ASAM NUKLEAT METABOLISME AS NUKLEAT AS. Woro Anindito Sri Tunjung LAB BIOKIMIA LAB. FAKULTAS BIOLOGI UGM
9/12/2012
1
` `
`
`
Merupakan bagian organisme hidup yg sangat penting Membawa informasi genetika yang akan diturunkan / ditransfer dr generasi ke g generasi. Ada 2 macam: ◦ Asam deoksiribonukleat : AND / DNA ◦ Asam ribon ribonukleat kleat : ARN / RNA
Asam nukleat mrpk polimer nukleotida yg dihubungkan dgn g g ikatan fosfodiester
9/12/2012
2
Nukleotida dan Asam Nukleat Nukleotida N kl tid merupakan k b ildi bl building blocks k / prekursor k / dari d i asam nukleat kl t (DNA dan RNA)
Nucleotide
RNA
DNA
9/12/2012
3
Struktur Nukleotida Nukleotida memiliki 3 komponen utama yakni: Gugus fosfat
Basa nitrogen (pirimidin atau purin)
Gula p pentosa 4 9/12/2012
4
1.. Basa p purin dan pirimidin p m
Perhatikan sistem penomoran dan struktur cincin umumnya 9/12/2012
5
Basa utama dalam asam nukleat • Basa tersebut disingkat dari huruf pertamannya (A G (A, G, C C, T T, U). U) • Purin (A, G) dimiliki oleh RNA dan DNA
• Pirimidin C terdapat pada RNA dan DNA, DNA tetapi • T hanya ada pada DNA, dan • U hanya ada pada RNA
9/12/2012
6
2.. Gula Ribosa • Ribosa (β-D-furanose) merupakan gula pentosa (memiliki cincin 5 atom karbon) • Dalam suatu nukleosida atau nukleotida digunakan istilah "prime“ ( ‘ ) (5’ atau 3’) untuk membedakan nomer atom C yang mengikat suatu gugus. 11
5 4
1 3
9/12/2012
2
7
Ikatan Ik t n basa b s pada p d pentosa p nt s terdapat t d p t pada p d karbon k b n 1’, dan fosfat pada karbon 5’
Sedangkan hidroksil d k b pada karbon 2’ dan 3’ 9/12/2012
8
`
`
`
Nukleotida mengikat basa nitrogennya pada atom C no. 1, dgn ikatan glikosida Gugus fosfat terikat pada gugus hidroksil atom C no. 5 Kedua kondisi diatas, menyebabkan nukleotida mempunyai sifat sifat: ◦ Gugus phosphat Æ bertindak sbg asam kuat (pKa= 1)) ◦ Gugus amina dr basa purin dan pirimidine, dpt di protonasi ◦ Nukleotida mampu menyerap sinar uv Æ dapat diukur konsentrasinya
9/12/2012
9
Ribosa vs. Deoksiribosa • Derivat penting dari ribosa adalah 2'deoksiribosa, yakni pada 2' OH diganti dengan H. • Deoksiribosa dimiliki DNA (deoxyribonucleic acid) • Ribosa dimiliki RNA (ribonucleic acid). • 2 2’-OH -OH yang diganti H memiliki pengaruh pada struktur jalin ganda heliks
DNA
RNA
Fig. 8-3 9/12/2012
10
3. Fosfat Nukleotida berbeda dengan nukleosida Æ karena nukleosida tdk mempunyai gugus fosfat f f t Sehingga gg kita sering g menuliskan nukleotida sebagai Æ Nukleosida monofosfat Nukleosida difosfat Nukleosida trifosfat Tergantung pada jumlah fosfat yg dimiliki
Nukleosida + satu atau lebih gugus f f il di fosforil disebut b t nukleotida. kl tid 9/12/2012
11
Jembatan fosfat / backbone” (“tulang g ) gula-fosfat g f f belakang”)
• T Tulang l punggung Polinukleotida P li kl id atau asam nukleat kl memiliki iliki residu fosfat dan pentosa. • Basa yang dimiliki analog dengan gugus rantai samping dari asam amino; yakni bervariasi tanpa mengubah struktur ikatan kovalen fosfodiester. • Urutan ditulis dari ujung 5' ke 3' : 5'-ATGCTAGC-3’
Berg Fig. 1.1
9/12/2012
12
Karena DNA merupakan rantai ganda dan atom‐atom karbon K DNA k t i d d t t k b mempunyai aturan diatas untuk mengikat basa nitrogen dan gugus fosfat maka satu rantai DNA terlihat berdiri tegak sedangkan rantai pasangannya justru terbalik. Maka pada notasi penulisan kode genetik DNA, ditulis 5’‐kode genetik‐3’, sedangkan untuk rantai pasangannya justru ditulis 3’‐kode sedangkan untuk rantai pasangannya justru ditulis 3 kode genetik‐5’. Pengaturan ini disebut konfigurasi antiparalel. 5’‐ TCTC‐3’ 5’ TCTC 3’ 3’‐ AGAG ‐5’ Adenine selalu berpasangan dengan thymine melalui 2 ikatan hidrogen sedangkan cytosine berpasangan dengan guanine melalui 3 ikatan hidrogen. melalui 3 ikatan hidrogen. 9/12/2012
