NUKLEOTIDA DAN ASAM NUKLEAT Deoksiribonukleotida

ASAM NUKLEAT
SEJARAH PENEMUAN ASAM NUKLEAT
1879, Albrecht Kossel menemukan asam
nukleat yang tersusun oleh suatu
gugus gula, gugus fosfat, dan gugus
basa
GULA RIBOSA
• Gula pada asam
nukleat adalah ribosa.
• Ribosa (b-D-furanosa)
adalah gula pentosa
(jumlah karbon 5).
• Perhatikan penomoran.
• Dalam penulisan diberi
tanda prime(') untuk
membedakan
penomoran pada basa
nitrogen
5
4
1
3
2
PERHATIKAN
• Ikatan gula ribosa dengan basa nitrogen (pada atom
karbon nomor 1).
• Ikatan gula ribosa dengan gugus fosfat (pada atom
karbon nomor 5).
• Gugus hidroksil pada atom karbon nomor 2
BASA NITROGEN
• Basa nitrogen berikatan dengan ikatan-b pada
atom karbon nomor1' dari gula ribosa atau
deoksiribosa.
• Pirimidin berikatan ke gula ribosa pada atom N-1
dari struktur cincinnya.
• Purin berikatan ke gula ribosa pada atom N-9 dari
struktur cincinnya.
BASA PIRIMIDIN DAN PURIN
Perhatikan struktur cincinnya
BASA-BASA DALAM ASAM NUKLEAT
GUGUS FOSFAT
Nukleosida (Gula Ribosa yang berikatan dengan
basa nitrogen) + satu atau lebih gugus fosforil
disebut nukleotida.
RIBONUKLEOTIDA
• Gula ribosa yang berikatan
dengan basa nitrogen (dalam
contoh di samping adalah suatu
pirimidin, urasil dan sitosin)
pada atom karbon nomor 1‘nya
disebut ribonukleosida (dalam
contoh di samping adalah uridin
dan sitidin).
• Ribonukleosida yang
terfosforilasi pada atom karbon
nomor 5‘nya disebut
ribonukleotida (dalam contoh di • Penyampaian ribonukleotida
samping adalah uridilat atau
biasana dalam bentuk singkatan
sitidilat)
(misalnya) U, atau UMP (uridin
monofosfat)
RIBONUKLEOTIDA UTAMA
Perhatikan atom N9 (pada purin) dan N1 (pada
pirimidin) yang berikatan dengan atom C nomor 1’
dari ribosa
KERAGAMAN IKATAN FOSFAT
• Hidrolisis RNA oleh enzim
menghasilkan ribonukleosida 5’mono-fosfat atau ribonukleosida
3'-monofosfat.
KERAGAMAN JUMLAH FOSFAT
2
1
3
Nucleosida mono-, di-, dan trifosfat
ASAM NUKLEAT
Monomer nukleotida dapat berikatan satu
sama lain melalui ikatan fosfodiester
antara -OH di atom C nomor 3‘nya
dengan gugus fosfat dari nukleotida
berikutnya.
Kedua ujung poli- atau oligonukleotida
yang dihasilkan menyisakan gugus
fosfat di atom karbon nomor 5'
nukleotida pertama dan gugus
hidroksil di atom karbon nomor 3'
nukleotida terakhir.
KERANGKA GULA-FOSFAT
• Oleh karenanya kerangka dasar polinukleotida atau asam nukleat
tersusun atas residu fosfat dan ribosa yang berselang-seling.
• Urutan basa dalam polinukleotida ditulis dari ujung yang memiliki
gugus fosfat di atom karbon nomor 5' ke ujung yang memiliki
gugus hidroksil di atom karbon nomor 3‘, atau biasa disebut ujung
5' ke 3': 5'-ATGCTAGC-3'
• Perhatikan bahwa kerangka dasar polinukleotida memiliki muatan
negatif.
BASA NITROGEN DAPAT BERPOSISI
SYN- ATAU ANTI-
KONFORMASI KERANGKA DASAR
GULA-FOSFAT
• Polinukleotida memiliki
kebebasan berotasi tak terbatas,
kecuali pada kerangka cincin
ribosanya.
NUKLEOTIDA DAN ASAM NUKLEAT
Ribonukleotida adalah
penyusun RNA
Ribonukleotida
RNA
KOMPOSISI BASA PENYUSUN
ASAM NUKLEAT
Organisme
A
G
C
T
Escherichia coli
24,7
26,0
25,7
23,6
Khamir
31,3
18,7
17,1
32,9
Gandum
27,3
22,7
22,8
27,1
Salmon
29,7
20,8
20,4
29,1
Ayam
28,8
20,5
21,5
29,3
HASIL PENELITIAN CHARGAFF
1.
2.
3.
4.
Asam nukleat yang diisolasi dari berbagai
jaringan organisme yang sama memiliki
komposisi basa yang sama
Komposisi basa Asam nukleat beragam pada
organisme yang berbeda
Komposisi basa Asam nukleat suatu spesies
tidak berubah oleh umur, nutrisi, dan
lingkungan
Jumlah residu adenin selalu setara dengan
jumlah residu timin, sedangkan jumlah residu
guaninn selalu setara dengan jumlah residu
sitosin
KESIMPULAN PENELITIAN CHARGAFF
Asam nukleat merupakan bahan penentu
sifat mahluk hidup
 Asam nukleat diturunkan/ditransfer dari
induk ke keturunannya

