ASAM NUKLEAT
Makromolekul
Sel
90% (termasuk air)
Karbohidrat Lipid Protein Asam Nukleat
Komponen penting dalam kehidupan
ASAM NUKLEAT
Friedrich Miescher (Swiss, 1844-1895)
Suatu polimer nukleotida yg berperanan dlm penyimpanan serta pemindahan informasi genetik (polinukleotida) Molekul kompleks lebih besar dari kebanyakan protein, mengandung karbon, oksigen, hidrogen, dan fosfor Berperan besar dalam proses penurunan sifat dan pembentukan berbagai protein
Isolasi inti sel darah putih dari nanah Protein ?
“nuklein”
Tidak essensialdapat disintesis dalam tubuh dari senyawa-senyawa amfibolik
Istilah
Asam Nukleat inti sel spermatozoa ikan salem (sangat besar 90% dari massa sel) Nuklein
diisolasi
Richard Altman (ahli biokimia) 20 th kemudian setelah penemuan Friedrich Miescher
Protamin (zat organik dg kand. nitrogen sangat besar)
• Bersifat asam • Membentuk suatu kompleks yg tdk larut
Belakangan diketahuiInti sel mengandung histon yang berasosiasi dengan DNA inti
1879, Albrecht Kossel menemukan asam nukleat yang tersusun oleh suatu gugus gula, gugus fosfat, dan gugus basa
Asam nukleat
60 th kemudian diketahui dengan mantap peranan genetiknya
Basa N Gula ribosa
ASAM NUKLEAT
monomer
Nukleotida
Suatu polimer yang mengandung nukleotida
Suatu monomer dari asam nukleat
DNA : Deoxyribonucleic acid
Asam Nukleat RNA : Ribonucleic acid • Asam nukleat yang molekulnya tersusun oleh DNA gula berkarbon 5 dengan kekurangan 1 atom oksigen (deoksiribosa), basa nirogen, dan gugus fosfat Informasi genetik • Polimer linear yang tidak bercabang • Berat molekul berkisar antara 25.000 – 50 Mampu membiosintesis milyar tipe protein berlainan • Terutama dijumpai pada inti sel (rambut, kulit, otot, • Penyusun utama kromosom enzim dsb) • Pengemban kode genetik dan dapat merepliksi dirinya dengan tujuan membentuk sel-sel baru • Asam nukleat yang molekulnya tersusun oleh RNA gula berkarbon 5 (ribosa), basa nirogen urasil, dan gugus fosfat • Berperan penting dalam sintesa protein
Nukleotida
monomer
Asam Nukleat
Suatu monomer dari asam nukleat
Suatu polimer yang mengandung nukleotida Asam Nukleat
Hidrolisis parsial Asam nukleat
H2O
dihidrolisis
gula, basa, dan ion fosfat
Nukleosida
gula terikat pada basa
Nukleotida
gula terikat pada basa dan fosfat
basa gula
H2O
fosfat
(nukleotida)
basa gula
H2O
fosfat
(nukleotida)
Gula + basa
(nukleosida)
PENAMAAN NUKLEOTIDA (1)
PENAMAAN NUKLEOTIDA (2)
Nukleotida terdiri atas 3 bagian 1. Pentosa : gula berkarbon 5
Ribosa : mempunyai gugus hidroksil pada atom C nomor 2 Deoksiribosa : mempunyai sebuah atom hidrogen pada atom C nomor 2
2. Basa * struktur cincin yang mengandung nitrogen disebut basa karena pada atom nitrogen terdapat sepasang elektron yang tidak terbagi jadi dapat menarik proton * Terikat pada karbon 1 dari pentosa Adenin (A)
Purin : mempunyai struktur cincin ganda (bisiklik) Basa nitrogen
Pirimidin : mempunyai struktur cincin tunggal (monosiklik) 3. Gugus fosfat
Timin (T)/ Urasil (U) Guanin (G) Sitosin (S)
terikat pada atom karbon 5’ dari pentosa (satu, dua, atau tiga gugus).
