biokimia
tanaman - asam nukleat
BAB
II
TINJAUAN
PUSTAKA
1.
Asam
Nukleat
Asam
nukleat adalah biopolymer yang berbobot molekul tinggi dengan unit monomernya
mononukleotida. Asam nukleat terdapat pada semua sel hidup dan bertugas untuk menyimpan
dan mentransfer genetic, kemudian menerjemahkan informasi ini secara tepat
untuk mensintesis protein yang khas bagi masing-masing sel. Asam nukleat, jika
unit-unit pembangunnya adalah deoksiribonukleotida, disebut asam
deoksiribonukleotida (DNA) dan jika terdiri dari unit-unit ribonukleaotida
disebut asam ribonukleaotida (RNA).
Asam
Nukleat juga merupakan senyawa majemuk yang dibuat dari banyak nukleotida.
Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu sebuah basa nitrogen
heterosiklik (purin atau pirimidin), sebuah gula pentosa, dan sebuah gugus
fosfat. Bila nukleotida mengandung ribose, maka asam nukleat yang terjadi
adalah RNA (Ribnucleic acid = asam ribonukleat) yang berguna dalam sintesis
protein. Bila nukleotida mengandung deoksiribosa, maka asam nukleat yang
terjadi adalah DNA (Deoxyribonucleic acid = asam deoksiribonukleat) yang
merupakan bahan utama pementukan inti sel. Dalam asam nukleat terdapat 4 basa
nitrogen yang berbeda yaitu 2 purin dan 2 primidin. Baik dalm RNA maupun DNA
purin selalu adenine dan guanine. Dalam RNA primidin selalu sitosin dan urasil,
dalam DNA primidin selalu sitosin dan timin.
Fungsi asam nukleat antara lain:
1.
Menyimpan, mereplikasi dan
mentranskripsi informasi genetika
2.
Turut dalam metabolisme
3.
Penyimpan energi
4.
Sebagai ko-enzim
1.
Nukleotida dan Nukleosida
Nukleotida adalah nukleosida yang mengikat asam fosfat/nukleosida yang
mengikat asam fosfat/nukleosida yang terfosforilasi. Nukleosida terdiri atas
basa hetero siklik purin (A,G) dan pirimidin (C, T, U) sertapurin (A,G) dan
pirimidin (C, T, U) serta pentosa.
Secara umum, nukleotida terdiri dari pentosa (ribosa/deoksiribosa) yang
mengikat asam fosfat. Sedangkan Nukleotida terdiri dari pentosa
(ribosa/deoksiribosa) yang mengikat suatu basa (purin/pirimidin)
Fungsi
Nukleotida
1.
Berperan
dalam reaksi pemindahan fosfat ATP/berperan dalam reaksi pemindahan fosfat ATP
/Nukleosida trifosfat lain.Nukleosida trifosfat lain.
2.
Berperan
pada reaksiBerperan pada reaksi-reaksi sintesis protein, KH, lipid, asam
nukleat, lintasan transduksi sinyal intralipid, asam nukleat, lintasan
transduksi sinyal intra dan antar sel.dan antar sel.
3.
Membentuk
koenzim misal FAD, NAD+, NADP, koenzim A & S koenzim A &
S-adenosilmetioni.
4.
Menyelenggarakan
fungsi regulasi ADP mengatur kecepatan reaksi fosforilasi oksidatif
mitokondria, cAMP & cGMP berfungsi sebagai “Messenger kedua”.
5.
Sebagai
prekusor unit monomer asam nukleat DNA & RNA
1. Jenis Asam
Nukleat
Asam nukleat dalam sel ada dua jenis yang dibedakan oleh
jenis gula yang terdapat pada rantai asam nukleat yaitu DNA (deoxyribonucleic
acid) yang mengandung komponen gula deoksirirosa dan RNA (ribonucleic acid)
yang komponen gulanya ribosa.
1.
DNA (deoxyribonucleic acid)
Asam
ini adalah polimer yang terdiri atas molekul-molekul deoksiribonukleotida yang
terikat satu sama lain sehingga membentuk rantai polinukleotida yang panjang.
Molekul DNA yang panjang ini terbentuk oleh ikatan antara atom C nomor 3 dengan
atom C nomor 5 pada molekul deoksiribosa dengan perantaraan gugus fosfat.
Secara
kimia DNA mengandung karakteristik/sifat sebagai berikut:
2.
Memiliki gugus gula deoksiribosa.
3.
Basa nitrogennya guanin (G), sitosin
(C), timin (T) dan adenin (A).
4.
Memiliki rantai heliks ganda anti
paralel
5.
Kandungan basa nitrogen antara kedua
rantai sama banyak dan berpasangan spesifik satu dengan lain. Guanin selalu
berpasangan dengan sitosin (G±C), dan adenidan adenin berpasangan dengan timin
(A - T), sehingga jumlah guanin selalu sama dengan jumlah sitosin. Demikian
pula adenin dan timin.
1.
RNA (Ribonukleat acid)
Asam
ribonukleat adalah salah satu polimer yang terdiri atas molekulmolekul
ribonukleotida. Seperti DNA, asam ribonukleat ini terbentuk oleh adanya ikatan
antara atom C nomer 3 dengan atom C nomer 5 pada molekul ribosa dengan
perantaraan gugus fosfat.
Meskipun
banyak persamaan dengan DNA , RNA mempunyai beberapa perbedaan dengan DNA
yaitu:
1.
Bagian pentosa RNA adalah ribosa,
sedangkan bagian pentosa DNA adalah deoksiribosa.
2.
Bentuk molekul DNA adalah heliks
ganda. Bentuk molekul RNA bukan heliks ganda, tetapi berupa rantai tunggal yang
terlipat sehingga menyerupai rantai ganda.
3.
RNA mengandung basa Adenin, Guanin
dan Sitosin seperti DNA , tetapi tidak mengandung Timin. Sebagai gantinya, RNA
mengandung Urasil. Dengan demikian bagian basa pirimidin RNA berbeda dengan
bagian basa pirimidin DNA.
4.
Jumlah Guanin adalah molekul RNA
tidak perlu sama dengan Sitosin, demikian pula jumlah adenin tidak harus sama
dengan Urasil.
Ada 3 macam RNA, yaitu:
1.
tRNA (transfer RNA), yang berfungsi
menerjemahkan kode genetic, menghubungkan antara asam nukleat dengan asam amino
à protein
2.
mRNA (messenger RNA), yang berfungsi
menyampaikan informasi genetik dalam bentuk codon (urutan 3 nukleotida).
3.
rRNA (ribosomal RNA) yaitu komponen
ribosom dimana translasi berlangsung.
4.
Struktur DNA dan RNA
1.
Struktur DNA
Struktur molekul DNA yaitu heliks
berantai ganda atau yang lebih dikenal dengan double-helix. DNA merupakan
makromolekul polinukleotida yang tersusun atas polimer nukleotida yang berulang-ulang,
tersusun rangkap, membentuk DNA heliks ganda dan berpilin ke kanan. Setiap
nukleotida terdiri dari 3 gugus molekul, yaitu:
1.
Gula 5 ribosa (2-deoksiribosa)
2.
Basa nitogen yang terdiri dari
golongan purin yaitu adenin (A) dan guanin (G), serta golongan pirimidin, yaitu
sitosin (C) dan timin (T).
3.
Gugus fosafat.
1.
Struktur RNA
Struktur
dari RNA yaitu merupakan rantai tunggal polinukleotida. Setiap ribonukleotida
terdiri dari 3 gugus molekul yaitu:
1.
5 karbon (ribosa)
2.
Basa nitrogen yang terdiri dari
golongan purin (yang sama dengan DNA) dan golongan golongan pirimidin yang
berbeda yaitu sitosin (C) dan urasil (U).
3.
Gugus fosfat
1.
Sintesis DNA
Replikasi
adalah peristiwa sintesis DNA. Saat suatu sel membelah secara mitosis,
tiap-tiap sel hasil pembelahan mengandung DNA penuh dan identik seperti induknya.
Dengan demikian, DNA harus secara cepat direplikasi (diperbanyak atau dicetak
ulang) sebelum proses pembelahan dimulai.
Hipotesis
mengenai replikasi DNA dikemukakan setelah muncul model DNA heliks ganda.
Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai nukleotida baru dari
rantai nukleotida lama.
Proses
komplementasi pasangan basa menghasilkan suatu molekul DNA baru yang sama
dengan molekul DNA lama sebagai cetakan. Kemungkinan terjadinya replikasi dapat
melalui tiga model, yaitu konservatif, semikonservatif, dan dispersif.
1.
Model
konservatif, yaitu dua rantai DNA lama tetap tidak berubah,
berfungsi sebagai cetakan untuk dua rantaiDNA baru. Replikasi ini
mempertahankan molekul dari DNA lama dan membuat molekul DNA baru.
2.
Model
semikonservatif, yaitu dua rantai DNA lama terpisah dan rantai baru
disintesis dengan prinsip komplementasi pada masing-masing rantai DNA lama.
Akhirnya dihasilkan dua rantai DNA baru yang masing-masing mengandung satu
rantai cetakan molekul DNA lama dan satu rantai baru hasil sintesis.
3.
Model
dispersif, yaitu beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama digunakan sebagai cetakan
untuk sintesis rantai DNA baru. Oleh karena itu, hasil akhirnya diperoleh
rantai DNA lama dan baru yang tersebar pada rantai DNA lama dan baru. Replikasi
ini menghasilkan dua molekul DNA lama dan DNA baru yang saling berselang-seling
pada setiap untai.
Dari ketiga model tersebut, model semi konservatif merupakan
model yang tepat untuk proses replikasi DNA. Model replikasi DNA ini telah
dibuktikan oleh Maselon dan Stahl. Replikasi DNA semi konservatif berlaku bagi
organisme prokariot maupun eukariot.