13
9/12/2012
14
Interaksi ikatan hidrogen menggabungkan antara 2 basa DNA
Pasangan basa Watson-Crick 9/12/2012
15
Fig. 8-8 `
DNA yang kehilangan k hil 2’ OH b if stabil bil DNA, 2’-OH, bersifat pada kondisi pH basa 9/12/2012
16
9/12/2012
17
9/12/2012
19
Proses utama dlm metabolisme informasi: 1. Replikasi ÆDNA berperan sbg cetakan untuk sintesisnya sdr 2 T 2. Transkripsi k i i Æ Informasi I f i yang ada pada DNA menentukan RNA yang y g diproduksi 3. Translasi Æ RNA berperan sbg cetakan untuk sintesis suatu rantai polipeptida ttt
` Replikasi Replikasi dan transkripsi hanya menggunakan 4 dan transkripsi hanya menggunakan 4 nukleotida ` Translasi Æ Translasi Æ mengubah bahasa nukleotida yg terdiri mengubah bahasa nukleotida yg terdiri dari 4 nukleotida menjadi bahasa protein yang terdiri dari 20 huruf asam amino ` Persamaan replikasi, transkripsi dan translasi Æ membutuhkan cetakan Æ proses terdiri dari inisiasi, elongasi dan terminasi
Pembelahan sel dan Replikasi DNA • Pembelahan sel
• Sebelum sel membelah, sel harus membentuk dua sel structures, organelles and their genetic information
9/12/2012
22
Replikasi Secara konsep p sederhana Proses mekanismenya Æ komplek Kesederhanaannya Æ krn konsep dr Watson & Crick Transfer a s e informasi o as melibatkan e bat a pembukaan pe bu aa double doub e helix DNA yang diikuti secara bersamaan dengan pembentukan dua pita baru pasangan dari pita DNA yang lama
Mekanisme pengkopian DNA Æ Mekanisme pengkopian DNA Æ melibatkan pembukaan double helix Setiap rantai menjadi pola / templat untuk pita baru p p
Replikasi R lik i DNA tterjadi j di secara dua arah yang dimulai pada daerah tempat p dimulainya y replikasi (origin). Mekanisme ini dapat diamati pada bakteria (E. coli)
pp g DNA 1. “Unzipping” - Helicase unwinds the DNA (it makes it flat flat, so it’s it s not twisted anymore) - Hydrogen H d b bonds d b break k between the base pairs - “Replication Fork” = the place e e st strands a ds sta startt to sepa separate ate where
2 “Parent 2. Parent Strands Strands” act like a template (they act like a guide, so the matching bases know where to go) 3. DNA Polymerase (the “helper”) - puts ‘free’ bases on the parent strands - the bases form new strands of DNA 4. Finished! Now there are two identical pieces of DNA
* “polymer” polymer = a chain of many similar pieces (DNA is a polymer polymer. It is a chain of nucleotides nucleotides.)) `
DNA Polymerase –
- it creates a polymer of DNA - it proofreads the new DNA p `
DNA Helicase - it unwinds the double helix
Proses replikasi berjalan dengan dua mekanisme pemanjangan rantai: i leading l di dan lagging. Hal ini terjadi karena arah sintesis DNA dimulai dari ujung 5’ DNA baru atau t ujung j 3’ DNA template
Pada rantai lagging, sintesis fragmen Okazaki pada jalin DNA dari ujung 3’ ke 5’, sedang arah sintesis dari 5’ ke 3’. Beberapa jenis protein terlibat dalam proses replikasi al.: replikasi, al : topoisomerase, primase, helikase DNA.
`
`
Suatu p proses untuk membaca informasi yang disimpan dalam urutan nukleotida DNA ÆRNA Mekanisme dibagi menjadi 3 ◦ Inisiasi ◦ Elongasi ◦ Terminasi
•The part of the DNA molecule (the gene) that the cell wants the information from to make a protein unwinds to expose the bases. pair with one •Free mRNA nucleotides in the nucleus base p strand of the unwound DNA molecule.
•The mRNA copy is made with the help of RNA polymerase. This enzyme joins up the mRNA nucleotides to make a mRNA strand strand. •This mRNA strand is a complementary copy of the DNA (gene) •The mRNA molecule leaves the nucleus via a nuclear pore into the cytoplasm
Relationships of DNA to mRNA to Relationships of DNA to mRNA to polypeptide chain.