Struktur Nukleotida DNA Terbangun atas 3 Komponen: Phosfat :
Deoksiribosa :
Basa Nitrogen :
Gula beratom C5 siklik, C berlabel 1’ hingga 5’
12
Nukleosida & dNTP
dNTP
Nukleosida 13
Basa Nitrogen DNA Gula & Posfat adalah tetap dalam suatu nukleotida, yang bervariasi adalah Basa Nitrogen, yang terdiri atas 4 jenis, yaitu: Cytosin (C) :
Timin (T) :
Pirimidin
Adenin (A) :
Guanin (G) :
Purin
Pirimidin : molekul berbentuk cincin 6 atom, terdiri atas atom C dan N (monosiklik)
Purin : molekul yang merupakan gabungan molekul bentuk cincin 5 atom dan 6 atom, yang terdiri atas C dan N (bisiklik)
Struktur Basa DNA
Purin
Nucleoside
Pyrimidin 15
Basa Komplementer
16
Struktur DNA ss (single stranded) Satu pita DNA dibentuk dari nukleotida yang saling bersambung, melalui suatu ikatan Fosfodiester
1 nukleotida
Ikatan Fosfodiester
1 nukleotida
Nukleotida terbentuk jika Posfat berikatan pada atom C5’ dari gula deoksiribosa, dan pada atom C1’ berikatan basa Nitrogen
17
5’ end
Pita tunggal DNA Nukleotida memanjang dari ujung 5’ ke arah ujung 3’ - Fosfat pada ujung 5’ (atom C5’) - Hidroksil pada ujung 3’ (atom C3’) (ikatan Fosfodiester)
3’ end
18
Pita ganda DNA Dikemukakan oleh Watson & Crick (1953) Pita ganda (double stranded) Berpilin spiral (helical structure) Bersifat anti-paralel Gula-fospat menjadi backbone di bagian luar Pasangan basa di bagian dalam Pasangan basa komplementer: A berpasangan dengan T - 2 ikatan Hidrogen G berpasangan dengan C - 3 ikatan Hidrogen
19
Model pita ganda DNA
Basa Nitrogen
Gula - Posfat
DNA double helex/heleks ganda Untaian I
5'
3' T A T
Untaian II
5'
A
A
G
T
C
A T C
C
A
G
G
C
T
T
G
A
C
A 20
T G
3'
Hasil penelitian : Jumlah A = T dan G = C selalu sama dalam satu spesies
Anti-paralel
5’ 3’
3’ 5’
21
Model DNA ds (double stranded)
22
Purin
NH2
O N
N C
C C
N
CH
C
HN
C
HC
Pirimidin C
C
C N
O
CH
N
H2N N
N
Adenin
Guanina
CH
C
O
CH3
C
HN
N
Timin
NH2
Basa purin/ pirimidin
C CH
N OH HO
P O
O
O
5’ CH2
O
N
4’C H
DEOKSIRIBONUKLEOTIDA
CH
C
O
C1’ H H 3’ 2’ N C OH
Sitosin
C
H
CH
HN
H OH
(DALAM RIBONUKLEOTIDA)
O
CH
C
Struktur nukleotida yang berperan sebagai monomer DNA dan RNA
N
Urasil
Struktur RNA RNA adalah suatu polinukleotida rantai tunggal yang terbangun atas struktur yang berulang dari Nukleotida RNA. Satu Nukleotida RNA
RNA berbeda dari DNA pada: 1. Gula ribosa bukan deoksiribosa 2. Basa Nitrogen Pirimidin Timin, diganti Urasil
Ribosa
Deoksiribosa
Timin
Urasil
27
Tiga Macam RNA 1.
Messenger RNA (mRNA) Hasil proses transkripsi DNA yang membawa informasi DNA ke ribosom (tempat terjadi proses sintesa protein)
2.
Ribosom RNA (rRNA) RNA penyusun ribosom (>60%)
3.
