AS. NUKLEAT METABOLISME. Woro Anindito Sri Tunjung LAB. BIOKIMIA FAKULTAS BIOLOGI UGM 9/12/2012 1

Transkripsi

1 ASAM NUKLEAT METABOLISME AS. NUKLEAT Woro Anindito Sri Tunjung LAB. BIOKIMIA FAKULTAS BIOLOGI UGM 9/12/2012 1

2 Merupakan bagian organisme hidup yg sangat penting Membawa informasi genetika yang akan diturunkan / ditransfer dr generasi ke generasi. Ada 2 macam: Asam deoksiribonukleat : AND / DNA Asam ribonukleat : ARN / RNA Asam nukleat mrpk polimer nukleotida yg dihubungkan dgn ikatanfosfodiester 9/12/2012 2

3 Nukleotida dan Asam Nukleat Nukleotida merupakan building blocks / prekursor / dari asam nukleat (DNA dan RNA) Nucleotide RNA DNA 9/12/2012 3

4 Struktur Nukleotida Nukleotida memiliki 3 komponen utama yakni: Gugus fosfat Basa nitrogen (pirimidin atau purin) Gula pentosa 4 9/12/2012 4

5 1. Basa purin dan pirimidin Perhatikan sistem penomoran dan struktur cincin umumnya 9/12/2012 5

6 Basa utama dalam asam nukleat Basa tersebut disingkat dari huruf pertamannya (A, G, C, T, U). Purin (A, G) dimiliki oleh RNA dan DNA Pirimidin C terdapat pada RNA dan DNA, tetapi T hanya ada pada DNA, dan U hanya ada pada RNA 9/12/2012 6

7 2. Gula Ribosa Ribosa(β-D-furanose) merupakan gula pentosa (memiliki cincin 5 atom karbon) 5 Dalam suatu nukleosida atau nukleotida digunakan istilah "prime ( ) (5 atau 3 ) untuk membedakan nomer atom C yang mengikat suatu gugus /12/2012 7

8 Ikatan basa pada pentosa terdapat t pada karbon 1, dan fosfat pada karbon 5 Sedangkan hidroksil pada karbon 2 dan 3 9/12/2012 8

9 Nukleotida mengikat basa nitrogennya pada atom C no. 1, dgn ikatan glikosida Gugus fosfat terikat pada gugus hidroksil atom C no. 5 Kedua kondisi diatas, menyebabkan nukleotida mempunyai sifat sifat: Gugus phosphat bertindak sbg asam kuat (pka= 1) Gugus amina dr basa purin dan pirimidine, dpt di protonasi Nukleotida mampu menyerap sinar uv dapat diukur konsentrasinya 9/12/2012 9

10 Ribosa vs. Deoksiribosa Derivat penting dari ribosa adalah 2'- deoksiribosa, yakni pada 2' OH diganti dengan H. Deoksiribosa dimiliki DNA (deoxyribonucleic acid) Ribosa dimiliki RNA (ribonucleic acid). 2 -OH yang diganti H memiliki pengaruh pada struktur jalin ganda heliks DNA RNA Fig /12/

11 Nukleotida berbeda dengan nukleosida karena nukleosida tdk mempunyai gugus fosfatf Sehingga kita sering menuliskan nukleotida sebagai Nukleosida monofosfat Nukleosida difosfat Nukleosida trifosfat Tergantung pada jumlah fosfat yg dimiliki 3. Fosfat Nukleosida + satu atau lebih gugus fosforil f disebut nukleotida. 9/12/

12 Jembatan fosfat / backbone ( tulang belakang ) g)gula-fosfat f Tulang punggung Polinukleotida id atau asam nukleat memiliki residu fosfat dan pentosa. Basa yang dimiliki analog dengan gugus rantai samping dari asam amino; yakni bervariasi tanpa mengubah struktur ikatan kovalen fosfodiester. Urutan ditulis dari ujung 5' ke 3' : 5'-ATGCTAGC-3 Berg Fig /12/

13 Karena DNA merupakan rantai tiganda dan atom atom t karbon mempunyai aturan diatas untuk mengikat basa nitrogen dan gugus fosfat maka satu rantai DNA terlihat berdiri tegak sedangkan rantai pasangannya justru terbalik. Maka pada notasi penulisan kode genetik DNA, ditulis 5 kode genetik 3, sedangkan untuk rantai pasangannya justru ditulis 3 kode genetik 5. Pengaturan ini disebut konfigurasi antiparalel. 5 TCTC 3 3 AGAG 5 Adenine selalu berpasangan dengan thymine melalui 2 ikatan hidrogen sedangkan cytosine berpasangan dengan guanine melalui 3 ikatan hidrogen. 9/12/

14 9/12/

15 Interaksi ikatan hidrogen menggabungkan antara 2 basa DNA Pasangan basa Watson-Crick 9/12/

16 Fig. 8-8 DNA, yang kehilangan 2 -OH, bersifat stabil pada kondisi ph basa 9/12/

17 9/12/

18

19 9/12/

20 Proses utama dlm metabolisme informasi: 1. Replikasi DNA berperan sbg cetakan untuk sintesisnya sdr 2. Transkripsi i Informasi yang ada pada DNA menentukan RNA yang diproduksi 3. Translasi RNA berperan sbg cetakan untuk sintesis suatu rantai polipeptida ttt

