ASAM NUKLEAT
A. Pengertian
Asam
nukleat adalah makromolekul pertama yang berhasil diisolasi dari dalam inti
sel.Asam nukleat berbentuk rantai linier yang merupakan gabungan monomer
nukleotida sebagai unit pembangunnya. Molekul ini menyimpan informasi
pertumbuhan sel dan reproduksi.
Asam
nukleat merupakan salah satu makromolekul yang memegang peranan sangat penting
dalam kehidupan organisme karena di dalamnya tersimpan informasi genetik. Asam
nukleat sering dinamakan juga polinukleotida karena tersusun dari
sejumlah molekul nukleotida sebagai monomernya.
B. Struktur
Molekul
Monomer
nukleotida sebagai struktur primer asam nukleat diperoleh dari hasil hidrolisis
asam nukleat. Proses hidrolisis lebih lanjut dari monomer nukleotida akan
dihasilkan asam fosfat dan nukleosida. Proses hidrolisis ini dilakukan dalam
suasana basa. Jika hidrolisis dilanjutkan kembali terhadap senyawa nukleosida
dalam larutan asam berair akan dihasilkan molekul gula dan basa nitrogen dengan
bentuk heterosiklik. Sehingga komposisi molekul penyusun asam nukleat diketahui
dengan jelas, seperti yang ditunjukkan gambar 14.54 hingga bagan pada Gambar
14.57.
Gambar 14.54. Molekul sederhana asam
nukleat
Gambar 14.57. Skema hidrolisis Asam
nukleat
Dari Gambar 14.54 tampak bahwa
struktur utama asam nukleat adalah molekul gula yang mengandung asam posfat dan
basa Nitrogen yang dihubungkan dengan ikatan posfodiester membentuk rantai
panjang. Monomer nukleotida dapat dilihat pada Gambar 14.55 dan 14.56.
Gambar 14.55. Molekul Nukleotida
Gambar 14.56. Molekul Nukleosida
Senyawa gula penyusun nukleotida
merupakan gula dengan atom Karbon 5 (lima) yaitu 2-deoksi-D-ribosa dan
D-ribosa, lihat Bagan dibawah ini.
Bagan 14.58. Molekul penyusun Asam
nukleat
Basa nukleosida yang ditemukan pada
asam nukleat adalah adenin (dilambangkan A), sitosin (C, dari cytosine),
guanin (G), timin (T) dan urasil (U), lihat Bagan 14.58.
Asam nukleat dalam sel terdiri dari
DNA (DeoxyriboNucleic Acid) dan RNA (RiboNucleic Acid). Kedua
jenis asam nukleat ini memiliki perbedaan basa purin yang merupakan molekul
penyusunnya. Untuk RNA disusun oleh gula D-ribosa dan basa urasil. Sedangkan
untuk DNA disusun oleh gula 2-deoksi-D-ribosa yaitu gula D-ribosa yang
kehilangan gugus OH pada atom C nomor 2 dan basa timin.
C. Kemurnian
asam nukleat
Tingkat
kemurnian asam nukleat dapat diestimasi melalui penentuan nisbah A260
terhadap A280. Molekul dsDNA murni mempunyai nisbah
A260 /A280 sebesar 1,8. Sementara
itu, RNA murni mempunyai nisbah A260 /A280
sekitar 2,0. Protein, dengan λmaks = 280 nm, tentu saja
mempunyai nisbah A260 /A280 kurang
dari 1,0. Oleh karena itu, suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai A260
/A280 lebih dari 1,8 dikatakan terkontaminasi oleh RNA.
Sebaliknya, suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai A260 /A280
kurang dari 1,8 dikatakan terkontaminasi oleh protein.
D. Denaturasi termal dan renaturasi
Di
atas telah disinggung bahwa beberapa senyawa kimia tertentu dapat menyebabkan
terjadinya denaturasi asam nukleat. Ternyata, panas juga dapat menyebabkan
denaturasi asam nukleat. Proses denaturasi ini dapat diikuti melalui pengamatan
nilai absorbansi yang meningkat karena molekul rantai ganda (pada dsDNA dan
sebagian daerah pada RNA) akan berubah menjadi molekul rantai tunggal.
Denaturasi
termal pada DNA dan RNA ternyata sangat berbeda. Pada RNA denaturasi
berlangsung perlahan dan bersifat acak karena bagian rantai ganda yang pendek
akan terdenaturasi lebih dahulu daripada bagian rantai ganda yang panjang.
Tidaklah demikian halnya pada DNA. Denaturasi terjadi sangat cepat dan bersifat
koperatif karena denaturasi pada kedua ujung molekul dan pada daerah kaya AT
akan mendestabilisasi daerah-daerah di sekitarnya.