Transfer RNA (tRNA) Berperan dalam proses translasi dengan membawa asam amino yang sesuai dengan kodon pada mRNA
28
Gugus gula/pentosa Perbedaan DNA dan RNA Basa nitrogen
Deoksiribosa (DNA)
Ribosa (RNA) A G C T (DNA) A G C U (RNA)
Peran Asam Nukleat • Koenzim • Substrat pembentukan energi/senyawa berenergi tinggi • Sintesa protein Basa
Nukleosida (Basa + pentosa)
R N A
Adenin (A) Guanin (G) Sitosin (C) Urasil (U)
Adenosin Guanosin Sitidin Uradin
D N A
Adenin (A) Guanin (G) Sitosin (C) Timin (T)
Deoksiadenosin Deoksiguanosin Deoksisitidin Deoksiatimidin
Nukleotida Nukleosida monofosfat
Nukleosida difosfat
Nukleosida Trifosfat/trinukleotida
AMP GMP CMP UMP
ADP GDP CDP UDP
ATP GTP CTP UTP
d AMP dGMP dCMP dTMP
dADP dGDP dCDP dTDP
dATP dGTP dCTP dTTP
Nukleotida berperan sebagai koenzim Koenzim : • Senyawa organik yang merupakan bagian sementara dari enzim selama waktu berlangsungnya reaksi • Fungsinya mengaktifkan aksi katalisis enzim Ex. • NAD+ (nikotinamid adenin dinokleotida) dan NADP+ (nikotinamid adenin dinokleotida fosfat), berperan dalam reaksi redoks, yaitu sebagai koenzim pada proses dihidrogenase atau pelepasan atom hidrogen, • FMN (flavin mononokleotida), FAD (flavin adenin dinokleotida) berperan sebagai koenzim dalam pelepasan CO2 • AMP berbagai fungsi pengaturan intra sel ex. pengaturan aktivitas protein kinase yang bergantung pada cAMP • GMP sinyal intrasel atau second messenger yang dapat bekerja secara antagonis terhadap cAMP
Peran sebagai Substrat pembentukan energi/senyawa berenergi tinggi • ADP, ATP, GTP “uang” menyalurkan energi dari reaksi yang menghasilkan energi ke semua reaksi yang membutuhkan energi dalam sel • ADP (adenosin diphosphat) substrat untuk fosforilasi oksidatif • ATP (adenosin triphosphat) produk dari fosforilasi oksidatif dan transduser biologik yang penting untuk memberikan energi bebas
• GTP (guanosin trifosfat), UTP (uridin trifosfat), CTP (sitidin trifosfat) sumber energi bagi sintesa protein
Peran asam nukleat dalam sintesa protein DNA Asam Nukleat
Sintesa protein
RNA
DNA Helek ganda (double helex) dari dua rantai antiparalel (saling berlawanan) yang mempunyai sekuen (urutan) nukleotida yang komplementer • Helek ganda (double helex) ada 2 rantai nukleotida
• Dua rantai antiparalel (saling berlawanan) - Nukleotida (DNA/RNA) secara berurutan disatukan ikatan ester antara 5 fosfat dari satu unit dan gugus 3 hidroksil dari unit berdekatan - Kalau untaian rantai I dari ikatan fosfodiester 3 - - - -5 maka nukleotida komplementernya disatukan oleh ikatan fosfodiester 5 - - - -3 (rantai anti paralel) • Komplementer TGC TCA GGC ACG AGT CCG
DNA terdapat pada kromosom, mitokondria dan plastida • Penunjang pewarisan sifat-sifat dari generasi ke generasi • Metabolisme dan perkembangan individu
Karena merupakan templat untuk sintesa protein
RNA asam nukleat tunggal yang membantu dalam mentranskripsikan (menggandakan) dan mentranslasikan (menterjemahkan) informasi genetik DNA ke dalam bentuk urutan asam amino Yang berperan dalam sintesa protein 3 jenis 1. RNA messenger/pesuruh (mRNA) 2. RNA tranfer (tRNA) 3. RNA ribosom (rRNA)
Transkripsi (penggandaan) Sintesa protein 2 tahap
Translasi (penterjemahan)
HUBUNGAN TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI
Overview: From gene to protein
36
1. Transkripsi (penggandaan) Sintesa rantai molekul mRNA • DNA digandakan dalam bentuk mRNA berdasarkan salah satu urutan nukleotida pada rantai DNA 3 proses yang terjadi yaitu inisiasi, elongasi (pemanjangan), dan terminasi • mRNA meninggalkan inti sel ditransfer ke sitoplasma bergerak ke ribosom berikatan dengan sub unit kecil ribosom • Urutan basa mRNA membawa kode genetik urutan asam amino protein. 3 basa pada mRNA disebut kodon kodon start dan kodon stop memberi tanda memulai atau mengakhiri sintesa protein Kodon UUU, UUC UUA, UUG UCU, UCC, UCA, UCG UAU, UAC UGU, UGC UGG CUU, CUC, CUA. CUG CCU, CCC, CCA, CCG CAU, CAC CAA, CAG CGU, CGC, CGA, CGG, AGA AAA, AAG
