BAB
I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Pada
tahun 1869 Friedrick Mescher , seorang muda bangsa Swiss yang belajar pada
Hoppe-Seyler yang terkemuka di Jerman , mengisolasi inti dari sel darah putih
dan menemukan bahwa inti mengandung suatu zat kaya fosfat yang sampai sekarang
ini tidak diketahui yang dinamakannya nuklein , dan pada tahun 1871 secara
nubuat menulis :
Menurut
saya tampaknya seluruh family dari zat yang mengandung fosfor ini, agak sedikit
berbeda satu sama lainnya, akan timbul sebagai sekelompok zat nuklein , yang
kemungkinan patut mendapat pertimbangan yang sama dengan protein.
Ketika
nuklein ditetapkan bersifat asam , namanya diganti menjadi asam nukleat. Riset
mengenai biomolekul ini pada decade pertama dari abad ini menemukan bahwa asam
nukleat, seperti protein merupakan polimer. Unit monomerik dari suatu asam
nukleat disebut nukleotida; jadi, asam nukleat juga disebut polinukleotida.
Ada
dua jenis asam nukleat yaitu DNA ( deoxyribonucleic acid ) atau asam deoksiribonukleat
dan RNA ( ribonucleic acid ) atau asam ribonukleat. DNA oleh seorang dokter
muda Friedrich Miescher yang mempercayai bahwa rahasia kehidupan dapat
diungkapkan melalui penelitian kimia pada sel-sel.
Penelitian
berlanjut mengenai asam nukleat menemukan bahwa unit nukleotida ini terkait satu sama lain melalui ikatan fosfodiester
membentuk struktur makromolekular , yang dalam kasus DNA, dapat mempunyai berat
molekul milyaran. Kedua jenis asam nukleat ditemukan pada semua tumbuh-tumbuhan
dan hewan. Virus juga mengandung asam nukleat; namun, tidak seperti
tumbuh-tumbuhan atau hewan, suatu virus memiliki RNA ataupun DNA, tetapi tidak
keduanya.
Walaupun
kimiawi dari asam nukleat diteliti secara serius setelah penemuannya, 75 tahun
berlalu sebelum makna biologi dari makro molekul ini disadari. Saran yang
diajukan oleh Avery dan rekan, pada tahun 1944, bahwa DNA adalah bahan
genetika, merupakan peranan biologi spesifik pertama yang diajukan untuk suatu
asam nukleat. Mengenai RNA, baru pada tahun 1957 ditetapkan suatu fungsi
selular spesifik untuk asam nukleat ini ( keterlibatan RNA dalam sintesis
protein ). ( Namun, perlu dicatat, bahwa RNA telah diidentifikasi lebih dini
sebagai bahan genetika dari sejumlah virus.) timbulnya biologi molecular
menekankan keunggulan dari DNA maupun RNA, yang beragam spesies selularnya
memiliki peranan mencolok dalam sintesis protein (ekspresi gen ).
1.2.
Rumusan Masalah
1.
Apa pengertian dari Asam Nukleat ?
2.
Apa-apa saja jenis Asam Nukleat ?
3.
Bagaimana tingkatan struktur Asam Nukleat
?
4.
Bagaimana struktur DNA dan RNA ?
5.
Bagaimana sintesis RNA dan DNA ?
6.
Bagaimana mekanisme Transkripsi dan
Translasi ?
7.
Apa-apa saja kelainan penyakit yang
disebabkan oleh DNA dan RNA ?
8.
Apa fungsi dan peranan Asam Nukleat ?
1.3.
Tujuan Penulisan
Tujuan dari makalah ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk
mengetahui pengertian dari Asam Nukleat
2. Untuk
mengetahui jenis Asam Nukleat
3. Untuk
mengetahui tingkatan struktur Asam Nukleat
4. Untuk
mengetahui struktur DNA dan RNA
5. Untuk
mengetahui sintesis RNA dan DNA
6. Untuk
mengetahui mekanisme Transkripsi dan Translasi
7. Untuk
mengetahui kelainan penyakit yang disebabkan oleh DNA dan RNA
8. Untuk
mengetahui fungsi dan peranan Asam Nukleat
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Pengertian 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 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. 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 pirimidin selalu sitosin dan timin.
Asam-asam nukleat terdapat pada jaringan
tubuh sebagai nukleoprotein, yaitu gabungan antara asam nukleat dengan protein.
Untuk memperoleh asam nukleat dari jaringan-jaringan tersebut, dapat dilakukan
ekstraksi terhadap nukleoprotein terlebih dahulu menggunakan larutan garam IM.
Setelah nukleoprotein terlarut, dapat diuraikan atau dipecah menjadi
protein-protein dan asam nukleat dengan menambah asam-asam lemah atau alkali
secara hati-hati, atau dengan menambah NaCl hingga jenuh akan mengendapkan
protein. Cara lain untuk memisahkan asam nukleat dari protein ialah menggunakan
enzim pemecah protein, misal tripsin. Ekstraksi terhadap jaringan-jaringan
dengan asam triklorasetat, dapat pula memisahkan asam nukleat. Denaturasi
protein dalam campuran dengan asam nukleat itu dapat pula menyebabkan
terjadinya denaturasi asam nukleat itu sendiri. Oleh karena asam nukleat itu
mengandung pentosa, maka bila dipanasi dengan asam sulfat akan terbentuk
furfural. Furfural ini akan memberikan warna merah dengan anilina asetat atau
warna kuning dengan p-bromfenilhidrazina. Apabila dipanasi dengan difenilamina
dalam suasana asam, DNA akan memberikan warna biru. Pada dasarnya reaksi-reaksi
warna untuk ribosa dan deoksiribosa dapat digunakan untuk keperluan
identifikasi asam nukleat.
