Asam Nukleat

BAB X A S A M

N U K L E A T

10.1PENDAHULUAN 10.1.1 Deskripsi Singkat Bab ini mengemukakan secara garis besar asam nukleat yang meliputi pengertian, n ukleotida, nukleosida, DNA, RNA, serta mekanisme reaksi replikasi, transkripsi d an translasi yang berhubungan dengan biosintesis protein. 10.1.2 Relevansi Pembahasan bab ini sangat berhubungan dengan metabolisme protein dan enz im. Mahasiswa akan mengetahui bagaimana hubungan antara DNA, RNA dan protein. Pe mahaman tentang asam nukleat sebagai senyawa inti sel pembawa informasi genetika dan pelaksana biosintesis protein akan mengungkapkan bagaimana senyawa senyawa ini san san gat penting untuk dasar mempelajari rekayasa genetika dan biomolekuler. 10.1.3 Tujuan Setelah mempelajari materi ini mahasiswa diharapkan dapat : 1.Menjelaskan pengertian asam nukleat 2.Menerangkan struktur nukleotida dan nukleosida 3.Menerangkan struktur DNA dan RNA 4.Menjelaskan proses replikasi dan transkripsi dari DNA 5.Menerangkan proses biosintesis protein (translasi) oleh RNA. 10.2PENYAJIAN 10.2.1 Uraian dan Contoh Friedrich Miescher (1844-1895) (1844-1895) adalah adalah orang yang mengawali mengawali pengetahuan mengenai kimia dan inti sel. Pada tahun 1868, dilaboratorium Hoppe-Syler di Tubi ngen, beliau memilih sel yang terdapat pada nanah bekas pembalut luka, kemudian sel-sel tersebut dilarutkan dalam asam encer dan dengan cara ini diperoleh inti sel yang masih terikat pada sejumlah protein. Dengan menambahkan enzim pemecah p rotein ia dapat memperoleh inti sel saja dan dengan cara ekstraksi terhadap inti sel diperoleh suatu suatu zat yang larut dalam basa tetapi tidak larut larut dalam asam. k emudian zat ini dinamakan “nuclein” sekarang dikenal dengan nama nucleoprotein. Se lanjutnya dibuktikan bahwa asam nukleat merupakan salah satu senyawa pembentuk s el dan jaringan normal. Beberapa fungsi penting asam nukleat adalah menyimpan, menstransmisi, da n mentranslasi informasi genetik; metabolisme antara(intermediary metabolism) da n reaksi-reaksi informasi energi; koenzim pembawa energi; koenzim pemindah asam asetat, zat gula, senyawa amino dan biomolekul lainnya; koenzim reaksi oksidasi reduksi. Asam nukleat dalam sel ada dua jenis yaitu DNA (deoxyribonucleic acid ) atau as am 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 gabungan antara prot ein dan asam nukleat disebut nucleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan polim er seperti protein tetapi unit penyusunnya adalah nukleotida. ATP adalah salah s atu contoh nukleotida asam nukleat bebas yang berperan sebagai pembawa energi.

Asam nukleat merupakan polimer besar dengan ukuran yang bervariasi antar a 25.000 /1.000.000 /1.000.000 s/d 1 milyar. Asam Asam nukleat baik DNA maupun RNA RNA tersusun dar i monomer nukleotida . Nukleotida tersusun dari gugus fosfat, basa nitrogen dan gula pentosa. Basa nitrogen berasal dari kolompok purin dan pirimidin. Purin uta ma asam nukleat adalah adenin dan guanin, sedangkan pirimidinnya adalah sitosin, timin dan urasil.

Nukleotida merupakan nukleosida yang gugus gula pada posisi 5’-nya mengi kat asam fosfat (gugus fosfat) dengan ikatan ester. Nukleosida terdiri atas pent osa ( deoksiribosa atau ribosa) yang mengikat suatu basa (derivat purin atau pir imidin) melalui ikatan glikosida. Pentosa yang berasal dari DNA ialah deoksiribosa dan dari RNA ialah ribo sa. Basa purin dan pirimidin yang berasal dari DNA ialah adenin, guanin, sitosin dan timin. Sedangkan basa RNA terdiri atas adenin, guanin, sitosin dan urasil. Dengan demikian nukleosida adalah penyusun nukleotida dan dapat diberi nama tri vial dan nama sistematis seperti terlihat pada tabel berikut : Tabel 10.1 Nukleosida Penyusun Asam Nukleat Monomer Asam Nukleat Nama Trivial Nama sistematis Ribonukleosida Ribosa + basa adenin Ribosa + basa guanin Ribosa + basa urasil Ribosa + basa sitosin Deoksiribonukleosida Deoksiribosa+ basa adenin Deoksiribosa+ basa guanin Deoksiribosa + basa sitosin Deoksiribosa + basa timin Adenosin Guanosin Uridin Sitidin Deoksi-adenosin Deoksi-guanosin Deoksi- sitidin Deoksi-timidin Adenin nukleosida Guanin nukleosida urasil nukleosida Sitosin nukleosida Deoksi-Adenin nukleosida Deoksi-Guanin nukleosida Deoksi- Sitosin nukleosida Deoksi-Timin nukleosida Nukleosida dalam bentuk bebas ada memiliki fungsi penting bagi kesehatan contohnya, puromisin yang berfungsi sebagai antibiotik yang menghambat sintesis protein ( dihasilkan oleh streptomyces). Arabinosil sitosin dan arabinosil aden in sebagai anti virus dan anti jamur. Nukleotida terdapat sebagai molekul bebas atau berikatan dengan dengan s

