA
memiliki struktur, yaitu gula pentosa (deoksiribosa), fosfat dan basa nitrogen
yang meliputi basa purin (guanin dan adenin) dan basa pirimidin (timin dan
sitosin) dan RNA tersusun atas molekul-molekul, yaitu gula ribosa, fosfat, dan
basa nitrogen yang terdiri atas purin (adenin dan guanin) dan pirimidin (urasil
dan sitosin). Proses replikasi DNA dan
RNA dimulai ketika enzim DNA polimerase memisahkan dua pita DNA heliks ganda.
Setiap pita DNA yang “lama” sekarang berfungsi sebagai cetakan yang menentukan
urutan nukleotida di sepanjang pita DNA komplementer baru yang bersesuain.
Nukleotida baru tersebut disambung satu
sama lain untuk membentuk tulang punggung gula fosfat pita DNA baru. Asam
nukleat memiliki fungsi, yaitu menyimpan, menstransmisi, dan mentranslasi
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.
Urutan nukleotida pada salah satu
untaian molekul RNA digunakan sebagai cetakan (template) untuk sintesis molekul
RNA yang komptementer. Translasi adalah
proses penerjemah urutan nucleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi
rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein. Hanya
molekul mRNA yang ditranslasi, sedangkan rRNA dan tRNA tidak ditranslasi.
Molekul rRNA adalah salah satu molekul penyusun ribosom, yakni organel tempat
berlangsungnya sintesis protein, tRNA adalah pembawa asam-asam amino yang akan
disambungkan menjadi rantai polipeptida.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar