biokimia tanaman - asam nukleat

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.