ASAM NUKLEAT1.1Struktur dan Fungsi Asam NukleatFriedrich Miescher (1844-1895) adalah orang yang mengawali pengetahuan mengenai kimia dan inti sel. Pada tahun 1868, dilaboratorium Hoppe-Syler di Tubingen, beliau memilih sel yang terdapat pada nanah bekas pembalut luka, kemudian sel-sel tersebut dilarutkan dalam asam encer dan dengan cara ini diperoleh inti sel yang masih terikat pada sejumlah protein. Dengan menambahkan enzim pemecah protein ia dapat memperoleh inti sel saja dan dengan cara ekstraksi terhadap inti sel diperoleh suatu zat yang larut dalam basa tetapi tidak larut dalam asam. kemudian zat ini dinamakan nuclein sekarang dikenal dengan nama nucleoprotein. Selanjutnya dibuktikan bahwa asam nukleat merupakan salah satu senyawa pembentuk sel dan jaringan normal.Fungsi utama asam nukleat adalah sebagai tempat penyimpanan dan pemindahan informasi genetik. Fungsi lainnya yaitu turut dalam metabolisme, penyimpan energi, dan sebagai ko-enzim Informasi ini diteruskan dari sel induk ke sel anak melalui proses replikasi. Asam nukleat dalam sel ada dua jenis yaitu DNA (deoxyribonucleic acid ) atau asam deoksiribonukleat dan RNA (ribonucleic acid) atau asam ribonukleat. Baik DNA maupun RNA berupa anion dan pada umumnya terikat oleh protein dan bersifat basa. Misalnya DNA dalam inti sel terikat pada histon. Senyawa gabungan antara protein dan asam nukleat disebut nucleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan polimer seperti protein tetapi unit penyusunnya adalah nukleotida.

Asam nukleat merupakan suatu polinukleotida, yaitu polimer linier yang tersusun dari monomer -monomer nukleotida yang berika tan melalui ikatan fosfodiester. Asam nukleat merupakan polimer besar dengan ukuran yang bervariasi. Asam nukleat baik DNA maupun RNA tersusun dari monomer nukleotida. Nukleotida tersusun dari gugus fosfat, basa nitrogen dan gula pentosa. Basa nitrogen berasal dari kolompok purin dan pirimidin. Purin utama asam nukleat adalah adenin dan guanin, sedangkan pirimidinnya adalah sitosin, timin dan urasil.

Gambar 1. Asam Deoksiribonukleat(Atom karbon berwarna hitam, oksigen merah, nitrogen biru, fosfor hijau, dan hidrogen putih)Asam nukleat ini mempunyai susunan yang sangat unik, yaitu berupa polimer yang tersusun atas monomer yang disebut nukleotida. Tiap nukleotidaterdiri atas nukleosida dan asam fosfat. Nukleosida terdiri atas gula pentose(ribose atau deoksiribosa) dan basa nitrogen heterosiklik, yaitu turunan purina(adenine dan guanine) dan turunan pirimidina (sitosin, urasil, dan timin)

Gambar 2. Struktur Asam Nukleat

Nukleotida dan nukleosida

Gambar 4. Nukleotida dan Nukleosida

Penomoran posisi atom C pada cincin gula dilakukan menggunakan tanda aksen (1, 2, dan seterusnya), sekedar untuk membedakannya dengan penomoran posisi pada cincin basa. Posisi 1 pada gula akan berikatan dengan posisi 9 (N-9) pada basa purin atau posisi 1 (N-1) pada basa pirimidin melalui ikatan glikosidik atau glikosilik (Gambar 2.2). Kompleks gula-basa ini dinamakan nukleosida.

Di atas telah disinggung bahwa asam nukleat tersusun dari monomer-monomer berupa nukleotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa, dan sebuah basa N. Dengan demikian, setiap nukleotida pada asam nukleat dapat dilihat sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pengertian nukleotida secara umum sebenarnya adalah nukleosida dengan sebuah atau lebih gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul ATP (adenosin trifosfat) adalah nukleotida yang merupakan nukleosida dengan tiga gugus fosfat.

Jika gula pentosanya adalah ribosa seperti halnya pada RNA, maka nukleosidanya dapat berupa adenosin, guanosin, sitidin, dan uridin. Begitu pula, nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu adenosin monofosfat, guanosin monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin monofosfat. Sementara itu, jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya pada DNA, maka (2-deoksiribo) nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin, deoksiguanosin, deoksisitidin, dan deoksitimidin.

Gugus Fosfat, Gula Pentosa, dan Basa NitrogenTiap nukleotida mempunyai struktur yang terdiri atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen atau basa nukleotida (basa N) yang saling berikatan, seperti pada gambar berikut.

Gambar 3. Komponen Asam Nukleat

Keterangan:

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

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

c. Gugus hidroksil pada atom karbon nomor 2

Di antara ketiga komponen monomer asam nukleat tersebut di atas, hanya basa N-lah yang memungkinkan terjadinya variasi. Pada kenyataannya memang urutan (sekuens) basa N pada suatu molekul asam nukleat merupakan penentu bagi spesifisitasnya. Dengan perkataan lain, identifikasi asam nukleat dilakukan berdasarkan atas urutan basa N-nya sehingga secara skema kita bisa menggambarkan suatu molekul asam nukleat hanya dengan menuliskan urutan basanya saja. a. Gugus fosfat

Nukleotida dapat dipandang sebagai ester asam fosfat dengan nukleosida. Pengesteran itu dapat terjadi pada semua gugus hidroksil dari pentosa. Akan tetapi yang banyak terdapat dalam keadaan bebas adalah ester dengan atom nomor 5 dari pentosa.

