ASAM NUKLEAT

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 essensialdapat 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 diketahuiInti 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