2.2.
Jenis-jenis Asam Nukleat
Asam nukleat dalam sel ada dua jenis yaitu DNA
(deoxyribonucleic acid ) atau asam deoksiribonukleat dan RNA (ribonucleic acid
) atau asam ribonukleat. Baik DNA maupun RNA berupa anion dan pada umumnya
terikat oleh protein dan bersifat basa. Misalnya DNA dalam inti sel terikat
pada histon. Senyawa gabungan antara protein danasam nukleat disebut
nucleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan polimer sepertiprotein tetapi
unit penyusunnya adalah nukleotida. Salah satu contoh nukleotida asam nukleat bebas adalah ATP yang berfungsi sebagai
pembawa energy.
2.3.
Tingkatan Struktur Asam Nukleat
2.3.1. Gula
Pentosa
Rangka utama
untai DNA terdiri dari gugus fosfat dan gula yang berselang-seling. Gula pada DNA adalah gula pentosa
(berkarbon lima), yaitu 2-deoksiribosa. Dua gugus gula terhubung dengan fosfat
melalui ikatan
fosfodiester antara atom karbon
ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. Salah satu
perbedaan utama DNA dan RNA adalah gula penyusunnya; gula RNA adalah ribosa.
DNA terdiri atas
dua untai yang berpilin membentuk struktur heliks
ganda. Pada struktur heliks
ganda, orientasi rantai nukleotida pada satu untai berlawanan dengan orientasi
nukleotida untai lainnya. Hal ini disebut sebagai antiparalel.
Masing-masing untai terdiri dari rangka utama, sebagai struktur utama, dan basa
nitrogen, yang berinteraksi dengan untai DNA satunya pada heliks. Kedua untai
pada heliks ganda DNA disatukan oleh ikatan hidrogen antara basa-basa yang
terdapat pada kedua untai tersebut. Empat basa yang ditemukan pada DNA adalah adenina
(dilambangkan A), sitosina (C, dari cytosine),
guanina
(G), dan timina
(T). Adenina berikatan hidrogen dengan timina, sedangkan guanina berikatan
dengan sitosina. Segmen polipeptida
dari DNA
disebut gen,
biasanya merupakan molekul RNA.
Gula ribosa
Gula dalam asam nukleat adalah jenis gula aldopentosa yakni Ribosa,,bisa
dilihat struktur pada gambar. struktur Hawort (siklik)nya menunjukkan posisi
beta-Furanosa (beta untuk posisi OH yang diatas, Furanosa untuk siklik dari 5
atom karbon).perhatikan untuk C2 nya, disitulah letak perbedaan dari tiap jenis
asam nukleat (DNA & RNA). untuk RNA sama seperti gambar tadi, namun untuk
DNA agak sedikit berbeda, dimana pada atom C2 nya kehilangan atom O nya
sehingga yang ada hanya subtituen H nya saja, itulah dinamakan gula
DEOKSIribosa.
2.3.2. Basa
Nitrogen
Basa nitrogen seperti yang kita tau adalah
Purin dan Pirimidin.
Basa Purin misalnya. berasal dari senyawa heterosiklik yang terdiri dari 2 gabungan siklik (namanya
bisiklik). sedangkan Pirimidin juga termasuk dalam snyawa heterosiklik, namun
pirimidin ini berasal dari turunan Piridin yang ditambahkan 1 atom N (kalo
piridin hanya 1 atom N nya). Purin punya turunan lagi, yakni Adenin dan guanin
yang berbeda dari strukurnya, begitu juga pirimidin yang terdiri dari timin,
uracil, dan sitosi.
Masing-masing basa purin dan pirimidin akan saling berpasangan, seperti adenin akan
selalu berpasangan dengan timin pada DNA dan dengan Uracil pada RNA. sedangkan
guanin "setia"dengan sitosin baik di DNA maupun RNA.,hal ini karena
mereka sudah berjodoh satu sama lain, dalam hal ini masing-masing pasangan akan saling
membentuk kestabilan oleh adanya ikatan hidrogen yang menghubungkan keduanya.
dan juga sdh ada enzim2 tertentu yang bekerja pada masing2 jenis asam nukleat,
sehingga bila pasangannya "tertukar" enzim yang bekerja secara
otomatis akan berhenti. 3. Gugus fosfat Inilah yang menentukan sifat asam pada
asam nukleat
Kotak ungu pada
gambar menunjukan fosfat,pada keadaan netral, ia akan sangat mudah
melepaskan protonnya. makin mudah melepaskan protonnya, semakin asam. sehingga
disebut juga sebagai anion asam kuat. Gambar
ikatannya
Fosfatnya, berikatan dengan atom C5 nya, dan atom C3
dari nukleotida sebelumnya atau sesudahnya. ini disebut sebagai ikatanfosfodiester,
dimana ikatan ini menghubungkan nukleotida 1 dengan lainnya. Nukleotida adalah
unit molekul dari asam nukleat yang terdiri dari fosfat, basa N, dan gula.