esama nukleotida membentuk asam nukleat. Contohnya dapat dilihat dalam tabel ber ikut: Tabel 10.2 Mononukleotida Penyusun Asam Nukleat DNA dan RNA Basa Nitrogen Nama Ribonukleotida (RNA) Nama deoksiribonukleotida (DNA) Adenin (A) Guanin (G) Timin (T) Sitosin (C) Urasil (U) Adenosin 5’-monofosfat (AMP) Guanosin 5’-monofosfat (GMP) ------------------Sitidin 5’-monofosfat (CMP) Uridin 5’-monofosfat (UMP) Deoksi Adenosin 5’-monofosfat (dAMP) Deoksi Guanosin 5’-monofosfat (dGMP) Deoksi Timidin 5’-monofosfat (dTMP) Deoksi Sitidin 5’-monofosfat (dCMP) -----------------Beberapa nukleotida nukleotida yang mempunyai fungsi fungsi penting dalam sel misalnya Ad enosin 5’ monofosfat (AMP), Adenosin 5’ –difosfat (ADP) dan Adenosin 5’-trifosfat (ATP) yang berperan penting dalam transfer gugus fosfat untuk menerima dan mengantar e nergi.

Gambar 10.1

Struktur AMP, ADP dan ATP

Nukleotida lain yang berbentuk siklik seperti Adenosin 3’-5’-siklik monofosf at ( AMP-siklik atau cAMP) berperan sebagai kurir sekunder dalm mengendalikan me tabolisme hormon hormon adrenalin. Nukleotida bebas bebas lain adalah guanosin siklik monofo sfat ( GMP siklik = cGMP ) yang diduga berfungsi sebagai penghambat enzim yang d irangsang oleh cAMP. Selain itu diketahui beberapa trifosfonukleotida selain ATP yang berperan dalam berbagai reaksi dalam sel. Misalnya CTP (Sitidin 5’- trifosf at) terlibat dalam biosintesis fosfolipid, UTP berperan dalam biosintesis berbag ai senyawa karbohidrat. CTP dan UTP juga digunakan dalam biosintesis RNA dan DNA

1) Struktur Asam Deoksiribonukleat (DNA) Asam ini adalah polimer yang terdiri atas molekul-molekul deoksiribonukl eotida yang terikat satu sama lain sehingga membentuk membentuk rantai polinukleotida yan yan g panjang.

Gambar 10.2 Struktur Sebagian dari DNA Molekul DNA yang panjang ini terbentuk oleh oleh ikatan antara atom C nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul deoksiribosa dengan perantaraan gugus fosfat. Secara kimia DNA mengandung karakteri/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 paralel 4. Kandungan basa nitrogen antara kedua rantai sama banyak dan berpasangan spesi fik satu dengan lain. Guanin selalu berpasangan dengan sitosin ( G –C), dan adenin berpasangan dengan timin (A - T), sehingga jumlah guanin selalu sama dengan jum lah sitosin. Demikian pula adenin dan timin. 2) Struktur Asam Ribonukleat (RNA) Asam ribonukleat adalah suatu polimer yang terdiri atas molekul-molekul ribonukleotida. Seperti DNA asam ribonukleat ribonukleat terbentuk oleh adanya ikatan antar a atom C nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul ribosa dengan perantaraan gu gus fosfat. Rumus strukturnya sama dengan gambar 10.2 tetapi gulanya adalah ribo sa ( atom C nomor 2 mengikat gugus OH) RNA memiliki sifat spesifik spesifik yang berbeda berbeda dengan sifat kimia DNA, yakni dalam hal: 1.Gula pentosanya adalah ribosa 2.RNA memiliki ribonukleotida guanin(G), sitosin (C), adenin (A) dan Urasil (U) pengganti Timin pada DNA. 3.Untai fosfodiesternya adalah untai tunggal yang bisa melipat membentuk jepit r ambut seperti untai ganda.Beda dengan DNA bentuk molekulnya heliks ganda. 4.Prosentasi kandungan bas tidak harus sama, pasangan adenin tidak harus sama de ngan urasil, dan sitosin tidak harus sama dengan guanin. Ada tiga jenis RNA yaitu tRNA (transfer RNA), mRNA ( messenger RNA ) dan rRNA (ribosomal RNA). Ketiga macam RNA ini mempunyai fungsi yang berbeda-beda, tetapi ketiganya secara bersama-sama mempunyai peranan penting dalam sintesis pr otein. Struktur asam nukleat dapat dilihat/tertulis dalam bentuk struktur pri mer, sekunder, dan tersier. Struktur Struktur primer terbentuk bila bila gugus fosfat satu nu kleotida berikatan ester dengan gugus hidroksil nukleotida lain melalui ikatan k ovalen. Penggabungan berbagai nukleotida ini membentuk rantai rantai panjang (po linukleotida). Dua ciri ciri penting semua polinukleotida adalah: 1) Ikatan fosfodiester polinukleotida antara unit-unit monomer selalu antara ka rbon 3’ dari satu monomer dan karbon 5’ dari yang berikutnya. Jadi 2 ujung DNA dari rantai polinukleotida linear tersebut akan berlawanan. Satu ujung secara normal akan melakukan reaksi dengan fosfat 5’ dan yang lain bereaksi dengan gugus hidroks il 3’. 2) Rantai polinukleotida mempunyai kekhasan, ditentukan melalui urutan basanya. A 3’

C 3’ P

G

T 3’

P

T 3’

P

3’ P

OH 5’

5’

5’

5’

5’

Gambar 10.3 A,G,T,C adalah jenis nukleotida; nukleotida; P=fosfor, 5’ dan 3’ ujung nu kleotida; semua ikatan fosfodiester adalah 3’--- 5’; molekul memiliki gugus P pada u jung 5’ dan gugus –OH pada ujung 3’. Penulisan sederhana DNA dan RNA dimulai ujung 5’ fosfat bebas ke ujung 3’ –OH bebas se bagai berikut : DNA RNA

: :

5’A-G-T-C-A-G -T-T-C- G-G-T-C-A-G 3’ 5’U-C-A-G-U-C-A-A-G-C-C-A-G-U-C 3’

Struktur sekunder sekunder DNA ditemukan oleh James D. Watson dan F.H.C Crick (1 953). Mereka menyusun pola difraksi sinar X yang menunjukkan menunjukkan model polideoksiri bonukleotida berbentuk heliks ganda.