Gambar 4. Gugus Fosfat

b. Gula pentosa

Ada dua jenis pentosa yang ditemukan pada asam nukleat. Unit deoksiribonukleotida yang terdapat pada DNA secara berulang mengandung 2-deoksi-D-ribosa dan unit ribonukleotida RNA mengandung D-ribosa.

Gambar 5. Gula pentosa

c. Basa Nitrogen

Basa nitrogen pokok terdiri dari dua macam yaitu pirimidin dan purin. Pirimidin terdapat pada DNA yang terdiri dari sitosin (C), dan timin (T). Sedangkan purin terdapat pada RNA yang terdiri dari adenin (A) dan guanin (G). Perbedaan yang paling penting pada basa DNA dan RNA adalah bahwa timin merupakan pirimidin utama DNA, tetapi seringkali tidak dijumpai pada RNA. Sebaliknya, urasil merupakan pirimidin utama pada RNA, tetapi jarang terdapat pada DNA. Basa pirimidin dan purin adalah molekul yang hampir pipih yang relatif tidak larut dalam air. Berikut dua basa nitrogen pokok yaitu pirimidin dan purin.

Gambar 6. Struktur induk basa purin dan pirimidin

Tiga turunan pirimidin yang umum terdapat pada nukleotida yaitu urasil, timin, dan sitosin. Sedang dua yang lain ialah 5-metil sitosin dan 5-OH sitosin jarang terdapat. Senayawa turunan purin yang umum terdapat adalah adenin dan guanin. Disamping itu masih ada yang jarang antara lain 2-metil adenin dan 1-metil guanin.

Gambar 7. Struktur turunan basa purin dan pirimidin

Ikatan fosfodiesterSelain ikatan glikosidik yang menghubungkan gula pentosa dengan basa N, pada asam nukleat terdapat pula ikatan kovalen melalui gugus fosfat yang menghubungkan antara gugus hidroksil (OH) pada posisi 5 gula pentosa dan gugus hidroksil pada posisi 3 gula pentosa nukleotida berikutnya. Ikatan ini dinamakan ikatan fosfodiester karena secara kimia gugus fosfat berada dalam bentuk diester.Oleh karena ikatan fosfodiester menghubungkan gula pada suatu nukleotida dengan gula pada nukleotida berikutnya, maka ikatan ini sekaligus menghubungkan kedua nukleotida yang berurutan tersebut. Dengan demikian, akan terbentuk suatu rantai polinukleotida yang masing-masing nukleotidanya satu sama lain dihubungkan oleh ikatan fosfodiester.

Kecuali yang berbentuk sirkuler, seperti halnya pada kromosom dan plasmid bakteri, rantai polinukleotida memiliki dua ujung. Salah satu ujungnya berupa gugus fosfat yang terikat pada posisi 5 gula uanine. Oleh karena itu, ujung ini dinamakan ujung P atau ujung 5. Ujung yang lainnya berupa gugus hidroksil yang terikat pada posisi 3 gula uanine sehingga ujung ini dinamakan ujung OH atau ujung 3. Adanya ujung-ujung tersebut menjadikan rantai polinukleotida linier mempunyai arah tertentu.

Pada pH netral adanya gugus fosfat akan menyebabkan asam nukleat bermuatan uanine . Inilah uanine pemberian nama asam kepada molekul polinukleotida meskipun di dalamnya juga terdapat banyak basa N. Kenyataannya, asam nukleat memang merupakan anion asam kuat atau merupakan polimer yang sangat bermuatan uanine .

Gambar 10. Ikatan fosfodiester

Urutan nukleotida pada asam nukleat dapat digambarkan secara skematik, seperti diperlihatkan dibawah ini oleh potongan DNA dengan lima unit nukleotida.

Gambar 11. Gambar urutan nukleotida pada asam nukleat

Bagian basa dilambangkan oleh A, T, G dan C, masing-masing deoksiribosa oleh garis vertikal, dan gugus fosfat oleh P. nomor bilangan kecil menunjukkan letak unit deoksiribosa tempat gugus fosfat ini diikat. Struktur untaian tunggal DNA selalu dituliskan dengan ujung 5 di sebelah kiri ujung 3 di sebelah kanan atau dengan kata lain menurut arah 5(3. Di bawah ini diperlihatkan pengggambaran dua pentadeoksiribosanukleotida secara lebih sederhana.

pApTpGpCpA dan pATGCA

Ikatan antar nukleotida pada DNA maupun RNA dapat diuraikan melalui hidrolisis kimiawi. Ikatan ini dapat juga dihidrolisis secara enzimatik oleh enzim nuclease. Beberapa jenis nuclease dapat menghidrolisis ikatan di antara dua nukleotida yang terletak berurutan pada posisi internal pada untaian DNA dan RNA; nuclease tersebut dinamakan endonuklease. Jenis nuklease lain dapat menghidrolisis hanya ikatan nukleotida ujung, beberapa pada ujung 5 dan yang lain pada ujung 3, enzim ini adalah eksonuklease. Deoksiribonuklease yang bersifat spesifik bagi hidrolisis ikatan antar nukleotida tertentu pada DNA, dan klease yang bersifat spesifik bagi RNA ditemukan di dalam sel. Enzim-enzim ini juga dikeluarkan oleh pancreas ke dalam saluran usus, tempat terjadinya hidrolisis asam nukleat selama proses pencernaan. Kita akan melihat bahwa berbagai jenis endonuklease merupakan alat-alat biokimiawi untuk mengontrol fragmentasi DNA dan RNA menjadi potongan-potongan yang lebih kecil, sebelum kita menentukan nukleotidanya.