nukleosida adalah unit molekul as. nukleat yang terdiri dari gula dan basa N
saja. untuk Basa N, pada Purin akan berikatan pada atom N9 nya dengan atom C1
dari gula. sedangkan Pirimidin berikatan pada N1 nya dengan atom C1 pada gula
dengan membentuk ikatan N-glikosida (nukleosida).gambarnya.
pada ujung atas, berakhir pada C5 dan ujung bawah
berakhir pada C3. Ini berguna dalam penulisan sekuensing asam nukleat itulah
disebut sebagai ujung 5'-3'. Merupakan
struktur RNA karena hanya terdiri dari 1 rantai saja, kalau yang rantai ganda seperti DNA, berarti 2 rantai yang dihubungkan
dengan ikatan hidrogen.
Pasangan adenin timin hanya 2 rangkap ikatan hidrogen,
karena pada strukturnya tidak memungkinkan untuk membentuk 3 rangkap seperti
pasangan guanin sitosin. Dari jaraknya antara O dan H apada pasangan adenin
timin, sangat jauh. sehingga tidak memungkinkan adanya interaksi.Dobel heliksnya.
Untaian yang saling melilit ini, menyumbangkan kestabilan dan memperdekat
jarak (rise) antara pasang2 basanya, sehingga bisa menjadi utuh,untaian ganda ini juga disusun
secara anti paralel, pada rantai 1 dari 5'-3' dan rantai 2 dari
3'-5'.
2.3.3. Nukleotida
dan Nukleosida
Molekul nukleotida terdiri atas nukleosida
yang mengikat asam fosfat. Molekul nukleosida terdiri atas pentosa (
deoksiribosa atau ribose ) yang mengikat suatu basa (purin atau pirimidin).
Jadi apabila suatu nukleoprotein dihidrolisis sempurna akan dihasilkan protein,
asam fosfat, pentosa dan basa purin atau pirimidin. Rumus berikut ini akan
memperjelas hasil hidrolisis suatu nukleoprotein.
Pentosa yang berasal dari DNA ialah
deoksiribosa dan yang berasal dari RNA ialah ribose. Adapun basa purin dan basa
pirimidin yang berasal dari DNA ialah adenin,sitosin dan timin. Dari RNA akan
diperoleh adenin,guanin, sitosin dan urasil.
Urasil terdapat dalam dua bentuk
yaitu bentuk keto atau laktam dan bentuk enol atau laktim.
Pada PH cairan tubuh, terutama
urasil terdapat dalam entuk keto. Nukleosida terbentuk dari basapurin atau
pirimidin dengan ribose atau deoksiribosa. Basa purin atau pirimidin terikat
padapentosa oleh ikatan glikosidik,yaitu pada atom karbon nomor 1. Guanosin
adalah suatu nukleosida yang terbentuk dari guanin dengan ribosa. Pada
pengikatan glikosidik ini sebuah molekul air yang dihasilkan terjadi dari atom
hidrogen pada atom N-9 dari basa purin dengan gugus OH pada atom C-1 dari
pentosa. Untuk basa pirimidin,gugus OH pada atom C-1berikatan dengan atom H
pada atom N-1
Pada umumnya nukleosida diberi nama
sesuai dengan nama basa purin atau basa pirimidin yang membentuknya. Beberapa
nukleosida berikut ini ialah yang membentuk dari basa purin atau dari basa
pirimidin dengan ribosa ;
Adenin nukleosida atau Adenosin
Guanin nukleosida atau Guanosin
Urasil nukleosida atau Uridin
Timin nukleosida atau Timidin
Sitosin nukleosida atau Sitidin
Apabila pentose yang diikat oleh
deoksiribosa,maka nama nukleosida diberi tambahandeoksi di depanya.Sebagai
contoh “deoksiadinosin,deoksisitidin” dan sebagainya. Disamping lima jenis basa
purin atau basa pirimidin yang biasa terdapat pada asam nukleat, ada pula
beberapa basa purin dan basa pirimidin lain yang membentuk
nukleosida.Hipoksantin dengan ribosa akan membentuk hipoksantin nukleosida atau
inosin. DNA pada bakteri ternyata mengandung hidroksimetilsitosin.
Demikian pula tRNA (transfer RNA)
mengandung derivat metal basa purin atau basapirimidin, misalnya
6-N-dimetiladenin atau 2-N dimetilguanin.
Dalam alam nukleosida terutama
terdapat dalam bentuk ester fosfat yang disebut nukleotida. Nukleotida terdapat
sebagai molekul bebas atau berikatan dengan sesama nukleotida membentuk asam
nukleat.Dalam molekul nukleotida gugus fosfat terikat oleh pentosa pada atom
C-5.
Beberapa nukleotida lain ialah
sebagai berikut :
Adenin nukleotida atau
Adenosinmonofosfat (AMP)(asam adenilat)
Guanin nukleotida atau
Guanosinmonofosfat (GMP)(asam guanilat)
Hipoksantin nukleosida atau
Inosinmonofosfat (IMP)(asam inosinat)
Urasil Nukleotida atau
Uridinmonofosfat (UMP) (asam uridilat)
Sitidin nukleotida atau
Sitidinmonofosfat (SMP)(asam sitidilat)
Timin nukleotida atau
Timidinmonofosfat (TMP)(asam timidilat)
Pentosa yang terdapat dalam molekul
nukleotida pada contoh diatas ialah ribosa. Apabila pentosanya deoksiribosa,
maka ditambah deoksi di depan nama nukleotida tersebut misalnya
deoksiadenosin-monofosfat atau disingkat dAMP.