A

B C

Gambar 10.4 Model DNA heliks ganda (tiga dimensi) oleh J.Watson-Crick. Basa basa (merah-hijau) dan bagian tulang punggung gula-fosfat (biru-kuning) Gambar 10.4 10.4 menjelaskan menjelaskan bahwa (A) pita pada diagram diagram menunjukkan menunjukkan tulang belakang gula-fosfat dari dua untai DNA. Heliks ini adalah adalah heliks ”tangan kanan”, b erlekuk keatas dengan arah kekanan. Kedua untaian diikat bersama oleh ikatan hid rogen (digambarkan garis titik-titik) diantara basa nitrogen, yang berpasangan d ibagian dalam heliks ganda. (B) menunjukkan sebagian struktur kimia, dengan dua untai yang diuraikan, perhatikan bahwa untaian memiliki orientasi arah yang berl awanan. (C) pasangan basa nitrogen yang terikat kuat tampak jelas pada model kom puter (tiga dimensi). Daya tarik menarik antara pasangan basa yang berpotongan m empunyai peranan penting dalam mempertahankan molekul. Struktur sekunder RNA adalah kumparan acak tunggal dan beberapa bagian berbentuk heliks yang menunjukkan pasangan basa. Struktur sekunder RNA bermacam-macam se suai jenis RNA-nya. Jenis mRNA dapat berbentuk berbentuk heliks, tRNA berbentuk daun sema nggi dan rRNA berbentuk acak. Banyak DNA secara alami mempunyai struktur tersier. Salah satu contohnya adalah struktur sirkular yang dapat berbentuk acak (berlilitan) (berlilitan) dan sirkular t erbuka. Pelilitan merupakan struktur DNA yang tertutup secara kovalen karena u ntai polinukleotidanya tetap utuh. Struktur ini tidak mempunyai ujung 5’ atau 3’ beb as. Jika salah satu untai polinukleotida putus, maka heliks ganda akan kembali kebentuk normalnya sebagai sirkulasi terbuka. Con toh DNA tersier adalah DNA virus ST-40, DNA plasmid bakteri, dan lain-lain. Stru

ktur DNA ini

mempunyai sifat sangat khas dan bermanfaat untuk rekayasa gen.

Gambar 10.5

Struktur DNA heliks heliks ganda, ganda, basa nitogen (berwarna), gugus ( warna hitam)

fosfat dan gula

Pada gambar 10.5 terlihat antara basa-basa yang terdapat pada rantai molekul ter bentuk ikatan hidrogen, yakni ikatan antara atom-atom hidrogen dan nitrogen. Pasangan Adenin dengan Timin terbentuk dengan dua ikatan hidrogen ( A=T), sedang kan Guanin dengan Sitosin terbentuk dengan tiga ikatan hidrogen ( G C). ≡

1.

Replikasi DNA Molekul DNA merupakan rantai polinukleotida yang mempunyai beberapa jeni s basa purin dan pirimidin, dan berbentuk heliks ganda. Antara rantai satu denga n pasangannya dalam heliks ganda terdapat ikatan hidrogen. Molekul DNA yang berb entuk heliks ganda ini mempunyai sifat dapat membelah diri dan masing-masing ran tai polinukleotida mampu membentuk rantai baru yang merupakan pasangannya. Terja dinya heliks ganda yang baru dan proses terbentuknya molekul DNA baru ini disebu t replikasi. Proses pembentukan DNA (penggandaan) membutuhkan komponen-komponen sebagai berik ut. 1.DNA polimerase (enzim yang mengkatalisis perpanjangan rantai nukleotida satu d engan yang lainnya) 2.Deoksiribonukleosida trifosfat (dATP, dTTP, dGTP, dCTP = monomer penyusun rant ai polinukleotida). 3.Protein pembentang dan 20 protein enzim lainnya atau sistem replikasi DNA atau replisoma (fungsi kompleks). 4.DNA ligase (menyambung fragmen-fragmen hasil polimerasasi). 5.DNA cetakan (DNA induk untuk sintesis DNA baru 6.DNA primer (DNA pengawal untuk sintesis DNA baru). Sintesis ini tejadi secara semi konservatif karena hanya satu untaian induk DNA dipertahankan pada tiap DNA keturunan. Dengan demikian bila satu molekul DNA den gan dua rantai antiparalel bereplikasi, mula-mula akan menghasilkan dua rantai D NA baru. Kemudian 4 rantai DNA (yaitu 2 rantai DNA asli ditambah 2 rantai DNA ya ng terbentuk) yang ada bereplikasi lagi menjadi 8 rantai DNA, delapan ini berepl ikasi menjadi 16 dan seterusnya. Reaksi polimerasasi (perpanjangan rantai nukleo tida) mengikuti arah 5’ ke arah 3’. Tahap-tahap reaksi sintesis DNA : 1.Tahap pembukaan DNA untai ganda superkoil 2.Sintesis oligonukleotida primer 3.Pemanjangan rantai DNA arah 5’--- 3’, pelepasan primer dan

4.Penyambungan fragmen DNA dan membentukan ikatan fosfodiester.