1.2 Deoxyribonucleic Acid (DNA)

Ada tiga struktur DNA yang dik enal selama ini. Struktur -struktur DNA

tersebut adalah sebagai berikut:

1. Struktur primer

DNA tersusun dari monomer -monomer nukleotida. Setiap nuk leotida

terdiri dari satu basa nitrog en berupa senyaw a purin atau pirimidin, satu g ula

pentosa berupa 2 -deoksi-D-ribosa dalam bentuk furanosa, dan satu molekul

fosfat. Penulisan urutan basa dimulai dari kiri yaitu ujung 5 bebas (tidak terikat

nukleotida lain) menuju ujung dengan gugus 3 hidroksil bebas atau dengan arah

53 (Darnell, et al., dalam T. Milanda, 1994).

2. Struktur sekunder

Salah satu sifat biokimia DNA yang menentukan fungsinya seba gai

pembawa informasi genetik adal ah komposisi basa penyusun. Pa da tahun

1949-1953, Edwin Chargaff menggunakan metode kromatografi untuk pemisahan

dan analisis kuantitatif keemp at basa DNA, yang diisolasi da ri berbagai

organisme. Kesimpulan yang dia mbil dari data yang terkumpul adalah sebagai

berikut :

a. Komposisi basa DNA bervariasi antara spesies yang satu dengan

spesies yang lain.

b. Sampel DNA yang diisolasi dari berbagai jaringan pada spesie s

yang sama mempunyai komposisi basa yang sama.

c. Komposisi DNA pada suatu spesi es tidak berubah oleh perubaha n

usia, keadaan nutrisi maupun perubahan lingkungan.

d. Hampir semua DNA yang ditelitimempunyai jumlah residu adenin

yang sama dengan jumlah residu timin (A=T), dan jumlah resid u

guanin yang sama dengan jumlah residu sitosin (G=C) maka A+G

= C+T, yang disebut aturan Charrgaff.

e. DNA yang diekstraksi dari s pesies-spesies dengan hubungan

kekerabatan yang dekat mempuny ai komposisi basa yang hampir

sama.

DNA memiliki struktur heliks ganda, dengan ciri-ciri:

a. Dua rantai polinukleotida berjalan dengan arah yang berlawanan berputar mengelilingi satu sumbu sehingga membentuk heliks ganda berputar ke kanan.

b. Basa purin dan pirimidin terdapat pada sisi dalam heliks, sedangkan satuan fosfat dan deoksiribosa berada di sisi luar.

c. Adenin (A) berpasangan dengan timin (T), dan guanin (G) berpasangan dengan sitosin (C). Pasangan A-T diikatkan oleh dua ikatan hidrogen dan pasangan basa G-C oleh tiga ikatan hidrogen. Heliks ganda juga distabilkan melalui interaksi antara basa-basa yang tersusun pada untai yang sama.

Gambar 7. pasangan basa DNA

Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick mengemukakan model tiga dimensi struktur DNA. Struktur ini terdiri dari dua rantai DNA heliks yang berputar mengelilingi sumbu yang sama untuk membentuk heliks ganda yang berarah ke kanan. Pada heliks ini kedua rantai atau untai ini bersifat antiparalel, yaitu jembatan fosfodiester antar nukleotidanya terletak pada arah yang berlawanan. Model yang sebagai heliks B-DNA ini menunjukkan bahwa DNA memperlihatkan lebih banyak variasi dan ragam struktural. Suatu rantai DNA dapat berputar kurang-lebih enam ikatan dalam setiap monomer ikatan glikosidik antara basa dan gula, ikatan C4 C5 pada gula, dan empat ikatan pada jembatan fosfodiester yang menghubungkan C3 satu gula dan C5 gula berikutnya sedangkan rantai polipeptida hanya dapat berputar pada dua ikatan.

Keseluruhan DNA sangat menyerupai heliks ganda, namun ditemukan juga penyimpangan-penyimpangan lokal yang cukup besar dari struktur rata-rata. Penyimpangan dari struktur ini disebut putaran baling-baling (propeller twisting), meningkatkan penumpukan basa sepanjang untaian DNA.

Tulang punggung hidrofiliknya, yang terdiri dari deoksiribosa dan gugus fosfat yang bermuatan negatif, berada di sebelah luar heliks ganda, menghadap ke air di sekelilingnya. Basa purin dan pirimidin hidrofobik kedua untai disusun di dalam heliks ganda, sehingga molekul basa yang hampir-hampir datar terletak amat berdekatan dan tegak lurus terhadap sumbu panjang heliks ini. Ruang di antara kedua untai ini membentuk lekuk besar dan lekuk kecil di antar kedua untai. Basa salah satu untai berpasangan pada bidang yang sama dengan basa untai lain. Hanya pasangan basa tertentu saja yang dapat dengan tepat mengisi struktur ini.