Ada beberapa nukleotida yang
mempunyai gugus fosfat lebih dari 1 misalnya adenosintrifosfat dan
uridintrifosfat, kedua nukleotida ini mempunyai peranan penting dalam
reaksi-reaksi kimia dalam tubuh.
Pada rumus molekul ATP dan UTP,
ikatan antara gugus-gugus fosfat diberi tanda yang khas. Pada proses hidrolisis
ATP akan melepaskan gugus fosfat dan terbentuk adenosindifosfat (ADP). Pada
hidrolis ini ternyata dibebaskan energy yang cukup besar yaitu 7.000 kal/mol
ATP.Oleh karena itu ikatan antara gugus fosfat dinamakan “ikatan berenergi
tinggi” dan diberi tanda ~ . Dalam tubuh,ATP dan UTP berfungsi sebagai
penyimpan energi yang diperoleh dariproses oksidasi senyawa-senyawa dalam
makanan kita untuk kemudian dibebaskan apabila energi tersebut diperlukan.
2.3.4. Polinukleotida
2.4.
Struktur DNA dan RNA
2.4.1. Deoxyribonucleid
Acid ( DNA )
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:
1. Memiliki
gugus gula deoksiribosa.
2. Basa
nitrogennya guanin (G), sitosin (C), timin (T) dan adenin (A).
3. Memiliki
rantai heliks ganda anti parallel
4. 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.
5. Makromolekul
dengan Mr yang sangat besar.
6. Terdiri
dari mononukleotida utama : dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
7. Setiap
spesies/organisme mononukleotida utamanya mempunyai perbandingan, urutan dan
berat molekul (Mr) yang spesifik.
8. Pada
sel prokariotik (mengandung hanya satu kromosom) DNA nya merupakan makromolekul
tunggal dengan Mr = 2 x 109.
9. Pada
sel eukariotik (mengandung banyak kromosom) mempunyai banyak molekul DNA dengan
Mr yang sangat besar.
10. DNA
terutama terdapat dalam inti sel (DNA inti) bergabung dengan protein histon.
11. Juga
bisa terdapat pada sitoplasma (DNA sitoplasma), dalam mitokondria, dalam
khloroplas.
12. Pada
sel bakteri selain terdapat dalam inti sel juga bisa pada sel membran = mesosom
dan dalam sitoplasma di luar kromosom = plasmid/episom.
13. DNA
normal dari suatu spesies yang berbeda menunjukkan adanya keteraturan
(regularitas)
CHARGAFF’S RULES :
a. Komposisi
basa dari DNA suatu organisme adalah tetap pada semua sel nya dan mempunyai karakteristik
tertentu,
b. Komposisi
basa dari DNA bervariasi dari suatu organisme dengan organisme lainnya dinyatakan
dengan dissymmetry ratio : (A + T) / (G + C)
c. Komposisi
basa dari suatu spesies tidak berubah oleh umur, keadaan nutrisi, ataupun
lingkungan.
d. Jumlah
adenin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan jumlah timin (A = T).
e. Jumlah
guanin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan jumlah sitosin (G=C).
f. Jumlah
total basa purin dalam DNA suatu organism selalu sama dengan jumlah total basa
pirimidin : (A + G) = (T + C).
Struktur DNA
•
DNA terdiri atas dua rangkaian heliks anti-paralel (paralel berlawanan arah)
yang melilit ke kanan suatu poros.
•
Ukuran lilitan adalah 36 Å, yang mengandung 10.5 pasangan basa per putaran.
•
Kerangka yang berselang-seling antara
gugus deoksiribosa dan fosfat terletak di bagian luar.
•
Ikatan hidrogen antara basa purin dan
pirimidin terletak di bagian dalam.
2.4.2. Ribonukleat Acid ( RNA )
Asam
ribonukleat adalah salah satu polimer yang terdiri atas molekul-molekul
ribonukleotida. Seperti DNA, asam ribonukleat ini terbentuk oleh adanya ikatan
antara atom C nomer 3 dengan atom C nomer 5 pada molekul ribose dengan
perantaraan gugus fosfat. Dibawah ini adalah gambar struktur sebagian dari
molekul RNA :
1. Terdiri
dari rantai tunggal poliribonukleotida
2. Hampir
seluruhnya terdapat di sitoplasma, juga terdapat pada virus.
3. Rantai
tunggal Chargaff’s Rules tidak berlaku
4. Ada
3 macam : mRNA (messenger-RNA), rRNA (ribosomal-RNA), tRNA (transfer-RNA).
a. mRNA
√ basa nya : A, G, C dan
U
√ disintesis dalam inti
sel pada proses transkripsi
√ pembawa informasi
genetik dari DNA untuk sintesis protein
√ Umurnya pendek
mengalami degradasi/resintesis
b. r
RNA
√ bagian terbanyak dari
RNA dalam sel (80%)
√ Merupakan 60% dari
berat ribosom
√ Basa utamanya : A, G,
C, U
c. tRNA
√ molekul
yang kecil
√ basanya
: A, G dan U yang termetilasi.