Gambar 10.6

Ilustrasi Replikasi Semikonservatif

DNA

Proses tahap awal pembukaan DNA dikatalisis oleh 3 jenis enzim yaitu 1) enzim he likase (atau DNA- unwinding enzyme) yang mengkatalisis pembukaan bagian DNA yang kedua untainya terpisah (garpu replikasi). 2) Enzim heliks-destabilizing protei n atau single-stranded DNA-binding protein yang berfungsi menjaga basa-basa pada untai tunggal agar tidak berpasangan dengan lain, dan 3) enzim DNA girase mengk atalisis pembukaan heliks ganda sebelum proses replikasi dimulai. Ketiga enzim i ni bekerja sama membentuk DNA untai tunggal. Tahap selanjutnya menggunakan enzim RNA polimerase spesifik atau dikenal enzim p rimase atau dnaG dan protein dnaB. Pembentukan oligonukleotida primer dilakukan pada daerah spesifik DNA sebagai tempat awal replikasi. RNA polimerase spesifik ini berbeda dengan RNA polimerase untuk untuk sintesis RNA, karena enzim ini bersifat nukleofilik dalam pembentukan ikatan fosfodiester dari rantai DNA yang tidak be rpasangan. dnaB berfungsi mengikat DNA untai tunggal pada sisi awal replikasi k emudian dnaG membentuk oligonukleotida primer. Tahap berikut menggunkan katalis DNA polimerase III dan DNA polimerase I serta D NA ligase. Proses penumbuhan rantai terjadi dengan penambahan deoksiribonukleoti da pada gugus 3’-OH ujung rantai primer (pertumbuhan 5’ → 3’). Karena kedua rantai DNA b ersifat anti paralel satu terhadap lainnya (5’ → 3’, dan 3’ → 5’) maka replikasi semikonserv atif yang terjadi juga berbeda. Pada satu rantai replikasinya bersifat kontinyu dan menghasilkan untai penuntun (leading strand).

Gambar 10.7

Replikasi

DNA Dengan Berbagai Enzim yang terlibat

Sedangkan untai yang lain repilikasinya bersifat diskontinyu dan menghasilkan un tai potongan atau disebut juga fragmen Okazaki. Sehingga pada tahap ini dihasilk an satu untai utuh DNA anak mengikuti DNA induk dan satu untai lagi fragmen beru pa DNA anak. Fragmen DNA anak ini kemudian dirangkaikan menjadi satu untai utuh oleh enzim DNA ligase sehingga akhirnya satu DNA double heliks menghasilkan 2 DN A anak helik ganda dan seterusnya. Penyambungan fragmen okazaki merupakan pemben

tukan ikatan fosfodisester antara gugus 3’-OH residu nukleosida dan 5’-fosfat residu yang berdekatan. Proses dengan katalisis DNA ligase ini pada E. Coli membutukan kofaktor NAD dan pada eukariotik menggunakan kofaktor ATP. 2 Proses Transkripsi RNA Proses transkripsi adalah pembentukan molekul RNA sesuai pesan yang dibe rikan oleh DNA. Pada tahap ini informasi genetik diberikan diberikan kepada molekul RNA y ang terbentuk selaku perantara dalam sintesis protein. Proses transkripsi membutuhkan rantai DNA tunggal sebagai cetakan, RNA p olimerase untuk untuk pemanjangan rantai RNA, keempat ribonukleosida ribonukleosida 5’-trifosfat 5’-trifosfat ( ATP , GTP, UTP, dan CTP), serta berbagai enzim kompleks. Dalam proses ini terbentuk berbagai jenis RNA dari gen DNA yang transkripsi. Gen adalah bagian tertentu dar i DNA yang menyandi satu polipeptida (protein) tertentu. Proses ini menyerupai replikasi DNA namun ada perbedaan prinsip antara k eduannya. Pada Pada sintesis DNA seluruh urutan nukleotida nukleotida DNA digandakan seperti seperti DN A induk. Pada transkripsi tidak semua DNA ditraksripsi menjadi RNA, hanya gen at au kolompok gen yang ditranskripsi. Reaksi polimerisasi RNA berlangsung mengik uti arah ribonukleosida 5’-trifosfat 5’-trifosfat keribonukleosida keribonukleosida 3’-fosfat. 3’-fosfat. Produk yang terben tuk pada proses proses ini adalah RNA yang yang komplemen dengan dengan salah satu rantai DNA dupl dupl eks yang menjadi cetakan. Semua produk RNA –nya dalam berbagai jenis dan beruntai tunggal. Garis besar tahap an proses sintesis RNA. Tahap pertama : Enzim polimerase mengikat urutan basa spesifik atau urutan tanda permulaan DNA yaitu rangkaian 10 nukleotida yang kaya pirimidin. Pengikatan ini menyebabkan terbukanya heliks ganda DNA dengan panjang tertentu (inisiasi). RNA polimerase pada bakteri menghasilkan ketiga jenis RNA. Sementara pada sel mamal ia memerlukan RNA polimerase berbeda-beda untk mensintesis ketiga jenis RNA.