Gambar 8. Model DNA

DNA heliks ganda (dupleks) dipertahankan strukturnya oleh dua gaya (1) ikatan hidrogen di antara pasangan bsa komplementer, dan (2) interaksi hidrofobik, yang menyebabkan basa-basa yang bersusun ini sebagian besar tersembunyi di dalam heliks ganda, terlindung dari air, dengan kerangka polar terletak pada permukaan luar, bersinggungan dengan air. Semua gugus fosfat pada kerangka polar heliks ganda diionisasi dan bermuatan negatif pada pH 7, jadi DNA bersifat sangat asam.3. Struktur tersier

Kebanyakan DNA virus dan DNA m itokondria merupakan molekul

lingkar. Konformas i ini terjadi karena kedua unt ai polinukleotida membentuk

struktur tertutup yang tidak b erujung. Molekul DNA lingkar t ertutup yang

diisolasi dari bakteri, virus dan mitokondria seringkali berbentuk superkoil, selain

itu DNA dapat berbentuk moleku l linier dengan ujung-ujung rantai yang bebas.

1.3 STRUKTUR RNA

Molekul RNA mempunyai bentuk yang berbeda dengan RNA. RNA memiliki bentuk pita unggul dan tidak berpilin. Tiap pita RNA merupakan polinukleotida yang tersusun atas banyak ribonukleotida. Tiap ribonukleotida tersusun atas gula ribosa, basa nitrogen, dan asam fosfat. Basa nitrogen RNA juga dibedakan menjadi basa purin (Adenin dan Guanin) dan basa pirimidin (Sitosin dan Urasil).

Tulang punggung RNA tersusun atas deretan ribosa dan fosfat. Ribonukleotida RNA terdapat secara bebas dalam nukleoplasma dalam bentuk nukleosida trifosfat seperti adenosin trifosfat (ATP), guanosin trifosfat (GTP), sistidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP). RNA disintesis oleh DNA di dalam inti sel dengan menggunakan DNA sebagai cetakannya.

Asam ribonukleat terdiri dari benang-benang panjang ribonukleotida. Walaupun molekul ini jauh lebih pendek dari DNA, RNA ditemukan dalam jumlah yang jauh lebih banyak di dalam kebanyakan sel. Pada sel prokariotik dan eukariotik, ketiga golongan utama RNA adalah RNA data (mRNA : messenger RNA). RNA Ribosom (rRNA), dan RNA pemindah (tRNA: transfer RNA).

Masing-masing terdiri dari satu untai ribonukleotida dan masing-masing mempunyai molekul urutan nukelotida dan fungsi biologis yang khas.

RNA data (mRNA) berfungsi sebagai cetakan yang digunakan oleh ribosom untuk melangsungkan proses translasi inforamasi genetik menjadi urutan asam amino protein. Urutan nukelotida mRNA bersifat komplementer dengan pesan genetik yang terkandung di dalam potongan spesifik untai cetakan DNA.

RNA pemindah juga terdiri dari satu untai ribonukleotida, tetapi dalam konformasi yang bergitu berlipat-lipat. Molekul RNA ini memiliki 70-95 ribobukleotida, sejalan dengan berat molekulnya antara 23.000 dan 30.000. masing-masing dari ke-20 asam amino yang ditemukan pada protein mempunyai tRNA-nya masing-masing yang akan mengikat asam amino tersebut dan membawanya ke ribosom dan berperan untuk menerjemahkan kata-kata sandi genetik pada mRNA ke dalam urutan asam amino pada protein. Setiap tRNA mengandung urutan trinukleotida spesifik yang dinamakan antikodon, yang bersifat komplementer dengan kodon, urutan trinukleotida mRNA yang menyandi satu asam amino tertentu.

RNA Ribosom (rRNA) merupakan komponen utama ribosom dan menyusun sampai 65 persen berat ribosom. Terdapat tiga jenis rRNA pada ribosom prokariotik, sedangkan ribosom eukariotik mengandung empat jenis. RNA ribosom memegang peranan penting dalam struktur dan fungsi biosintetik ribosom.

Gambar 6. Struktur RNA

RNA dapat dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu RNA genetik dan RNA non-genetik.

1. RNA genetik

RNA genetik memiliki fungsi yang sama dengan DNA, yaitu sebagai pembawa keterangan genetik. RNA genetik hanya ditemukan pada makhluk hidup tertentu yang tidak memiliki DNA, misalnya virus. Dalam hal ini fungsi RNA menjadi sama dengan DNA, baik sebagai materi genetik maupun dalam mengatur aktivitas sel.

2. RNA non-genetik

RNA non-genetik tidak berperan sebagai pembawa keterangan genetik sehingga RNA jenis ini hanya dimiliki oleh makhluk hidup yang juga memiliki DNA. Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA non-genetik dibedakan menjadi mRNA, tRNA, dan rRNA.