MASALAH RNA: KETIDAKSTABILAN

DNA, yang memiliki H sebagai pengganti OH di
atom C nomor 2’, lebih stabil
RIBOSA vs DEOKSIRIBOSA
• Turunan penting dari
ribosa adalah 2'deoksiribosa, sering
hanya disebut
deoksiribosa, yang pada
karbon nomor 2‘nya OH
digantikan oleh H.
• Deoksiribosa ditemukan di
DNA (deoxyribonucleic
acid)
• Ribosa ditemukan di RNA
(ribonucleic acid).
• Penggantian –OH oleh H
di atom C nomor 2
mempengaruhi struktur!
DNA
RNA
DEOKSIRIBONUKLEOTIDA – PENYUSUN DNA
• Gula 2'-deoksiribosa yang
berikatan dengan basa nitrogen
(dalam contoh di samping
adalah purin - adenin dan guanin)
pada atom karbon nomor 1‘nya
disebut deoksiribonukleosida
(dalam contoh di samping
adalah deoksiadenosin dan
deoksiguanosine).
• Deoksiribonukleosida yang
terfosforilasi pada atom karbon
nomor 5‘nya disebut
Deoksiribonukleotida (dalam
contoh di samping adalah
deoksiadenilat dan
deoksiguanilat).
Penyampaian Deoksiribonukleotida
biasanya dalam bentuk singkatan
(misalnya) A, atau dA (deoksiA),
atau dAMP (deoksiadenosin
monofosfat)
DEOKSIRIBONUKLEOTIDA UTAMA
PENAMAAN NUKLEOTIDA (1)
PENAMAAN NUKLEOTIDA (2)
ASAM NUKLEAT
Monomer nukleotida dapat
berikatan satu sama lain melalui
ikatan fosfodiester antara -OH
di atom C nomor 3‘nya dengan
gugus fosfat dari nukleotida
berikutnya.
Kedua ujung poli- atau
oligonukleotida yang dihasilkan
menyisakan gugus fosfat di
atom karbon nomor 5'
nukleotida pertama dan gugus
hidroksil di atom karbon nomor
3' nukleotida terakhir.
IKATAN HIDROGEN ANTAR
RANGKAIAN BASA DNA
Watson-Crick base pairing
NUKLEOTIDA DAN ASAM NUKLEAT
Deoksiribonukleotida adalah
penyusun DNA
H
Deoksiribonukleotida
DNA
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 berselangseling antara gugus
deoksiribosa dan fosfat
terletak di bagian luar.
• Ikatan hidrogen antara basa
purin dan pirimidin terletak d
bagian dalam.
RANGKAIAN BENANG DNA
• Basa penyusun suatu benang DNA
yang antiparallel tidak sama
melainkan bersifat komplemen
terhadap benang pasangannya.
• Basa C berpasangan dengan G,
sedangkan A dengan T. Hal ini
sangat bemanfaat dalam kaitan
untuk penyimpanan dan
pemindahan.

seperti halnya protein, asam nukleat juga
mempunyai struktur primer, sekunder dan tersier
 asam nukleat mempunyai arah sense
- Mempunyai individualitas  ditentukan dari
urutan basa nitrogennya  disebut sebagai
struktur primer
- Informasi genetik ada pada struktur primer
A
C
3’
G
3’
P
3’
P
P
5’
P
5’
T
3’
P
5’
C
P
5’
ACGTC
3’
OH
5’
Struktur sekunder