Gambar 10.8 Tahapan Transkripsi Tahap kedua: kedua: RNA polimerase mengkatalisis mengkatalisis pemanjangan (elongasi) ikatan fosfodi fosfodi ester antara ribonukleosida trifosfat dan ujung 3- fosfat melalui cara seperti D NA polimerase I. Proses pemanjangan ini disertai dengan hidrolisis pirofoffat un tuk membantu menyediakan gaya pendorong untuk reaksi tersebut. Substrat reaksi R NA polimerase adalah ATP, GTP, UTP, dan CTP sesuai dengan komplemennya pada urut an DNA. Tahap ketiga: Komplemen DNA-RNA (hibrid) yang dihasilkan membuka dengan melepask an RNA yang terbentuk, diikuti hibridisasi ulang rantai DNA membentuk untai DNA ganda. Pada ujung gen, terdapat urutan penghenti (terminasi). yang menyebabkan p roses transkripsi berhenti. Keadaan ini diikuti dengan pelepasan RNA polimerase dari DNA.

Tahap keempat: Adalah tahap akhir dimana terjadi perubahan secara kimia RNA yang terbentuk. Biasanya Biasanya setelah proses pembentukan RNA, RNA, terjadi proses lanjutan un tuk membuat RNA menjadi aktif. rRNA dan tRNA dibuat dalam bentuk prekusor yang l ebih panjang, kemudian dimodifikasi dan dipecah untuk menghasilkan berbagai prod uk akhir. Demikian juga mRNA. Pada sel hewan yang terinfeksi virus dapat terjadi transkripsi balik yai tu polimerisasi DNA dari RNA.

Dalam proses biosintesis protein molekul DNA berperan sebagai cetakan bagi terbe ntuknya RNA, sedangkan molekul RNA kemudian mengarahkan urutan asam amino dalam pembentukan molekul protein yang berlangsung dalam ribosom. Dengan demikian alir an informasi genetika dalam sel sebagai berikut: DNA

Transkripsi RNA

Translasi PROTEIN

Untuk memahami memahami lebih lanjut fungsi RNA RNA dalam sintesis protein, protein, berikut akan dibahas tiga jenis RNA yaitu rRNA ( ribosomal RNA), mRNA (messenger RNA) da n tRNA (transfer RNA). rRNA bersama dengan protein merupakan komponen yang membentuk ribosom da lam sel. Walaupun rRNA ini merupakan komponen utama ribosom, namun perananya dla m sintesis protein yang berlangsung diribosom diribosom belum diketahui. rRNA ini merupak an RNA yang paling banyak ( 80%) dibandingkan dua jenis RNA yang lain dari kese lurahan RNA. mRNA diproduksi dalam inti sel dan merupakan RNA paling sedikit junlahny a ( 5%) dari keseluruhan keseluruhan RNA dalam dalam sel. Pembentukan mRNA mRNA dalam inti sel menggunaka n DNA sebagai molekul cetakan dan susunan basa pada mRNA merupakan komplemen sal ah satu rantai molekul DNA. Dengan demikian urutan basa purin dan pirimidin pada mRNA serupa dengan uruten purin dan pirimidin salah satu rantai molekul DNA, de ngan perbedaan basa timin diganti urasil. mRNA yang terbentuk dalam inti sel kem udian keluar dari inti sel dan masuk kesitoplasma dan terikat pada ribosom. 5’- GCGGCGACGCGCAGUUAAUCCC ACAGCCG-3’- mRNA 3’- CGCCGCT GCGCGTCAAT T AGGGTGTCGGC-5’-untai cetakan DNA 5’- GCGGCGACGCGCAGTTAATCCCACAGCCG-3’-untai penyandi DNA Kode genetika yang berupa urutan basa pada molekul DNA, disalin pada uru tan basa nukleotida molekul mRNA. Tiap tiga buah basa yang berurutan (triplet) d isebut kodon. Sebagai contoh AUG adalah kodon yang terbentuk dari kombinasi ade nin-urasil-guanin, GCU adalah kodon yang terbentuk dari dari kombinasi guanin-sitosi n-urasil. Oleh karena basa pada RNA ada empat buah yaitu A,U,C,G, maka akan terd apat 43 kombinasi atau atau 64 buah kodon. kodon. Mengingat jumlah jumlah asam amino hanya 20 buah , maka tidak setiap kodon disediakan bagi satu macam asam amino. Umumnya beberap a jenis kodon disediakan bagi satu macam asam amino. Hanya triptopan da n metion in yang mempunyai satu jenis kodon yaitu UGG untuk triptofan dan AUG untuk metio nin. Tabel kode genetik dapat dilihat pada tabel 3. Pada tabel tersebut ter lihat bahwa satu jenis asam amino mempunyai dua kodon atau lebih (kecuali tripto fan dan metionin). Kodon yang menunjuk asam amino yang sama disebut sinonim, mis alnya CAU dan CAC adalah sinonim untuk histidin. Perbedaan antara sinonim terseb ut pada umumnya adalah basa pada kedudukan ketiga, misalnya GUU,GUA,GUC dan GUG menunjuk asam amino sama yakni valin. tRNA adalah asam nukleat (terdiri (terdiri 73-94 nukleotida). Struktur molekulny molekulny a berbentuk daun semanggi (gambar 10.9) yang mempunyai beberapa tonjolan tonjolan berupa lengan (stem) dan bagian yang melingkar atau lipatan (loop) yaitu lengan asam a mino (1), lengan dan lipatan UH2 atau dihidro uridin (2), lengan lipatan antikod on (3), lengan ekstra (4), lengan dan lipatan U atau pseudouridin (5).