√ jumlahnya
hanya sedikit dari total RNA dalam sel
√ mengangkut (transport) asam amino spesifik ke
ribosom untuk proses sintesis protein
2.4.3. Perbedaan DNA dan RNA
RNA
|
KOMPONEN
|
DNA
|
A,
Adenin
G,
Guanin
C,
Sitosin
U,
Urasil
Ribosa
Asam
Fosfat (H3PO4)
|
Basa
N Organik
Gula
Fosfat
|
A,
Adenin
G,
Guanin
C,
Sitosin
T,
Timin
Deoksiribosa
Asam
Fosfat (H3PO4
|
2.5.
Sintesis RNA dan DNA
2.5.1. Sintesis
RNA
Sintesis
RNA biasanya dikatalisis oleh enzim DNA-RNA polymerase menggunakan sebagai
template, sebuah proses yang dikenal sebagai transkripsi. Inisiasi transkripsi
dimulai dengan pengikatan enzim ke urutan promotor dalam DNA (biasanya
ditemukan "upstream" dari gen).
DNA
helix ganda dibatalkan oleh aktivitas helikase enzim. Enzim kemudian berlanjut
sepanjang untai template dalam arah 3 'to 5', mensintesiskan molekul RNA
komplementer dengan elongasi terjadi di 5 'ke 3' arah. Urutan DNA juga
menentukan di mana berakhirnya sintesis RNA akan terjadi. RNA sering
dimodifikasi oleh enzim setelah transkripsi. Misalnya, poli dan topi 5
'ditambahkan ke mRNA eukariotik intron pra-dan dikeluarkan oleh spliceosome.
Ada
juga sejumlah polimerase RNA RNA-tergantung yang menggunakan RNA sebagai
template mereka untuk sintesis untai baru RNA. Sebagai contoh, sejumlah virus
RNA (seperti virus polio) menggunakan jenis enzim untuk mereplikasi materi
genetic mereka. Juga, RNA-dependent RNA polimerase merupakan bagian dari jalur
interferensi RNA di banyak organisme.
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 polymerase 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.
1. 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.
2. Elongasi
Saat
RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA membuka pilinan heliks ganda DNA, sehingga
terbentuklah molekul RNA yang akan lepas dari cetakan DNAnya.
3. 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.
2.5.2. Sintesis
DNA
Sintesis
DNA disini dimaksud adalah replikasi DNA yaitu proses perbanyakan bahan
genetic. Pengkopian rangkaian molekul bahan genetic ( DNA atau RNA) sehingga
dihasilkan molekul anakan yang sangat identik.
Model
replikasi DNA secara semikonservatif menunjukkan bahwa DNA anakan terdiri atas
pasangan untaian DNA induk dan untaian DNA hasil sintesis baru.
Model
ini memberikan gambaran bahwa untaian DNA induk berperanan sebagai cetakan
(template) bagi pembentukan untaian DNA baru. Model ini memberikan gambaran
bahwa untaian DNA induk berperanan sebagai cetakan (template) bagi pembentukan
untaian DNA baru.
Komponen
utama Replikasi, adalah sebagai berikut :
1. DNA
cetakan, yaitu molekul DNA atau RNA yang akan direplikasi.
2. Molekul
deoksiribonukleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP, dan dGTp.
Deoksiribonukleotida terdiri atas tiga komponen yaitu: (i) basa purin atau
pirimidin, (ii) gula 5-karbon( deoksiribosa) dan (iii) gugus fosfat.
3. Enzim
DNA polimerase, yaitu enzim utama yang mengkatalisi
proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA.
4. Enzim
primase, yaitu enzim yang mengkatalisis sintesis primer
untuk memulai replikasi DNA.
5. Enzim
pembuka ikatan untaian DNA induk, yaitu enzim helikase dan enzim lain
yang membantu proses tersebut yaitu enzim girase.
6. Molekul
protein yang menstabilkan untaian DNA yang sudah terbuka,yaitu protein SSB (single
strand binding protein).
7. Enzim
DNA ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk menyambung
fragmen fragmen DNA.
Mekanisme dasar
replikasi, adalah sebagai berikut :
1. Denaturasi
(pemisahan) untaian DNA induk,
2. Peng-"awal"-an(
initiation, inisiasi) sintesis DNA.
3. Pemanjangan
untaian DNA,
4. Ligasi
fragmen-fragmen DNA, dan
5. Peng-"akhir"-an
(termination, terminasi) sintesis DNA.
Sintesis untaian DNA yang baru akan dimulai segera
setelah kedua untaian DNA induk terpisah membentuk garpu replikasi Pemisahan
kedua untaian DNA induk dilakukan oleh enzim DNA helikase. Sintesis DNA berlangsung
dengan orientasi 5' P 3'-OH. Oleh karena ada dua untaian DNA cetakan yang
orientasinya berlawanan, maka sintesis kedua untaian DNA baru juga berlangsung
dengan arah geometris yang berlawanan namun semuanya tetap dengan orientasi 5'
3'.