Double helix
 Watson n Crick  menjawab struktur 3D DNA dgn Xray diffraction pattern : hsl penelitian Rosalind
Franklin
 Mampu menyimpulkan bahwa :
 mempunyai struktur double helix
 dengan 10 basa setiap putaran
 putaran 360,
 basa Nitrogen A-T , G – C
 cekukan mayor and minor
 double helix memutar ke kanan
 self replication
Semikonservatif pd Replikasi
DNA
Mekanisme pengkopian
DNA  melibatkan
pembukaan double helix
Setiap rantai menjadi
pola / templat untuk pita
baru
Semi konservatif  apa
beda dengan konservatif
dan dispersive?
X-ray diffraction : ada 2 macam
 Yg telah diterjemahkan struktur 3 D nya
: B form
 Bentuk yang umum adalah B form
 A form  RNA double helix
 Gugus OH pd RNA  tidak
memungkinkan melipat lebih dekat 
membentuk A form yang lebih lebar

Dalam kondisi normal (kondisi fisiologis)  DNA
relatif stabil
Kadang menjadi tidak stabil  krn proses2 replikasi,
transkripsi

Disosiasi double helix DNA  denaturasi
 apabila DNA dipanaskan diatas melting
temperaturnya (Tm) maka double helix
akan terbuka
 Tm  tergantung pada rasio
(G+C)/(A+T)
 G/C content dapat dihitung dengan
(G+C) / (Total Basa N) x 100%
RNA
Ada 4 mcm





Hn RNA
mRNA
rRNA
tRNA
snRNA





hnRNA  heterogeonous nuclear RNA  merupakan
hasil transkripsi langsung dr DNA
mRNA 
 telah mengalami proses posttranskripsi 
menghilangkan intron
 informasi genetik  dlm btk codon
(urutan 3 nukleotida)
rRNA 
 Komponen ribosom dimana translasi berlangsung
tRNA 
 Menerjemahkan kode genetik
 Menghubungkan antara asam nukleat dengan asam
amino  protein
snRNA 
 Small nuclear RNA  membantu proses splicing
dalam post transkripsi proses
Transfer RNA (tRNA)
composed of 
a nucleic acid and
a specific amino acid
 provide the link between
the nucleic acid sequence
of mRNA and the amino
acid sequence it codes
for.
Structure of tRNAs
An anticodon  a
sequence of 3 nucleotides
in a tRNA that is
complementary to a
codon of mRNA
Fungsi biologis


DNA sebagai pembawa
informasi genetik
 DNA  komponen dr
kromosom
Fungsi yang lain:
 Nukleotida sbg
pembawa energi
 Nukleotida sebagi
koensim
 enzim
DIMANA ASAM NUKLEAT BERPERAN?
• DNA mengandung gen, informasi yang mengatur
sintesis protein dan RNA.
• DNA mengandung bagian-bagian yang menentukan
pengaturan ekspresi gen (promoter, operator, dll.)
• 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
Metabolisme Asam Nukleat




Merupakan proses metabolisme informasi, yang
berbeda dgn metabolisme-metabolisme yang
telah dipelajari sebelumnya: metabolisme
intermediate  ensim berperanan dlm setiap
reaksi yg terjadi.
Proses perlekatan substrat dan menghasilkan
produk
Metabolisme informasi  ada cetakan yang
perlu diterjemahkan menjadi produk.
Cetakan  DNA atau RNA, proses juga
melibatkan berbagai enzim
Proses utama dlm
metabolisme informasi:
1. Replikasi DNA berperan
sbg cetakan untuk
sintesisnya sdr
2. Transkripsi  Informasi
yang ada pada DNA
menentukan RNA yang
diproduksi
3. Translasi  RNA berperan
sbg cetakan untuk sintesis
suatu rantai polipeptida ttt



Replikasi dan transkripsi hanya menggunakan
4 nukleotida
Translasi  mengubah bahasa nukleotida yg
terdiri dari 4 nukleotida menjadi bahasa protein
yang terdiri dari 20 huruf asam amino
Persamaan replikasi, transkripsi dan translasi
 membutuhkan cetakan
 proses terdiri dari inisiasi, elongasi dan
terminasi
Replikasi
Secara konsep sederhana
Proses mekanismenya 
komplek
Kesederhanaannya  krn
konsep dr Watson & Crick
Transfer informasi melibatkan pembukaan double
helix DNA yang diikuti secara bersamaan dengan
pembentukan dua pita baru pasangan dari pita
DNA yang lama
•Replikasi dimulai pada suatu
lokasi tertentu
• arah dari replikasi tidak
semuanya sama
• Sintesis DNA selalu dengan
arah 5’  3”
• leading strand  disintesis
secara kontinyu
• langging strand 
disintesis secara diskontinyu
 okzaki fragment
Proses inisiasi replikasi DNA
Urutan nukleotida yang secara spesifik
terikat pada protein inisiasi
 Mekanisme untuk mensintesi primer
RNA  dpt dielongasi oleh DNA
polimerase
 Inisiasi DNA replikasi pada E coli  Ori
C