Tabel 10. 3 Posisi pertama ( ujung 5’) Posisi kedua Posisi ketiga (ujung 3’)

U U C A G U C A G Phe Phe Leu Leu Ser Ser Ser Ser Tyr Tyr Stop Stop Cys Cys Stop Trp

C Leu Leu Leu Leu Pro Pro Pro Pro His His Gln Gln

Sandi Genetika

Arg Arg Arg Arg U C A G

A Ile Ile Ile Met Thr Thr Thr Thr Asn Asn Lys Lys Ser Ser Arg Arg U C A G

G Val Val Val Val Ala Ala Ala Ala Asp Asp Glu Glu Gly Gly Gly

Gly U C A G Gambar (10.9) menunjukkan molekul alanin tRNA dan beberapa nukleosida ya ng tidak umum seperti : inosin (I), metilinosin(mI), dihidrouridin (UH2), riboti midin (T), metilguanosin (mG), dan dimetilguanosin (m2G), pseudouridin ( ). Bagian molekul yang penting dalam biosintesis protein ialah lengan asam amino ((1) yan g mempunyai fungsi mengikat molekul asam amino tertentu dan lipatan anti kodon ( 3). Lengan asam amino pada ujung 3 selalu berakhir dengan tiga molekul nukleotid a yang mengandung basa sitosin-sitosin-adenin (C-C-A). Lipatan antikodon mempuny ai fungsi menemukan kodon yang menjadi pasangannya dalam mRNA yang terdapat dala m ribosom.

Gambar 10.9

Struktur t- RNA

Secara umum biosintesis protein terjadi dalam lima tahap utama: 1.aktivasi asam amino 2.inisiasi rantai polipeptida 3.pemanjangan (elongasi) rantai polipeptida 4.terminasi (penghentian) dan pembebasan rantai polipeptida 5.pelipatan dan pengolahan (deformilmetionilasi) 1. Aktivasi asam amino merupakan proses perubahan asam amino menjadi amino asil –t RNA dengan bantuan ATP. Artinya proses biosintesis protein tiap molekul tRNA m embawa satu molekul asam amino masuk kedalam ribosom. Pada sel eukariot tahap a ktivasi terjadi di sitosol (cairan sitoplasma). Pembentukan ikatan asam amino dengan tRNA berlangsung dengan bantuan enzim amino asil sintetase dan ATP melalui 2 tahap reaksi .

Gambar 10.10 Proses Biosintesis Protein (Translasi) a.Tahap pertama asam amino dengan enzim dan AMP membentuk kompleks aminoasil-AMP -enzim. b.Kedua, terjadi reaksi antara kompleks aminoasil-AMP-enzim dengan tRNA. Pada re aksi ini terbentuk kompleks tRNA-asam amino, sedangkan AMP dan enzim sintetase d ilepaskan kembali. Reaksinya: Enzim + Mg2+ asam amino + ATP Enzim-aminoasil-AMP + Ppi Enzim + Mg2+ Aminoasil-AMP + tRNA aminoasil- tRNA + AMP Pada kompleks amino asil tRNA , asam amino berikatan dengan nukleotida adenosin pada ujung RNA, yaitu pada gugus –OH atom C nomor 3. 2. Di dalam ribosom terdapat sebagian dari rantai nukleotida mRNA yang telah sia p menerima tRNA yang membawa asam amino. Tiap molekul aminoasil-tRNA masuk ke da lam ribosom secara berurutan, membentuk pasangan kodon dan anti kodon yang sesua i. Untuk memulai biosintesis protein, tRNA yang mempunyai antikodon UAC mengikat formil-metionin dan masuk ke dalam ribosom menempati bagian dari mRNA yang memp unyai kodon AUG. Formil metionin ini terbentuk setelah tRNA berikatan dengan met ionin, kemudian kemudian berikutnya dengan formil FH2 dengan bantuan enzim formilase formilase 3. Selanjutnya tRNA kedua yang telah mengikat asam amino, misalnya tRNA-metionin , masuk kedlam ribosom dan menempati kodon AUG berikutnya. Dengan cara ini formi l metionin yang menjadi asam amino awal membentuk ikatan peptida dengan metionin . Setelah terjadi ikatan peptida, maka tRNA yang pertama dilepaskan dan keluar d ari ribosom. Oleh karena dalam ribosom hanya dapat ditempati oleh 2 tRNA, maka t RNA ketiga masuk setelah tRNA yang pertama keluar dari ribosom. Misalnya tRNA ya ng ketiga ialah tRNA yang mempunyai anti-kodon CAC dan berpasangan dengan kodon ketiga pada mRNA yaitu GUG. tRNA ketiga ini mengikat valin dan dengan masuknya t RNA-valin ke dalam ribosom, maka terjadi ikatan antara metionin –valin. Proses pem bentukan ikatan peptida ini berlangsung terus sesuai dengan kode genetika yang t erdapat pada molekul mRNA. Reaksi pembentukan ikatan peptida antara molekul asam -asam amino ini dapat berlangsung karena ikut sertanya guanosintrifosfat (GTP) y ang berubah menjadi guanosindifosfat (GDP), dengan melepaskan satu gugus fosfat dan energi 4. Proses biosintesis protein akan berhenti apabila pada mRNA terdapat kodon UAA , UAG atau UGA, karena dalam sel normal tidak terdapat tRNA yang mempunyai antik odon komplementer terhadap ketiga kodon tersebut. Ketiga kodon ini merupakan tan da berhenti (stop) pada proses pembentikan ikatan peptida. Sebagai ganti tRNA, a da 2 jenis protein yang dapat mengikat ketiga jenis kodon tersebut. Protein ini berlaku sebagai sebagai faktor-faktor pelepas (releasing factor = RF), ikatan asam amino terakhir dengan tRNA. Kedua jenis protein ini diberi tanda RF1 dan R F2. RF1 dapat mengadakan ikatan dengan kodon UAA dan UAG, sedangkan RF2 dengan U AA dan UGA. Terbentuknya ikatan kedua protein tersebut dengan mRNA dapat mengakt ifkan enzim transferase peptidil, sehingga enzim ini dapat bekerja sebagai katal is dalam reaksi hidrolisis yang mengakibatkan terlepasnya asam amino terakhir da ri molekul tRNA. 5. Setelah tahap terminasi, dilanjutkan dengan tahap pelipatan dan pengolahan ya ng bertujuan untuk memperoleh sifat aktif dari polipeptida (protein) yang terben tuk. Terbentuknya ikatan kedua protein tersebut dengan mRNA dapat mengaktifkan e nzim transferase peptidil, sehingga enzim ini dapat bekerja sebagai katalis dala m reaksi hidrolisis yang mengakibatkan terlepasnya asam amino terakhir dari mole