Sintesis untaian DNA baru yang searah dengan
pembukaan garpu replikasi dapat berlangsung tanpa terputus (sintesis secara
kontinu). Untaian DNA yang disintesis secara kontinu semacam ini disebut
sebagai untaian DNA awal (leading strand). Sintesis untaian DNA baru
yang searah dengan pembukaan garpu replikasi dapat berlangsung tanpa terputus (sintesis
secara kontinu). Untaian DNA yang disintesis secara kontinu semacam ini
disebut sebagai untaian DNA awal (leading strand).
Pada untaian DNA awal, polimerisasi DNA berlangsung
secara kontinu sehingga molekul DNA baru yang disintesis merupakan satu unit.
Pada untaian DNA awal, polimerisasi DNA berlangsung secara kontinu sehingga
molekul DNA baru yang disintesis merupakan satu unit. Fragmen-fragmen DNA
pendek yang disintesis tersebut disebut fragmen Okazaki, karena fenomena
sintesis DNA secara diskontinu tersebut pertama kali iungkapkan oleh Reiji
Okazaki pada tahun 1968.
2.6.
Transkripsi dan Translasi
2.6.1. Transkripsi
Transkripsi
adalah proses penyalinan kode-kode genetik yang ada pada urutan DNA meniadi
molekul RNA. Transkripsi adalah proses yang mengawali ekspresi sifat-sifat
genetik yang nantinya akan muncul sebagai fenotipe. Urutan nukleotida pada
salah satu untaian molekul RNA digunakan sebagai cetakan (template) untuk sintesis
molekul RNA yang komptementer.
Mekanisme Dasar Transkripsi adalah sebagai berikut :
Transkripsi
(sintesis RNA) dilakukan melalui beberapa tahapan yaitu:
1. Faktor-faktor
yang mentendalikan transkripsi menempel pada bagian promoter.
2. Penempelan
faktor-faktor pengendali transkripsi menyebabkan terbentuknya kompleks promoter
yang terbuka (open promoter complex).
3. RNA
pofimerase membaca cetakan (DNA template) dan mulai melakukan pengikatan
nukleotida yang komplementer dengan cetakannya.
4. Setelah
terjadi proses pemanjangan untaian RNA hasil sintesis, selanjutnya diikuti
dengan proses pengakhiran (terminasi) transkripsi yang ditandai dengan
pelepasan RNA polimerase dari DNA yang ditranskripsi
Karakter Kimiawi Transkripsi adalah
sebagai berikut :
1. Prekursor
untuk sintesis RNA adalah empat macam ribonukleotida yaitu 5'-trifosfat ATP GTP
CTP dan UTP (pada RNA tidak ada thymine).
2. Reaksi
polimerisasi RNA pada prinsipnya sama dengan polimerisasi DNA, yaitu dengan
arah 5' 3'.
3. Urutan
nukleotida RNA hasil sintesis ditentukan oleh cetakannya yaitu urutan DNA yang
ditranskripsi. Nukleotida RNA yang digabungkan adalah nukleotida yang
komplementer dengan cetakannya. Sebagai contoh, jika urutan DNA yang
ditranskripsi adalah ATG, maka urutan nukleotida RNA yang digabungkan adalah
UAC.
4. Molekul
DNA yang ditranskripsi adalah molekul untai-ganda tetapi yang berperanan
sebagai cetakan hanya salah satu untaiannya.
5. Hasil
transkripsi berupa molekul RNA untai tunggal.
2.6.2. 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).
Kodon
(kode genetik)
Kodon
(kode
genetik) adalah urutan nukleotida yangterdiri atas 3 nukleotida yanq berurutan
(sehingga sering disebut sebagai triplet codon, yang menyandi suatu kodon asam
amino tertentu, misalnya urutan ATG (AUG pada mRNA) mengkode asam amino
metionin, Kodon inisiasi translasi merupakan kodon untuk asam amino metionin
yang mengawali struktur suatu polipeptida (protein). Pada prokaryot, asam amino
awal tidak berupa metionin tetapi formil metionin (fMet).
Ada
beberapa aspek yang perlu diketahui mengenai kode genetik, yaitu:
•
Kode genetik bersifat tidak saling
tumpang-tindih (non-overlappind kecuali pada kasus tertentu, misalnya pada
bakteriofag
•
Tidak ada sela (gap) di antara kodon
satu dengan kodon yang lain.
•
Tidak ada koma di antara kodon.
•
Kodon bersifat degenerotea, buktinya ada
beberapa asam amino yang mempunyai lebih dari satu kodon.
•
Secara umum, kodon bersifat hampir
universal karena pada beberapa organel jasad tinggi ada beberapa kodon yang
berbeda dari kodon yang digunakan pada sitoplasm.
•
Dalam proses translasi, setiap kodon
berpasangan dengan antikodon yang sesuai yang terdapat pada molekul tRNA.
•
Sebagai contoh, kodon metionin (AUG) mempunyai
komplemennya dalam bentuk antikodon UAC yang terdapat pada tRNAMet
•
Pada waktu tRNA yang membawa asam amino
diikat ke dalam sisi A pada ribosom, maka bagian antikodonnya berpasangan
dengan kodon yang sesuai yang ada pada sisi A tersebut.