Helicase  membuka double helix DNA
Primase  mensintesis primer RNA
Topoisomerase  melepaskan torsi krn proses
membukanya DNA
DNA polymerase  dimer, melakukan elongasi
baik pd lagging dan leading strand
Sliding clamp  memegang rantai polipeptida
baru dengan cetakannya
Single strand DNA binding Protein  SSBP 
menstabilkan cetakan DNA memfasilitasi
pengikatan nukleotida baru

DNA polimerasi I  menghilangkan RNA primer
yang melekat pada lagging strand DNA dan
mengganti dgn DNA,

DNA Ligase  menyambung DNA antara
okazaki fragment satu dgn yg lain
DNA polimerase



Pada sel bakteri
dikenal ada 3
macam DNA
polimerase
DNA polimerase I, II
dan III
DNA polimerase I 
mempunyai aktivitas
eksonuklease 
proof reading
Transkripsi DNA



Suatu proses untuk membaca informasi yang
disimpan dalam urutan nukleotida DNA
RNA
RNA sintesis membutuhkan ensim RNA
polimerase
Mekanisme dibagi menjadi 3
 Inisiasi
 Elongasi
 Terminasi
Translasi DNA
Translation  adalah proses membaca
kodon dan menggabungkan asam amino
yang sesuai bersama-sama dengan ikatan
peptida.
 Komponen proses translasi
1. mRNA  consist of genetic code

2. Ribosome
3. tRNA together with a.a
4. Enzymes
Translation process consists of 3 main stages
• Initiation
• Elongation
• Termination
Initiation
Activation of amino acids for
incorporation into
proteins.
Activation of amino acids for
incorporation into proteins.
Genetic code  3 nucleotides - codon –
mengkode untuk 1 asam amino dlm suatu
protein
Codon  urutan 3 nukleotida dalam mRNA
yang menspesifikasikan penggabungan
suata asam amino ttt mjd protein.
The relationship between codons and the
amino acids they code for is called the
genetic code.
Not all codons
are used with
equal
frequency.
There is a
considerable
amount of
variation
in the patterns of
codon usage
between different
organisms.
Relationships of DNA to mRNA to
polypeptide chain.
Translation is
accomplished by the
anticodon loop of
tRNA forming base
pairs with the codon of
mRNA in ribosomes
Transfer RNA (tRNA)
composed of 
a nucleic acid and
a specific amino acid
 provide the link between
the nucleic acid sequence
of mRNA and the amino
acid sequence it codes
for.
Structure of tRNAs
An anticodon  a
sequence of 3 nucleotides
in a tRNA that is
complementary to a
codon of mRNA
Only tRNAfMet is accepted to
form
Twothe
initiation
initiation
factors
complex.
(IF1
&IF3) bind to a 70S
Allribosome.
further charged tRNAs
require
promote
fully assembled
the dissociation
(i.e.,
70S)
of 70S
ribosomes
ribosomes into free
30S and 50S subunits.
The Shine-Dalgarno
sequence
help
ribosomes
mRNA andIF2,
which
and
carries
mRNA aligns correctly for
the
- GTP
start of translation.
- the charged tRNA
Ribosome consists of
- bind
A site 
toaminoacyl
a free 30S subunit.
-
P site
After
these
peptidyl
have all
- bound,
E site the
exit30S initiation
complex is complete.
Peptide bond
formation 
catalyzed by an
enzyme
complex
called
peptidyltransferase
Peptidyltransferase
consists of some
ribosomal proteins and
the ribosomal RNA 
acts as a ribozyme.
The process
is repeated until a
termination signal is
reached.
Termination of
translation occurs when
one of the stop codons (UAA,
UAG, or UGA) appears in the
A site of the ribosome.
No tRNAs correspond to those
sequences, so no tRNA
is bound during termination.
Proteins called release factors
participate in termination
Terima Kasih