Asam amino
Kodon
Fenilalani (phe) Leusin (leu) Serin (ser) Tirosin (tyr) Sistein (cys) Triptofan (trp) Leusin (leu} Prolin (pro) Histidin (his) Glutamin (glu) Arginin (arg) Lisin (lys)
AAU, AAC AUU, AUC, AUA AUG
Ket. Penugasan kodon untuk asam-asam amino
ACU, ACC, ACA, ACG AGA, AGG GUU, GUC, GUA, GUG GCU, GCC, GCA, GCG GAU, GAC GAA, GAG GGU, GGC. GGA, GGG
Asam amino Asparagin (asn) Isoleusin (ile) Metionin (met) atau N-formilmetionin (fmet) Treonin (thr) Arginin (arg) Valin (val) Alanin (ala) Asam aspartat (asp) Asam glutamat (glu) Glisin (gly)
PROMOTOR 5’ 3’
DNA
Transkripsi Proses RNA
Pra mRNA
Unit transkripsi TERMINATOR Gen DNA
Titik awal RNA polemerase
3’ 5’
5’ 3’ RNA DNA lepas
5’
inisiasi Untaian templat DNA
Nukleotida RNA 2. elongasi
RNA polimerase 3’
Titik akhir 1. inisiasi
Translasi
elongasi
G T T 3’ C CA A A G T A C G T G C C AT T C AT TC CA G G A T Arah transkripsi Untaian G templat DNA G A
5’ 3’
3’ 5’
3’
5’ 3. terminasi
3’ 5’
5’ 3’ 3’
5’ 5’
3’ 5’
RNA baru terbentuk
Proses Transkripsi
REPLIKASI DNA
Translasi (penterjemahan) Proses terjadi dalam 3 tahap, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi.
Inisiasi • Tahap inisiasi terjadi karena adanya tiga komponen yaitu mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom. • mRNA yang keluar dari nukleus menuju sitoplasma didatangi oleh ribosom, kemudian mRNA masuk ke dalam “celah” ribosom. • Ribosom “membaca” kodon yang masuk, setiap 3 urutan basa hingga selesai seluruhnya. (> 1 ribosom = polisom yang membentuk rangkaian mirip tusuk satu, tusuknya “mRNA” dan dagingnya “ribosom”. Sehingga 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. • Sintesis protein dimulai pada kodon AUG start dekat ujung 5 'dari mRNA.
Elongasi • Asam amino-asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin). • Ribosom terus bergeser agar mRNA lebih masuk, guna membaca kodon selanjutnya, dan segera diterjemahkan oleh antikodon sambil membawa asam amino yang sesuai, kemudian dirangkaikan dengan asam amino sebelumnya membentuk dipeptida, tripeptida, dst sampai 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. • Pada ribosom terdapat tiga binding sites RNA , yaitu A, P dan E sites. A site mengikat aminoacyl-tRNA (tRNA terikat ke asam amino), P site mengikat peptidyl-tRNA (tRNA terikat pada peptida untuk disintesis), dan situs E mengikat free tRNA sebelum keluar ribosom.
Terminasi • Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga kodon stop mencapai ribosom. • Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. • Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sinyal untuk menghentikan translasi. Polipeptida yang dibentuk kemudian “diproses” menjadi protein.
PEMANJANGAN ASAM NUKLEAT
asam amino
Transkripsi
mRNA Ribosom Translasi tRNA dengan asam amino yang melekat polipeptida
trp
ribosom phe
tRNA Anti kodon
5’
3’
mRNA
Proses Translasi
TRANSLASI RNA
Selecting a growth index index
Radioactivity RNA:DNA HSI Composition K factor
resolution hours
days
weeks
months
years
Memilih indeks pertumbuhan - logistik index
complexity cost sample size locale lethal special needs
Radioactivity H
H
L
lab
Y
scintillation
H
H
L
lab
Y
spec./centrif.
L
L
H
lab/fld Y
balance
M
M
L
lab
Y
balance/spec.
K factor
L
L
H
lab/fld
N
balance/tape
Length/wt
L
L
H
lab/fld
N
balance/tape
Calorimetry
H
L
lab
Y
calorimeter
RNA:DNA HSI
Composition
H