Translation Æ merupakan proses pembacaan kodon dan menggabungkan asam amino melalui ikatan peptida ` Komponen proses translasi 1 mRNA Æ tersusun atas kode genetik 1. `
2. Ribosome 3. tRNA bersama dengan asam amino 4. Enzymes
Tahap proses translasi • Inisiasi
• Elongasi • Terminasi Inisiasi
Aktivasi asam amino untuk bergabung membentuk protein
Activation A i i off amino i acids id for f incorporation into proteins.
Genetic code Æ 3 nucleotides - codon – mengkode g untuk 1 asam amino dlm suatu protein Codon Æ urutan 3 nukleotida dalam mRNA yang menspesifikasikan penggabungan suatu asam amino ttt mjd protein.
1. 2. 3. 4. 5. 6.
DNA unwinds
PROTEIN
SYNTHESIS
mRNA copy is made of one of the DNA strands.
mRNA copy moves out of nucleus into cytoplasm.
tRNA molecules are activated as their complementary amino acids are attached to them.
mRNA copy attaches to the small subunit of the ribosomes in cytoplasm 6 of the bases in the mRNA are exposed in the ribosome cytoplasm. ribosome. A tRNA bonds complementarily with the mRNA via its anticodon.
7. A second tRNA bonds with the next three bases of the mRNA, the amino acid d joins onto the h amino acid d off the h first f tRNA via a peptide d bond. Peptide bond formation Æ catalyzed by an enzyme complex called peptidyltransferase 8. The ribosome moves along. The first tRNA leaves the ribosome. 9. A third tRNA brings a third amino acid
y a stop p codon is reached on the mRNA. The newly y 10. Eventually synthesised polypeptide leaves the ribosome.
Translation - animation
Not all codons are used with equal frequency. There is a considerable amount of variation in the patterns of codon usage between different organisms. i
Beberapa kodon mempunyai fungsi khusus yakni sebagai kodon inisiasi AUG dan sebagai g kodon terminasi atau stop p UAA,, UAG dan UGA. Kodon AUG pada RNA atau ATG pada DNA tidak hanya kodon inisiasi untuk urutan permulaan suatu polipeptida tetapi juga merupakan kodon untuk asam amino polipeptida, metionin (Met). Mutasi yang menyebabkan berubahnya suatu kodon menjadi kodon stop disebut sebagai mutasi tidak berarti (nonsense), karena adanya y mutasi ini menyebabkan y kodon berikutnya y menjadi tidak berarti. Arah sintesis protein dari ujung N ke ujung C dengan penambahan Asam amino terjadi pada ujung C (karboksil)
45
Only tRNAfMet is accepted to form Twothe initiation initiation factors complex complex. (IF1 &IF3) bind to a 70S All ribosome. further charged tRNAs require Æpromote fully assembled the dissociation (i.e., 70S) of 70S ribosomes ribosomes into free 30S and 50S subunits. The Shine-Dalgarno sequence mRNA and ÆIF2, helpwhich ribosomes and carries mRNA aligns correctly for the - GTP start of translation. - the charged tRNA Ribosome consists of Æbind a free 30S subunit. -A site Ætoaminoacyl P site After Æthese peptid have l all -Æ peptidyl - bound, E site Æthe exit30S initiation complex is complete.
•First the mRNA attaches itself to a ribosome (to the small subunit). •Six bases of the mRNA are exposed exposed. •A complementary tRNA molecule with its attached amino acid (methionine) base pairs via its anticodon UAC with the AUG on the mRNA in the first position P. •Another tRNA base pairs with the other three mRNA bases in the ribosome at position A. •The enzyme peptidyl transferase forms a peptide bond between the two amino acids. •The first tRNA (without its amino acid) leaves the ribosome.
The ribosome moves along the mRNA to the next codon (three bases). The second tRNA molecule moves into position P. Another tRNA molecule pairs with the mRNA in position A bringing its amino acid. A growing polypeptide is formed in this way until a stop codon is reached.
Peptide P tid bond b d formation Æ catalyzed by an enzyme complex called peptidyltransferase Peptidyltransferase consists of some ribosomal proteins and the ribosomal RNA Æ acts as a ribozyme. The process is repeated until a termination signal is reached.
A stop codon on the mRNA is reached and this signals the ribosome to leave the mRNA. A newly synthesised protein is now complete!
Termination of t translation l ti occurs when one of the stop codons (UAA, UAG, or UGA) appears in the A site of the ribosome ribosome. No tRNAs correspond to those sequences sequences, so no tRNA is bound during termination. Proteins called release factors participate in termination