1) mRNA (messenger RNA) atau ARNd (ARN duta)

mRNA merupakan RNA yang urutan basanya komplementer (berpasangan) dengan salah satu urutan basa rantai DNA. RNA jenis ini merupakan polinukleotida berbentuk pita tunggal linier dan disintesis oleh DNA di dalam nukleus. Panjang pendeknya mRNA berhubungan dengan panjang pendeknya rantai polipeptida yang akan disusun. Urutan asam amino yang menyusun rantai polipeptida itu sesuai dengan urutan kodon yang terdapat di dalam molekul mRNA yang bersangkutan. mRNA bertindak sebagai pola cetakan pembentuk polipeptida. Adapun fungsi utama mRNA adalah membawa kode-kode genetik dari DNA di inti sel menuju ke ribosom di sitoplasma. mRNA ini dibentuk bila diperlukan dan jika tugasnya selesai, maka akan dihancurkan dalam plasma.

2) tRNA (transfer RNA) atau ARNt (ARN transfer)

RNA jenis ini dibentuk di dalam nukleus, tetapi menempatkan diri di dalam sitoplasma. tRNA merupakan RNA terpendek dan bertindak sebagai penerjemah kodon dari mRNA. Fungsi lain tRNA adalah mengikat asam-asam amino di dalam sitoplasma yang akan disusun menjadi protein dan mengangkutnya ke ribosom. Bagian tRNA yang berhubungan dengan kodon dinamakanantikodon.

3) rRNA (ribosomal RNA) atau ARNr (ARN ribosomal)

RNA ini disebut ribosomal RNA karena terdapat di ribosom meskipun dibuat di dalam nukleus. RNA ini berupa pita tunggal, tidak bercabang, dan fleksibel. Lebih dari 80% RNA merupakan rRNA. Fungsi dari RNA ribosom adalah sebagai mesin perakit dalam sintesis protein yang bergerak ke satu arah sepanjang mRNA. Di dalam ribosom, molekul rRNA ini mencapai 30-46%.

Dengan adanya penjelasan materi di atas, terdapat perbedaan antara DNA dan RNA. 1.4 PERBEDAAN RNA DAN DNA

DNA mengandung 2 macam basa pirimidin utama yaitu Sitosin (C) dan Timin dan dua basa purin yaitu Adenin (A) dan Guanin (G). RNA juga mengandung dua basa pirimidin utama yaitu Sitosin (C) dan Urasil (U), dan dua basa purin yaitu Adenin (A) dan Guanin (G). Perbedaan yang paling penting pada basa DNA dan RNA adalah bahwa timin merupakan pirimidin utama DNA, tetapi seringkali tidak dijumpai pada RNA, sebaliknya urasil merupakan pirimidin utama pada RNA, tetapi jarang terdapat pada DNA. Basa purin dan pirimidin adalah molekul yang hampir-hampir pipih, yang relatif tidak larut dalam air.

Ada dua macam gula pentosa yang ditemukan pada asam nukleat. Unit deoksiribonukleotida yang terdapat pada DNA secara berulang mengandung 2-deoksi-D-ribosa dan unit ribonukleotida RNA mengandung D-ribosa.

Gambar 9. Perbedaan struktur gula pentosa DNA dan RNADNA (Deoxyribo Nukleat Acid)RNA (Ribo Nukleat Acid)

- LetakDalam inti sel, mitokondria, kloroplas, senriol.Dalam inti sel, sitoplasma dan ribosom.

- BentukPolinukleotida ganda yang terpilin panjangPolinukleotida tunggal dan pendekl

- GulaDeoxyribosaRibosa

- BasanyaGolongan purin : adenine dan guanine

Golongan pirimidin : cytosine dan timinGolongan purin : adenine dan guanine

Golongan pirimidin : cytosine dan urasil

- Fungsi- mengontrol sifat yang menurun

- sintesis protein

- sintesis RNA- sintesis protein

- KadarnyaTidak dipengaruhi sintesis protein.

Letak basa nitrogen dari kedua pita ADN saling berhadapan dengan pasangan yang tetap yaitu Adenin selalu berpasangan dengan Timin, Cytosin dengan Guanin. Kedua pita itu diikatkan oleh ikatan hidrogen.Dipengaruhi sintesis protein.

Macam ARN :

ARN duta

ARN ribosom

ARN transfer

1.5 Kode GenetikKodon (kode genetik) adalah urutan nukleotida yangterdiri atas 3 nukleotida yang berurutan (sehingga sering disebut sebagai triplet codon, yang menjadi suatu kodon asam amino tertentu, misalnya urutan ATG (AUG pada mRNA) mengkode asam amino metionin, Kodon inisiasi translasi merupakan kodon untuk asam amino metionin yang mengawali struktur suatu polipeptida (protein). Pada prokaryot, asam amino awal tidak berupa metionin tetapi formil metionin (fMet). Semenjak tahun 1960an semakin nyata bahwa ada paling sedikit tiga residu nukleotida DNA diperlukan untuk mengkode untuk masing-masing asam amino. Empat huruf kode DNA (A, T, G, dan C) dalam grup dua huruf menghasilkan 42 =16 kombinasi yang berbeda, tidak cukup untuk mengkode 20 asam amino. Empat basa tiga huruf menghasilkan 43 =64 kombinasi yang berbeda. Genetik eksperimen awal membuktikan bahwa tidak hanya kode genetik atau kodon untuk asam amino berupa susunan tiga huruf (triplet) dari nukleotida tetapi juga bahwa kodon tidak tumpang-tindih dan tidak ada jeda antara kodon residu asam amino yang berurutan (Gb. 26-3, 26-4). Susunan asam amino protein kemudian digambarkan oleh suatu susunan yang linier dari kodon triplet yang berdekatan. Kodon yang pertama pada susunan metapkan suatu kerangka pembacaan(reading frame), di mana kodon yang baru memulai pada setiap tiga residu nukleotida. Pada skema ini, ada tiga kerangka pembacaan yang mungkin untuk setiap urutan DNA yang diberi, dan masing-masing secara umum akan memberi suatu urutan berbeda terhadap kodon.