•
Oleh karena itu, suatu kodon akan
menentukan asam amino yang disambungkan ke dalam polipeptida yang sedang
disintesis di dalam ribosom
Proses Translasi
Dalam proses translasi,
setiap kodon berpasangan dengan antikodon yang sesuai yang terdapat pada
molekul tRNA. Sebagai contoh, kodon metionin (AUG) mempunyai komplemennya dalam
bentuk antikodon UAC yang terdapat pada tRNAMet. Pada waktu tRNA yang membawa
asam amino diikat ke dalam sisi A pada ribosom, maka bagian antikodonnya
berpasangan dengan kodon yang sesuai yang ada pada sisi A tersebut. Oleh karena
itu, suatu kodon akan menentukan asam amino yang disambungkan ke dalam
polipeptida yang sedang disintesis di dalam ribosom.
Sebelum inisiasi
translasi di lakukan, diperlukan molekul tRNA (aminoasil tRNA) yang berfungsi
membawa asam amino spesifik.
Inisiasi translasi
(eukariyot)
•
Kodon inisiasi adalah metionin
•
Molekul tRNA inisiator disebut sebagai
tRNAiMet.
•
Ribosom bersama-sama dengan tRNAiMet
dapat menemukan kodon awal dengan cara berikatan dengan ujung 5' (tudung),
kemudian melakukan pelarikan (scanning) transkrip ke arah hilir (dengan arah 5'
3') sampai menemukankodon awal (AUG).
•
Menurut model scanning tersebut, ribosom
memulai translasi pada waktu menjumpai sekuens AUG yang pertama kali
Meskipun
demikian, penelitian pada 699 mRNA eukaryot menunjukkan bahwa sekitar 5-1 0%
AUG yang pertama bukanlah kodon inisiasi.
•
Pada kasus semacam ini, ribosom akan
melewati satu atau dua AUG sebelum melakukan inisiasi translasi.
•
Sekuens AUG yang dikenali sebagai kodon
inisiasi adalah sekuens yang terletak pada sekuens konsensus CCRCCAUGG (R
adalah purin: A atau G).
•
Pengenalan sekuens AUG sebagai kodon
inisiasi banyak ditentukan oleh tRNAiMet.
•
Perubahan antikodon pada tRNAiMet
menyebabkan dikenalinya kodon lain sebagai kodon inisiasi
Pemanjangan
polipeptida
• Proses
pemanjangan polipeptida disebut sebagai proses elongation yang secara umum
mempunyai mekanisme yang serupa pada prokaryot dan eukaryot.
• Proses
pemanjangan terjadi dalam tiga tahapan, yaitu: (1) pengikatan aminoasil-tRNA
pada sisi A yang ada di ribosom,( 2) pemindahan rantai polipeptida yang tumbuh
dari tRNA yang ada pada sisi P ke arah sisi A dengan membentuk ikatan peptida,
dan (3) translokasi ribosom sepanjang mRNA ke posisi kodon selanjutnya yang ada
di sisi A. Di dalam kompleks ribosom, molekul fMet- tRNAiMet
menempati sisi P (peptidil).
Sisi
yang lain pada ribosom, yaitu sisi A (aminoasil), masih kosong pada saat awal sintesis
protein.
•
Molekul tRNA pertama tersebut (fMet-
tRNAiMet ) berikatan dengan kodon AUG (atau GUG) pada mRNA melalui
antikodon-nya.
•
Tahap selanjutnya adalah penyisipan
aminoasil-tRNA pada sisi A. Macam tRNA (serta asam amino yang dibawa) yang
masuk pada sisi A tersebut tergantung pada kodon yang terletak pada sisi A.
•
Penyisipan aminoasil-tRNA yang masuk ke
posisi A tersebut dilakukan oleh suatu protein yang disebut faktor pemanjangan
Tu (elongotion factor Tu, EF-Tu).
Terminasi
•
Translasi akan berakhir pada waktu salah
satu dari ketiga kodon terminasi (UAA, UGA, UAG) yang ada pada mRNA mencapai
posisi A pada ribosom.
•
Dalam keadaan normal tidak ada
aminoasil-tRNA yang membawa asam amino sesuai dengan ketiga kodon tersebut.
•
Oleh karena itu, jika ribosom mencapai
salah satu dari ketiga kodon terminasi tersebut, maka proses translasi berakhir.
2.7.
Kelainan Penyakit yang disebabkan oleh DNA dan RNA
1. Influenza akibat virus Influenza.RNA
2. AIDS akibat virus HIV,/human Immuno deficiensy
Virus. RNA
3. Kangker servix/Kangker leher rahim akibat Virus
HPV/Human Pappiloma Virus
4. Penyakit polio yang disebabkan oleh Poliovirus. RNA
5. Hepatitis akibat Hepatitis C.RNA
6. DBD Akibat Dengue virus. RNA
7. Penyakit encephalitis akibat California encephalitis
virus (CE).RNA
8. Diare epidemik pada anak-anak akibat Rotavirus. RNA
9. Campak Jerman Akibat virus rubella. RNA
10. Flu burung akibat virus Influenza tipe A Sub
H5N1.RNA
11. Herpes akibat herpesviruscYang termasuk DNA
12. Campak disebabkan oleh virus paramyxovirus
13. Cacar air disebabkan oleh virus Herpesvirus
varicellae
14. Polio
disebabkan oleh poliovirus
15. Penyakit gondong disebabkan oleh paramyxovirus
16. Demam Ebola akibat virus ebola
17. SARS (Severe Acute Respirotory Syndrome) disebabkan
oleh virus Corona mamalia
18. Rabies Disebabkan oleh virus rabies.
19. Campak (Morbili) Penyakit ini disebabkan oleh
morbivirus
20. Kanker (tumor ganas) Penyakit ini disebabkan oleh
virus onkogen
2.8.