kul tRNA. 10.2.2Latihan Untuk memperdalam pemahaman anda tentang materi diatas, kerjakan soal-soal latih an berikut: 1.Jelaskan beberapa persamaan dan perbedaan antara DNA dan RNA 2.Mengapa struktur DNA berbentuk heliks ganda sedangkan RNA tidak. 3.Jelaskan bagaimana proses biosintesis DNA (replikasi) yang bersifat semikonser vatif. 4.Terangkan pula tahapan mekanisme proses transkripsi RNA. 10.2.3 Petunjuk Jawaban Soal-soal latihan 1. a. Memiliki gugus gula deoksiribosa (DNA), ribosa (RNA) b. Basa nitrogennya guanin (G), sitosin (C), timin (T) dan adenin (A) untuk D NA; sedangkan RNA timin diganti Urasil (U) c. Memiliki rantai heliks ganda anti paralel(DNA), RNA rantai tunggal d.Kandungan basa basa nitrogen antara kedua rantai sama banyak dan berpasangan spesi spesi fik satu dengan lain. Guanin selalu berpasangan dengan sitosin ( G –C), dan adenin berpasangan dengan timin (A - T), sehingga jumlah guanin selalu sama dengan jum lah sitosin. Demikian pula adenin dan timin. Untuk RNA pasangan urasil dengan Ad enin (U-A) pengganti timin pada DNA. 2. Struktur heliks ganda oleh DNA dipengaruhi oleh adanya ikatan hidrogen anta ra basa-basa yang terikat pada gula yakni ikatan hidrogen dan nitrogen dari bas a purin dan pirimidin. Contoh adenin dapat membentuk dua ikatan hidrogen dengan timin, guanin 3 ikatan dengan sitosin. Sedangkan rantai RNA berupa rantai tungga l yang terlipat sehingga menyerupai rantai ganda. 3. Biosintesis DNA yang terjadi secara secara semikonservatif semikonservatif karena karena hanya satu untaian induk DNA dipertahankan pada tiap DNA keturunan . Artinya dengan satu mo lekul DNA dengan dua rantai antiparalel bereplikasi, mula akan menghasilkan 2 ra ntai DNA baru, kemudian 4 (2 asli ditambah 2 yang terbentuk) dan bereplikasi lag i jadi 8, 16, 32 dan seterusnya. 4. Proses transkripsi yaitu pembentukan molekul RNA sesuai pesan yang dibe rikan oleh DNA. Artinya informasi genetik diberikan kepada molekul RNA yang terb entuk selaku perantara dalam sintesis protein. (mekanismenya jelas diterangkan d iatas)

10.2.4Rangkuman Asam nukleat dalam sel ada 2 macam yakni DNA dan RNA. Seperti halnya DNA , RNA adalah merupakan polimer nukleotida. Monomer nukleotida tersusun atas tiga gugus molekul yakni 1). Gula ribosa, 2) Posfat atau P, 3) basa-Nitrogen . Sintesis molekul DNA (replikasi) terdiri atas beberapa reaksi yaitu: tah ap pembukaan DNA untai ganda superkoil; tahap sintesis oligonukleotida primer; p emanjangan rantai DNA arah 5”—3”; pelepasan primer; penyambungan fragmen DNA baru dan pembentukan ikatan fosfodiester. Yang melibatkan peran berbagai enzim seperti li gase, DNA polimerase, DNA Helikase, Protein pengikat, DNA Girase. Arus informasi genetik pada sel normal berawal dari DNA ke RNA terus ke protein. Sintesis RNA berdasarkan suatu cetakan DNA disebut proses transkripsi. Sedangkan sintesis protein berdasarkan suatu cetakan RNA disebut Translasi. Proses sintesis RNA menyerupai pembentukan Dna tetapi ada perbedaan prin sip dimana kalau sintesis DNA seluruh urutan nkleotida DNA digandakan seperti DN A induk, pada sintesis RNA tidak semua DNA ditranskripsi menjadi RNA, hanya gen atau kolompok gen yang ditarnskripsi. Produk yang terbentuk adalah adalah RNA yang yang kom plementer dengan salah satu rantai DNA dupleks yang jadi cetakan. Sintesis RNA (transkripsi) terdiri 4 tahap reaksi : pertama enzim RNA po limerase mengikat urutan basa spesifik, kedua RNA polimerase mengkatalisis peman jangan ikatan fosfodiester antara ribonukleotia trifosfat dan ujung 3’-fosfat mela