Pada tahun 1961 Marshall Nirenberg dan Heinrich Matthaei mengumumkan hasil observasi yang mengusulkan terobosan pertama. Mereka menginkubasi polyribonucleotide polyuridylate sintetis (poly(U) yang didesign) dengan ekstrasi E. coli, GTP, dan campuran 20 asam amino dalam 20 tabung berbeda. Pada masing-masing tabung suatu asam amino yang berbeda diberi label secara radioaktif. Poly(U) dapat dikatakan sebagai mRNA tiruan yang berisi triplet UUU berurutan, dan triplet ini harus mempromosikan sintesis polipeptida hanya dari salah satu 20 asam amino yang berbeda yang dilabel dengan triplet UUU. Suatu polipeptida radioaktif dibentuk di dalam salah satu dari 20 tabung, yang berisi fenilalanin radioaktif. Nirenberg dan Matthaei menyimpulkan bahwa triplet UUUcocok untuk fenilalanin. Pendekatan yang sama mengungkapkan bahwa polyribonucleotide polycytidylate atau poly(C) sintetis mengkode formasi. Polipeptida yang hanya berisi prolina (polyproline), dan ilyadenylate atau poly(A) mengkode polylysine. Dengan demikian triplet CCC mengkode daftar prolina dan triplet AAA untuk lisina.Polinukleotida sintetik yang digunakan dalam eksperimen dibuat sedemikian dengan

aksi fosforilase polinukleotida, menganalisis formasi polimer RNA dari ADP, UDP, CDP dan GDP. Enzim ini tidak memerlukan template polimer dan membuat polimer dengan sebuah komposisi basa bahwa secara langsung mencerminkan konsentrasi yang relatif dari precursor nukleotida 5'-diphosphate di dalam medium. Jika fosforilase polynukleotida diperkenalkan dengan UDP, hal ini hanya poly(U). Jika diperkenalkan dengan suatu campuran dari lima bagian ADP dan satu CDP, akan membuat polimer di mana 5/6 residu adalah adenylate dan 1/6 sytidylate. Polimer acak seperti itu mungkin memiliki banyak triplet urutan AAA, sedikit triplet AAC, ACA, dan CAA, beberapa triplet ACC, CCA, dan CAC, dan sangat sedikit; triplet CCC. Dengan penggunaan mRNA tiruan yang berbeda yang dibuat dari fosforilase polinukleotida dari campuran permulaan ADP, GDP, UDP, dan CDP yang berbeda, komposisi basa triplet yang mengkode hampir semua asam amino diidentifikasi segera. Bagaimanapun, eksperimen-eksperimen ini tidak bisa mengungkapkan urutan basa pada setiap kode triplet.

Pada tahun 1964 Nirenberg dan Philip Leder menemukan pemecahan yang memberikan suatu jawaban. Mereka menemukan bahwa ribosom E.coli yang sudah terisolasi akan mengikat aminoasil-tRNA yang khas jika tidak ada GTP, apabila pada waktu yang sama terdapat pembawa pesan polinukleotida buatan yang bersangkutan. Sebagai contoh, ribosom yang diinkubasi dengan poli U dan fenilalanin-tRNAfe akan berikatan dengan keduanya, tetapi jika ribosom diinkubasikan dengan poli U dan beberapa aminoasil-tRNA yang lain, maka senyawa aminoasil-tRNA tersebut tidak akan diikat karena antikodonnya tidak mengenali triplet UUU di dalam poli U. Polinukleotida terpendek yang dapat menimbulkan ikatan spesifik fenilalanin-tRNAfe adalah trinukleotida UUU. Dengan menggunakan trinukleotida sederhana yang urutannya telah diketahui, maka hal ini telah membuka kemungkinan untuk menentukan urutan basa-basa dalam kode-kode terutama ikatan antara tRNA dengan asil asam amino yang berbeda. Dengan cara ini dan beberapa pendekatan yang lain, urutan basa-basa pada semua kata-kata kode triplet untuk semua asam amino segera dapat ditentukan. Kata-kata kode ini telah dites dengan beberapa cara yang berbeda.

Gambar 12 . Kamus kata sandi asam amino yang tetap pada RNA

Ada beberapa aspek yang perlu diketahui mengenai kode genetik, yaitu kode genetik bersifat tidak saling tumpang-tindih (non-overlappind kecuali pada kasus tertentu, misalnya pada bakteriofag, tidak ada sela (gap) di antara kodon satu dengan kodon yang lain, tidak ada koma di antara kodon, kodon bersifat degenerotea, buktinya ada beberapa asam amino yang mempunyai lebih dari satu kodon, secara umum, kodon bersifat hampir universal karena pada beberapa organel jasad tinggi ada beberapa kodon yang berbeda dari kodon yang digunakan pada sitoplasm, dalam proses translasi, setiap kodon berpasangan dengan antikodon yang sesuai yang terdapat pada molekul tRNA, sebagai contoh, kodon metionin (AUG) mempunyai komplemennya dalam bentuk antikodon UAC yang terdapat pada tRNAMet, pada waktu tRNA yang membawa asam amino diikat ke dalam sisi A pada ribosom, maka bagian antikodonnya berpasangan dengan kodon yang sesuai yang ada pada sisi A tersebut. Oleh karena itu, suatu kodon akan menentukan asam amino yang disambungkan ke dalam polipeptida yang sedang disintesis di dalam ribosom Sifat sandi genetik :