Fungsi dan Peranan Asam Nukleat
DNA mengandung gen, informasi yang
mengatur sintesis protein dan RNA. DNA mengandung bagian-bagian yang menentukan
pengaturan ekspresi gen (promoter, operator, dan lain-lain.). Ribosomal RNA
(rRNA) merupakan komponen dari ribosom, mesin biologis pembuat protein
Messenger RNAs (mRNA) merupakan bahan pembawa informasi genetik dari gen ke
ribosom. Transfer RNAs (tRNAs) merupakan bahan yang menterjemahkan informasi
dalam mRNA menjadi urutan asam amino RNAs memiliki fungsi-fungsi yang lain, di
antaranya fungsi-fungsi katalis. Asam nukleat merupakan molekul raksasa yang
memiliki fungsi khusus yaitu, menyimpan informasi genetik dan menerunkannya
kepada keturunanya. Susunan asam nukleat yang menentukan apakah mahluk itu
menjadi hewan , tumbuhan, maupun manusia. Begitu pula susunan dalam sel, apakah
sel itu menjadi sel otot maupun sel darah.
Beberapa fungsi penting asam nukleat
adalah menyimpan, menstransmisi, dan mentranslasi informasi genetik;
metabolisme antara(intermediary metabolism) dan reaksi-reaksi informasi energi;
koenzim pembawa energi; koenzim pemindah asam asetat, zat gula, senyawa amino
dan biomolekul lainnya; koenzim reaksi oksidasi reduksi.
Peranan dari DNA dan RNA sebagai bahan
keturunan memberikan suatu kontras yang menarik dalam hal fungsi biologis dari
dua kelas makromolekul ini. RNA memperlihatkan keragaman biomolekul yang biasa
dengan memiliki fungsi selular dan viral yang khas. Di pihak lain , DNA
merupakan contoh yang jarang dari suatu makromolekul yang melakukan fungsi
tunggal yang sama dalam virus, prokariota, dan eukariota. Sebagai pembawa
informasi genetika dari semua system selular , DNA mempertahankan kemurnian
fungsi sepanjang evolusi biologi. Pemanfaatan yang menguntungkan dari DNA oleh
alam untuk melestarikan spesies tampaknya tidak memungkinkan untuk beragam
fungsi dari makromolekul ini.
BAB
III
KESIMPULAN
DAN SARAN
3.1. Kesimpulan
Asam nukleat adalah biopolymer yang
berbobot molekul tinggi dengan unit monomernya mononukleotida. Asam Nukleat
juga merupakan senyawa majemuk yang dibuat dari banyak nukleotida. Asam nukleat dalam sel ada dua jenis yaitu DNA
(deoxyribonucleic acid ) atau asam deoksiribonukleat dan RNA (ribonucleic acid
) atau asam ribonukleat.
Deoxyribonucleid Acid ( DNA ), 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. Asam
ribonukleat adalah salah satu polimer yang terdiri atas molekul-molekul
ribonukleotida.
Sintesis RNA biasanya dikatalisis oleh
enzim DNA-RNA polymerase menggunakan sebagai template, sebuah proses yang
dikenal sebagai transkripsi.Sintesis DNA adalah replikasi DNA yaitu proses
perbanyakan bahan genetic
Transkripsi adalah proses penyalinan
kode-kode genetik yang ada pada urutan DNA meniadi molekul RNA. Transkripsi
adalah proses yang mengawali ekspresi sifat-sifat genetik yang nantinya akan
muncul sebagai fenotipe. Translasi adalah proses penerjemah urutan nucleotida
yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun
suatu polipeptida atau protein.
Kelainan penyakit yang disebabkan oleh
RNA dan DNA banyak , salah satunya influenza. Beberapa fungsi penting asam
nukleat adalah menyimpan, menstransmisi, dan mentranslasi informasi genetik;
metabolisme antara(intermediary metabolism) dan reaksi-reaksi informasi energi;
koenzim pembawa energi; koenzim pemindah asam asetat, zat gula, senyawa amino
dan biomolekul lainnya; koenzim reaksi oksidasi reduksi. Peranan dari DNA dan
RNA sebagai bahan keturunan memberikan suatu kontras yang menarik dalam hal
fungsi biologis dari dua kelas makromolekul ini. RNA memperlihatkan keragaman
biomolekul yang biasa dengan memiliki fungsi selular dan viral yang khas.
3.2.
Saran
Dengan
adanya makalah ini diharapkan para pembaca dapat mengetahui lebih banyak lagi
tentang Asam Nukleat guna menambah wawasan untuk pembelajaran.
DAFTAR PUSTAKA
Anonymous.c.2011.http://www.scribd.com/doc/41966467/Resume-Asam-Nukleat.
Dryer,
L Robert.1994.BIOKIMIA suat pendekatan berorientasi kasus.UI
press.Jakarta
Poedjiadi,
Anna. 2005.Dasar-dasar Biokimia.UI press.Jakarta
Robinsson,
Trevor. 1995.Kandungan Organik Tumbuhan Tinggi.ITB
press.Bandung