lui cara seperti DNA polimerase I, ketiga, komplemen DNA-RNA (hibrid DNA-RNA) ya ng dihasilkan membuka dengan melepaskan RNA yang terbentuk diikuti hibridisasi u lang rantai DNA membentuk untai DNA ganda. Keempat, terjadi pengubahan secara ki mia RNA yang terbentuk. Sintesis protein (translasi) yaitu molekul Rna yang terbentuk menerjemah kan informasi genetik ke dalam proses pembentukan protein. Pada tahap ini asam-a sam amino secara berurutan diikat satu dengan yng lain, sesuai pesan yang diberi kan DNA. Berlangsung diribosom dan melalui 5 tahapan reaksi yakni aktivasi asam amino; inisiasi rantai polipetida, pemanjangan (elongasi) rantai polipetida; ter minasi dan pembebasan rantai polipeptida serta tahap pelipatan dan pengolahan 10.3PENUTUP 10.3.1 Tes Formatif 1.Sebutkan 3 jenis RNA yang saudara ketahui. 2.Apa yang dimaksud dengan kodon dan anti kodon. 3.Senyawa-senyawa apa yang diperoleh apabila suatu asam nukleat dihidrolisis sec ara sempurna? 4.Jelaskan bagaimana fungsi mRNA dalam biosintesis protein. 5.Terangkan 5 tahapan proses biosintesis protein (translasi ). 10.3.2 Umpan Balik Anda dapat menguasai materi ini dengan baik jika memperhatikan hal-hal berikut: 1.Membuat ringkasan materi pada setiap bab sebelum materi tersebut dibahas dalam diskusi kelas. 2.Aktif dalam diskusi baik kelompok kecil maupun kelompok besar. 3.Mengerjakan latihan. 10.3.3 Tindak Lanjut 1.Apabila mahasiswa dapat menyelesaikan 80% dari test formatif diatas, maka maha siswa tersebut dapat melanjutkan ke bab selanjutnya, sebab pengetahuan tentang a sam nukleat adalah dasar pengetahuan untuk untuk mengenal senyawa pembawa pembawa informasi g enetik dan keterkaitannya dengan ilmu lain seperti genetika dan biomolekuler. 2.Jika ada diantara mahasiswa belum mencapai penguasaan 80% dianjurkan untuk : mempelajari kembali topik di atas dari awal berdiskusi dengan teman terutama pada hal-hal yang belum dikuasai bertanya kepada dosen jika ada hal-hal yang tidak jelas dalam diskusi. 10.3.4 Kunci Jawaban tes formatif 1.Tiga macam RNA, yaitu tRNA (transfer RNA), mRNA (mesenger RNA), dan rRNA (ribo somal RNA). 2.kodon adalah urutan tiga basa (triplet) misalnya AUG, anti kodon adalah kebali kannya.triplet yang mengenali kodon pada ujung molekul tRNA. 3.Basa (purin atau pirimidin); gula ribosa atau deoksiribosa; senyawa fosfat 4.Fungsi mRNA dalam biosintesis biosintesis protein adalah pembentukan pembentukan mRNA dalam inti sel menggunakan molekul DNA sehingga strukturnya hampir sama dengan DNA cetakan (tim in diganti urasil),mRNA yang terbentuk kemudian keluar dari inti dan masuk ke da lam sitoplasma dan terikat dengan ribosom, kode genetika pada DNA disalin urutan basanya kerantai molekul mRNA dalam bentuk kodon.(mRNA menyalin urutan basa yan g di kodon oleh DNA) 5.1)aktivasi asam amino; 2)inisiasi rantai polipeptida; 3) pemanjangan (elongasi ) rantai polipeptida; 4) terminasi (penghentian) dan pembebasan rantai polipepti da ; 5) pelipatan dan pengolahan (deformilmetionilasi)

BUKU SUMBER

1.Arbianto,P., 1993, Biokimia Konsep-Konsep Dasar, DEPDIKBUD, DIKTI, Proyek Pend idikan Tenaga Akademik; Jakarta. 2.Campbell, Reece-Mitchell., 2002, Biologi, edisi kelima-Jilid I; Penerbit Erlan gga 3.Stryer Lubert., Lubert., 2000, Biochemistry, volume 1,2,3 edisi 4., EGC Jakarta 4.Murray, Robert Robert (et,al)., 2001, Harper’s Review Of Biochemistry., Biochemistry., Edisi 25, 25, EGC. , Jakarta. 5.Poedjiadi,A., 1994, Dasar-Dasar Biokimia. Universitas Indonesia-Press. SENARAI tRNA : transfer RNA, molekul RNA yang berfungsi sebagai penginterpretasi anta ra asam nukleat dan bahasa protein dengan cara memilih dan membawa asam amino sp esifik dan mengenali kodon yang tepat pada mRNA. Kode Kode trip triplet let : Kump Kumpula ulan n kata kata-ka -kata ta dengan dengan panjan panjang g 3 nukleo nukleotid tida a yang yang menent menentuka ukan n asam amino untuk rantai polipeptida. Trans ranskr krip ipsi si : Sin Sint tesis esis RNA RNA pad pada a su suatu atu cet ceta akan kan DNA DNA. . Kodon : Suatu urutan DNA atau mRNA yang terdiri atas tiga nukleotida yang mens pesifikasi asam amino tertentu atau sinyal terminal; unit dasar kode genetik. Anti Anti kodo kodon n : Tri Tripl plet et basa basa ters terspe pesi sial alis isas asi i yan yang g ter terda dapa pat t pad pada a sal salah ah satu satu uju uju ng molekul tRNA, yang bisa mengenali suatu kodon komplementer tertentu pada suat u molekul mRNA. Translasi : Sintesis polipeptida dengan menggunakan informasi genetik yang dikode pada suatu molekul mRNA. mRNA : me mesenger RN RNA (p (pembawa pe pesan) transkripsi balik : (reverse transcriptase) suatu enzim yang dikode oleh beberap a virus RNA yang menggunakan RNA sebagai cetakan untuk sintesis DNA