Suhu
ketika molekul asam nukleat mulai mengalami denaturasi dinamakan titik leleh
atau melting temperature (Tm). Nilai Tm
merupakan fungsi kandungan GC sampel DNA, dan berkisar dari 80 ºC hingga 100ºC
untuk molekul-molekul DNA yang panjang.
DNA
yang mengalami denaturasi termal dapat dipulihkan (direnaturasi) dengan cara
didinginkan. Laju pendinginan berpengaruh terhadap hasil renaturasi yang
diperoleh. Pendinginan yang berlangsung cepat hanya memungkinkan renaturasi
pada beberapa bagian/daerah tertentu. Sebaliknya, pendinginan yang dilakukan
perlahan-lahan dapat mengembalikan seluruh molekul DNA ke bentuk rantai ganda
seperti semula. Renaturasi yang terjadi antara daerah komplementer dari dua
rantai asam nukleat yang berbeda dinamakan hibridisasi.
E. Superkoiling DNA
Banyak
molekul dsDNA berada dalam bentuk sirkuler tertutup atau closed-circular
(CC), misalnya DNA plasmid dan kromosom bakteri serta DNA berbagai virus.
Artinya, kedua rantai membentuk lingkaran dan satu sama lain dihubungkan sesuai
dengan banyaknya putaran heliks (Lk) di dalam molekul DNA
tersebut.
Sejumlah
sifat muncul dari kondisi sirkuler DNA. Cara yang baik untuk membayangkannya
adalah menganggap struktur tangga berpilin DNA seperti gelang karet dengan
suatu garis yang ditarik di sepanjang gelang tersebut. Jika kita membayangkan
suatu pilinan pada gelang, maka deformasi yang terbentuk akan terkunci ke dalam
sistem pilinan tersebut. Deformasi inilah yang disebut sebagai superkoiling.
F. Fungsi
asam nukleat
Asam nukleat adalah
senyawa-senyawa polimer
yang menyimpan semua informasi genetika, yaitu seperangkat “ cetak biru “ tentang
karakteristik actual dan potensial yang diterima oleh suatu
organisme dari generasi sebelumnya, untuk kemudian diwariskan ke
generasi berikutnya.
DNA merupakan molekul raksasa yang tardapat didalam nukleus (
inti sel ), dengan massa molekul relatif (Mr) berkisar dari 6 juta sampai 16 juta. Setiap bagian fungsional DNA
dikenal sebagai gen. Ribuan gen dari suatu organisme mengandung sandi genetic untuk urutan protein. Artinya, ia mengandung suatu informasi untuk sederetan rantai
amino protein. Setiap asam amino dituliskan didalam urutan DNA yang
sesuai dengan bantuan kodon yang terdiri atas tiga pasangan basa yang
berurutan. Sebagai contoh adalah kodon untuk asam amino Fenilalanin (Phe) yaitu
TTC. Molekul DNA terdiri dari dua rantai
polimer yang melengkung heliks ganda. Heliks ganda tersebut
dikukuhkan oleh ikatan hydrogen antara lain timin dari
rantai yang satu dengan adenine dari rantai
yang lain. Dan antara sitosin dari
rantai yang satu dengan guanin dari rantai lainnya.
Untuk ekspresi suatu gen, artinya sintasis dari protein-protein yang sesuai, informasi urutan DNA perlu diubah
menjadi suatu urutan protein. Karena DNA sendiri tidak ikut ambil begian pada sintesis protein. Maka informasi perlu dipindahkan dari inti sel sempai ketempat dimana protein
disintesis yaitu di ribosom. Untuk itu pertama melalui proses penyalinan (
transkripsi ).
RNA merupakan
polimer
yang mempunyai massa molekul
lebih kecil yaitu dari 20 ribu
sampai 40 ribu. Bagian
yang relevandari gen, disalin menjadi suatu RNA caraka
(messenger RNA, mRNA). Urutan mRNA yang berbentuk
sejodoh dengan
rantai
DNA yang mengandung sandi gen yang sesuai. Karena RNA mengandung
urasil sebagai
pengganti ti-min,
maka dari triplet DNA AAG misalnya akan terbentuk
kodon mRNA UUC.
Baik
DNA maupun RNA merupakan
polimer atas unit-unit
nukleotida. Suatu unit nukleutida
terdiri atas tiga bagian: gula pentosa, basa organic ( senyawa heterosiklik
yang mengandung
nitrogen ), dan asam fosfat. Pentosa yang dikandung RNA adalah ribosa,
sedangkan pentosa pada DNA
adalah deoksiribosa,
yang kekurangan
suatu satu atim oksigen
dari ribose. DNA dan RNA dapat dibedakan dari jenis
gulanya, yaitu :
A. Basa
Basa asam nukleat adalah suatu
heterosiklik aromatik yang berasal dari pirimidin atau purin. Lima dari
basa-basa ini bersama-sama merupakan komponen utama dari asam nekleat dari
selarah jaringan hidup. Basa purin adenine ( Ade ) dan guanin (Gua) seperti
juga basa pirimidin sitosin (Cyt) di jumpai dalam RNA dan DNA. Sebaliknya
urasil (Ura) hanya terdapat dalam RNA. Dalam DNA, urasil digantikan oleh timin
(Thy), yaitu derivate 5-metil dari urasil. Sejumlah besar dari basa-basa
lainnya yang dimodifikasi dijumpai pada tRNA dan pada jenis RNA lainnya.