Pertama-tama, kita harus memperhatikan bahwa tidak ada tanda baca atau isyarat yang diperlukan untuk menunjukkan akhir dari suatu kodon berikutnya. Oleh karena itu, kerangka pembacaan harus diatur dengan cermat pada awal pembacaan suatu molekul mRNA dan kemudian bergerak secara berututan dari triplet ke triplet yang lain. Apabila satu atau dua tanda baca pada kerangka pembacaan awal hilang, atau ribosom secara tidak sengaja melewati satu nukleotida pada mRNA, semua kodon berikutnya akan keluar dari daftar dan akan menyebabkan pembentukan protein yang salah makna dengan urutan asam amino yang kacau.

Kedua, kita perhatikan bahwa 3 dari 64 kemungkinan triplet nukleotida (UAG, UAA, UGA) tidak menyandi asam amino apapun, ketiganya adalah kodon-kodon yang tidak bermakna (nonsense), yang secara norma menandai berakhirnya rantai polinukleotida. Kodon AUG tidak hanya merupakan kodon awal baik pada prokariotik maupun eukariotik, tetapi juga menyandi residu metionin pada posisi internal polipeptida.

Hal utama yang ketiga adalah bahwa jika kata-kata sandi asam amino sama pada semua spesies yang telah diuji, maka secara luas telah diterima bahwa sandi genetik adalah universal. Mungkin gambaran yang paling mencolok tentang sandi genetika adalah bahwa sandi-sandi tersebut mengalami degenerasi, yaitu istilah matematika yang menunjukkan bahwa asam amino tertentu mungkin mempunyai lebih dari satu kodon. Degenerasi tersebut sebaiknya tidak diartikan sebagai ketidaksempurnaan, karena tidak ada kodon yang menetukan lebih dari satu asam amino. Kemunduran kodon bersifat tidak seragam. Dengan demikian leusin dan serin mempunyai 6 kodon, glisin dan alananin mempunya 4, dan asam gluamat, tirosin, dan histidin mempunyai 6 kodon.

Pada kebanyakan kasus di mana asam amino mempunyai kodon majemuk, perbedaan antara kodon-kodon tersebut terletak pada basa ketiga, yaitu pada ujung 3. Sebagai contoh alanin diberi sandi triplet GCU, GCC, GCA, dan GCG. Dengan demikian, 2 basa pertama GC bersifat umum bagi semua sandi alanin. Dalam kenyataannya kodon hampir semua asam amino terdiri dari triplet yang dapat disimbolkan dengan XYAG atau XYUC. Telah dibuktikan bahwa 2 huruf pertama masing-masing kodon merupakan faktor penentu utama sandi asam aminonya, sedangkan huruf ketiga yaitu nukelotida pada ujung kodon 3 bersifat kurang khas. 1.6 Interaksi antara Asam Nukleat dengan protein

Transkripsi

Transkripsi merupakan pembentukan/sintesis mRNA dari fragmen salah satu rantai DNA, sehingga terjadi proses pemindahan informasi genetik dari DNA ke mRNA. Transkripsi adalah bagian dari rangkaian ekspresi genetik (proses penerjemahan informasi genetik dalam bentuk urutan basa menjadi protein). Pengertian asli transkripsi adalah alih aksara atau penyalinan. Di sini, yang dimaksud adalah mengubah teks DNA menjadi RNA. Sebenarnya, yang berubah hanyalah basa nitrogen timin di DNA yang pada RNA digantikan oleh urasil.

DNA berperan sebagai materi genetik; artinya DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme. DNA melakukan transkripsi agar gen asli tetap terlindung di dalam inti sel, sementara hasil kopinya ditugaskan untuk melaksanakan pesan-pesan yang dikandungnya dalam proses sintesis protein. Jika RNA rusak, maka akan segera diganti dengan hasil kopian yang baru.

Proses transkripsi ini terjadi di dalam inti sel (nukleus). DNA tetap berada di dalam nukleus, sedangkan hasil transkripsinya dikeluarkan dari nukleus menuju sitoplasma dan melekat pada ribosom. Namun pada sel tumbuhan, transkripsi terjadi di dalam matriks pada mitokondria dan plastida.

Pada proses transkripsi, rantai DNA digunakan untuk mencetak rantai tunggal mRNA dengan bantuan enzim RNA polimerase. Enzim tersebut menempel pada bagian yang disebut promoter, yang terletak sebelum gen. Pertama-tama, ikatan hidrogen di bagian DNA yang akan disalin terbuka. Akibatnya, dua rantai DNA berpisah. Salah satu DNA berfungsi sebagai pencetak atau sense, yang lain sebagai antisense. Misalnya pencetak memiliki urutan basa G-A-G-A-C-T, dan pasangan komplemen memiliki urutan C-T-C-T-G-A. Karena pencetaknya G-A-G-A-C-T, maka mRNA hasil cetakannya C-U-C-U-G-A. Jadi, mRNA C-U-C-U-G-A merupakan hasil kopian dari DNA C-T-C-T-G-A, dan merupakan komplemen dari pencetak.