Tahapan replikasi DNA secara umum tidak banyak berbeda
antara organisme prokariot dan eukariot. Perbedaannya ada pada jenis dan jumlah
enzim yang terlibat, serta kecepatan dan kompleksitas replikasi DNA. Pada
organisme eukariot, peristiwa replikasi terjadi sebelum pembelahan mitosis,
tepatnya pada fase sintesis dan siklus pembelahan sel.
1.
Transkripsi dan Translasi
1.
Transkripsi
Transkripsi
merupakan sintesis RNA dari salah satu rantai DNA, yaitu rantai cetakan atau
sense, sedangkan rantai komplemennya disebut rantai antisense. Rentangan DNA
yang ditranskripsi menjadi molekul RNA disebut unit transkripsi. Informasi dari
DNA untuk sintesis protein dibawa oleh mRNA. RNA dihasilkan dari aktifitas
enzim RNA polimerase. Enzim polimerasi membuka pilinan kedua rantai DNA hingga
terpisah dan merangkaikan nukleotida RNA. Enzim RNA polimerase merangkai
nukleotida-nukleotida RNA dari arah 5’
3’, saat terjadi perpasangan basa di sepanjang cetakan DNA. Urutan
nukleotida spesifik di sepanjang cetakan DNA. Urutan nukleotida spesifik di sepanjang
DNA menandai dimana transkripsi suatu gen dimulai dan diakhiri.
Transkripsi terdiri dari 3 tahap yaitu: inisiasi
(permulaan), elongasi (pemanjangan), terminasi (pengakhiran) rantai mRNA.
Transkripsi mensintesis baik RNAd, RNAt, maupun RNAr. Namun hanya basa nitrogen
yang terdapat pada RNAd saja yang nantinya diterjemahkan menjadi asam amino
(protein).
2.
Inisiasi
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
untai heliks DNA yang digunakan sebagai cetakan.
3.
Elongasi
Saat RNA bergerak di sepanjang DNA,
RNA membuka pilinan heliks ganda DNA, sehingga terbentuklah molekul RNA yang
akan lepas dari cetakan DNA-nya.
4.
Terminasi
Transkripsi berlangsung sampai RNA
polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator yang
ditranskripsi merupakan suatu urutan RNA yang berfungsi sebagai sinyal terminasi
yang sesungguhnya. Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat
pada akhir sinyal terminasi; yaitu, 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 lebih jauh
kira-kira 10 hingga 35 nukleotida, mRNA ini dipotong hingga terlepas dari enzim
tersebut.
5.
Translasi
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 mRNA merupakan transkrip (salinan) urutan DNA yang menyusun suatu gen
dalam bentuk ORF (open reading frame, kerangka baca terbuka). 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.
Dalam proses
translasi, rangkaian nukleotida pada mRNA akan dibaca tiap tiga nukleotida
sebagai satu kodon untuk satu asam amino, dan pembacaan dimulai dari urutan
kodon metionin (ATG pada DNA atau AUG pada RNA).
Proses
Translasi
6.
Inisiasi translasi
1.
RNAt memuat asam amino pertama dari
polipeptida dan dua sub unit ribosom.
2.
Subunit ribosom kecil mengikat diri
pada RNAd dan RNAt inisiator
3.
Subunit ribosom kecil melekat pada
tempat tertentu di ujung 5’ dari RNAd.
4.
Didekat tempat pelekatan ribosom
subunit kecil terdapat kodon inisiasi AUG, yang memberikan sinyal dimulainya
proses translasi.
5.
RNAt inisiator yang membawa asam
amino metionin melekat pada kodon AUG.
7.
Elongasi
1.
Asam amino-asam amino berikutnya
ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin).
2.
Kodon RNAd pada ribosom membentuk
ikatan hidrogen pada antikodon molekul RNAt yang komplemen dengannya.
3.
Molekul RNAr dari subunit ribosom
besar mengkatalis pembentukan ikatan peptida yang memanjang ke asam amino yang
baru tiba. Pada tahap ini, polipeptida memisahkan diri dari RNAt tempat
perlekatannya semula.
4.
Saat RNAd berpindah tempat,
antikodonnya tetap berikatan dengan kodon RNAt.
5.
RNAd bergerak bersama-sama
dengan antikodon ini dan bergeser pada
kodon berikutnya yang akan ditranslasi.sementara itu, RNAt sekarang tanpa asam
amino karena telah diikatkan pada polipeptida yang sedang memanjang.
6.
RNAt keluar dari ribosom.
7.
Siklus elogansi terus berlangsung
hingga rantai polipeptidanya lengkap
8.
Terminansi
1.
Elogansi berlanjut hingga ribosom
mencapai kodon stop.
2.
Triplet basa kodon stop adalah UAA,
UAG, atau UGA.
3.
Kodon stop tidak mengkode suatu asam
amino melainkan bertindak sebagai sinyal unttuk menghentikan translasi.