B. Nukleosida
dan nukleotida
Monomer asam nukleat
disebut nukleotida. Bila suatu basa dari asam nukleat
dihubungkan dengan ribosa
atau 2-deoksiribosa maka akan diperoleh suatu nukleosida. Nukleosida adalah nukeotida
tampa gugus fosfat.
Adapun basa organic yang terdapat pada
RNA ada empat macam yaitu:
§ Adenin
(6-Aminopurin) atau A
§ Guanin
(6-oksi-2-aminopurin) atau G
§ Sitosin
(2-oksi-6-aminopurin) atau C
§ Urasil
(2,6-dioksipirimidin) atau U
Pada DNA tidak mengandung urasil,
melainkan digantikan
dengan timin (2,6-duoksi-5-metilpirimidin). Didalam sel, gugus 5’-OH dari komponen
gula pada nukleosida
pada umumnya
teresterisasi dengan asam
fosfat. Dari adenosin
akan terbentuk adenosain 5’-OH monofosfat (AMP) dan dari dA yang sesuai dengannya dalam
dAMP.
Kalau rantai 5’-fosfat dihubungkan
dengan rantai fosfat lainnya melalui ikatan asam anhidrida, maka diperoleh
nukleosida difosfat dan trifosfat, misalnya ADP dan ATP. Kedua nuklesida ini
merupakan koenzim penting pada metabolisme energi.
C. Oligonukleotida,
polinukleotida
Rantai fosfat satu dengan yang
lainnya dapat membentuk anhidrida asam. Hal ini memungkinkan adanya hubungan
antara nukleotida satu dengan yang lainnya melalui rantai fosfat. Bila antai
fosfat dari suatu nukleotida bereaksi dengan gugus 3’-OH dari nukleotida
lainnya, maka terbentuk suatu dinukleotida dengan struktur asamfosfat dister.
Selanjutnya melalui hubungan dengan ikatan asam fosfat diester lainnya,
dinukleotida ini dapat diperpanjang dengan satu tambahan mononukleotida. Dengan
cara ini terbentuk oligonukleotida dan akhirnya polinukleotida.
Polinukleotida dengan komponen
ribonukleotida disebut
asam ribonukleat (RNA), dan yang terbentuk
dari monomer deoksiribonukleat disebut asam
deoksiribonukleat (DNA). Untuk menggambarkan struktur dari oligonukleat dan
polinukleat digunakan singkatan-singkatan dari komponen nukleosida yang
dituliskan dari kiri ke kanan dengan arah 5’- 3’. Kadang-kadang posisi rantai
fosfat ditunjukan dengan “p”. dengan demikin struktur dari RNA.
Pada nukleosida dan nukleotida, rantai
pentosa terdapat
dalam bentuk furanosa. Gula dan basa
dihubungkan melalui
suatu ikatan N-glikosidik antara C-1 gula dan N-9 cincin purin atau N-1 pirimidin.
Ikatan ini selalu
mempunyai konfigurasi. Jika basa organik berkaitan
dengan pentosa, terbentuklah suatu nukleosida,
dan jika nukleosida
berkaitan dengan dengan asam fosfat, terbentuklah suatu
nukleotida.
Nukleosida
pada RNA :
o Adenin
+ Ribosa = Adenosin
o Guanin
+ Ribosa = Guanosin
o Sitosin
+ Ribosa = Sitodin
o Urasil
+ Ribosa = Uridin
o Nukleosida
pada DNA
o Adenin
+ Deoksiribosa = Deoksiadenosin
o Guanin
+ Deoksiribosa = Deoksiguanosin
o Sitosin
+ Deoksiribosa = Deoksisitidin
o Timin
+ Deoksiribosa = Deoksitirimidin
Persis seperti
asam-asam amino yang berkondensasi
untuk membentuk
polimer protein
maka nukleotida-nukleotida juga berkondensasi untuk membentuk
polimer asam nukleat (DNA dan RNA). Gugus fosfat
dari suatu nukleotida berkaitan dangan bagian pentosa dari nukleotida
tetangganya sehingga terbentuklah rantai asam nukleat yang sangat panjang.
0 komentar:
Posting Komentar