1. Inisiasi (permulaan)Daerah DNA di mana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter. Suatu promoter menentukan di mana transkripsi dimulai, juga menentukan yang mana dari kedua rantai heliks DNA yang digunakan sebagai cetakan.2. Elongasi (pemanjangan)Saat RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA membuka rantai heliks ganda DNA dengan bantuan enzim polimerase, sehingga terbentuklah molekul RNA yang akan lepas dari cetakan DNA-nya.3. Terminasi (pengakhiran)

Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator yang ditranskripsi merupakan suatu urutan RNA yang berfungsi sebagai kodon terminasi (kode stop) yang sesungguhnya. Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir kodon terminasi, yaitu ketika polimerase mencapai titik terminasi sambil melepas RNA dan DNA. Sebaliknya, pada sel eukariotik polimerase terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam mRNA. Pada titik yang jauh kira-kira 10 hingga 35 nukleotida, mRNA ini dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut.Sejumlah ATP diperlukan untuk membuat RNA polimerase mulai bergerak dari ujung 3 (ujung karboksil) berkas templat ke arah ujung 5 (ujung amino). RNA yang terbentuk dengan demikian berarah 5 3. Pergerakan RNA polimerase akan berhenti apabila ia menemui urutan basa yang sesuai dengan kodon berhenti. Setelah proses selesai, RNA polimerase akan lepas dari DNA.Translasi

Translasi adalah proses penerjemahan urutannukleotida atau kodon yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatupolipeptida atauprotein. Transkripsi dan translasi merupakan dua proses utama yang menghubungkan gen ke protein. Translasi hanya terjadi pada molekul mRNA, sedangkanrRNA dantRNA tidak ditranslasi. Molekul mRNA yang merupakan salinan urutanDNA menyusun suatu gen dalam bentuk kerangka baca terbuka. mRNA membawa informasi urutan asam amino.Proses translasi berupa penerjemahankodon atau urutannukleotida yang terdiri atas tiga nukleotida berurutan yang menyandi suatuasam amino tertentu. Kodon pada mRNA akan berpasangan denganantikodon yang ada pada tRNA. Setiap tRNA mempunyai antikodon yang spesifik. Tiga nukleotida di anti kodon tRNA saling berpasangan dengan tiga nukleotida dalam kodon mRNA menyandi asam amino tertentu.Translasi menjadi tiga tahap (sama seperti pada transkripsi) yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Semua tahapan ini memerlukan faktor-faktor protein yang membantu mRNA, tRNA, dan ribosom selama proses translasi. Inisiasi dan elongasi rantai polipeptida juga membutuhkan sejumlah energi. Energi ini disediakan oleh GTP (guanosin triphosphat), suatu molekul yang mirip dengan ATP.1. Inisiasi

Tahap inisiasi terjadi karena adanya tiga komponen yaitu mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom.Tahap inisiasi dari translasi terjadi dengan adanya mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom. Dalam kompleks inisisasi, ribosom membaca kodon pada mRNA. Pembacaan dilakukan untuk setiap 3 urutan basa hingga selesai seluruhnya. Sebagai catatan ribosom yang datang untuk membaca kodon biasanya tidak hanya satu, melainkan beberapa ribosom yang dikenal sebagai polisom membentuk rangkaian mirip tusuk sate, di mana tusuknya adalah mRNA dan daging adalah ribosomnya. Dengan demikian, proses pembacaan kodon dapat berlangsung secara berurutan. Ketika kodon I terbaca ribosom (misal kodonnya AUG), tRNA yang membawa antikodon UAC dan asam amino metionin datang. tRNA masuk ke celah ribosom.Ribosom di sini berfungsi untuk memudahkan perlekatan yang spesifik antara antikodon tRNA dengan kodon mRNA selama sintesis protein. Sub unit ribosom dibangun oleh protein-protein dan molekul-molekul RNA ribosomal.2. ElongasiPada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino ditambahkan satu per satu diawali dari asam amino pertama (metionin). Ribosom akan terus bergerak dan membaca kodon-kodon di sepanjang mRNA. Masing-masing kodon akan diterjemahkan oleh tRNA yang membawa asam amino yang dikode oleh pasangan komplemen antikodon tRNA tersebut. Di dalam ribosom, metionin yang pertama kali masuk dirangkaikan dengan asam amino yang di sampingnya membentuk dipeptida.Ribosom terus bergeser, membaca kodon berikutnya. Asam amino berikutnya dirangkaikan dengan dipeptida yang telah terbentuk sehingga membentuk tripeptida. Demikian seterusnya proses pembacaan kode genetika itu berlangsung di dalam ribobom, yang diterjemahkan ke dalam bentuk asam amino guna dirangkai menjadi polipeptida.Kodon mRNA pada ribosom membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon molekul tRNA yang baru masuk yang membawa asam amino yang tepat. Molekul mRNA yang telah melepaskan asam amino akan kembali ke sitoplasma untuk mengulangi kembali pengangkutan asam amino. Molekul rRNA dari sub unit ribosom besar berfungsi sebagai enzim, yaitu mengkatalisis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba.3. TerminasiTahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga ribosom mencapai kodon stop. Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan translasi. Polipeptida yang dibentuk kemudian diproses menjadi protein.