21 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

22 Pembelahan sel dan Replikasi DNA Pembelahan sel Sebelum sel membelah, sel harus membentuk dua sel structures, organelles and their genetic information 9/12/

23 Replikasi Secara konsep sederhana Proses mekanismenya komplek Kesederhanaannya krn konsep dr Watson & Crick Transfer informasi melibatkan pembukaan double a s e o as e bat a pe bu aa doub e helix DNA yang diikuti secara bersamaan dengan pembentukan dua pita baru pasangan dari pita DNA yang lama

24 Mekanisme pengkopian DNA melibatkan pembukaan double helix Setiap rantai menjadi pola / templat untuk pita baru

25 Replikasi i DNA terjadi secara dua arah yang dimulai pada daerah tempat dimulainya replikasi (origin). Mekanisme ini dapat diamati pada bakteria (E. coli)

26 1. Unzipping DNA - Helicase unwinds the DNA (it makes it flat, so it s not twisted anymore) - Hydrogen bonds break between the base pairs - Replication Fork = the place where e strands start t to separateate

27 2. Parent Strands act like a template (they act like a guide, so the matching bases know where to go) 3. DNA Polymerase (the helper ) - puts free bases on the parent strands - the bases form new strands of DNA 4. Finished! Now there are two identical pieces of DNA of DNA

28 * polymer = a chain of many similar pieces (DNA is a polymer. It is a chain of nucleotides.) DNA Polymerase - it creates a polymer of DNA -it proofreads the new DNA p DNA Helicase - it unwinds the double helix

29

30 Proses replikasi berjalan dengan dua mekanisme pemanjangan rantai: leading dan lagging. Hal ini terjadi karena arah sintesis DNA dimulai dari ujung 5 DNA baru atau ujung 3 DNA template

31

32 Pada rantai lagging, sintesis fragmen Okazaki pada jalin DNA dari ujung 3 ke 5, sedang arah sintesis dari 5 ke 3. Beberapa jenis protein terlibat dalam proses replikasi, al.: topoisomerase, primase, helikase DNA.

33 Suatu proses untuk membaca informasi yang disimpan dalam urutan nukleotida DNA RNA Mekanisme dibagi menjadi 3 Inisiasi Elongasi Terminasi

34 The part of the DNA molecule (the gene) that the cell wants the information from to make a protein unwinds to expose the bases. Free mrna nucleotides in the nucleus base pair with one p strand of the unwound DNA molecule.

35 The mrna copy is made with the help of RNA polymerase. This enzyme joins up the mrna nucleotides to make a mrna strand. This mrna strand is a complementary copy of the DNA (gene) The mrna molecule leaves the nucleus via a nuclear pore into The mrna molecule leaves the nucleus via a nuclear pore into the cytoplasm

36

37 Relationships of DNA to mrna to Relationships of DNA to mrna to polypeptide chain.

38 Translation merupakan proses pembacaan kodon dan menggabungkan asam amino melalui ikatan peptida Komponen proses translasi 1.mRNA tersusun atas kode genetik 2.Ribosome 3. trna bersama dengan asam amino 4.Enzymes

39 Tahap proses translasi Inisiasi Elongasi Terminasi Inisiasi Aktivasi asam amino untuk bergabung membentuk protein

40 A i i f i id f Activation of amino acids for incorporation into proteins.

41 Genetic code 3 nucleotides - codon mengkode untuk 1 asam amino dlm suatu protein Codon urutan 3 nukleotida dalam mrna yang menspesifikasikan penggabungan suatu asam amino ttt mjd protein.

42 1. DNA unwinds PROTEIN SYNTHESIS 2. mrna copy is made of one of the DNA strands. 3. mrna copy moves out of nucleus into cytoplasm. 4. trna molecules are activated as their complementary amino acids are attached to them. 5. mrna copy attaches to the small subunit of the ribosomes in cytoplasm. 6 of the bases in the mrna are exposed in the ribosome. 6. A trna bonds complementarily with the mrna via its anticodon. 7. A second trna bonds with the next three bases of the mrna, the amino acid joins onto the amino acid of the first trna via a peptide bond. Peptide bond formation catalyzed by an enzyme complex called peptidyltransferase 8. The ribosome moves along. The first trna leaves the ribosome. 9. A third trna brings a third amino acid 10. Eventually a stop codon is reached on the mrna. The newly synthesised polypeptide leaves the ribosome.

43 Translation - animation

44 Not all codons are used with equal frequency. There is a considerable amount of variation in the patterns of codon usage between different organisms.

45 Beberapa kodon mempunyai fungsi khusus yakni sebagai kodon inisiasi AUG dan sebagai kodon terminasi atau stop UAA, UAG dan UGA. Kodon AUG pada RNA atau ATG pada DNA tidak hanya kodon inisiasi untuk urutan permulaan suatu polipeptida, tetapi juga merupakan kodon untuk asam amino metionin (Met). Mutasi yang menyebabkan berubahnya suatu kodon menjadi kodon stop disebut sebagai mutasi tidak berarti (nonsense), karena adanya mutasi ini menyebabkan kodon berikutnya menjadi tidak berarti. Arah sintesis protein dari ujung N ke ujung C dengan penambahan Asam amino terjadi pada ujung C (karboksil) 45

46

47 Only trna fmet is accepted to form Two the initiation factors complex. (IF1 &IF3) bind to a 70S All ribosome. further charged trnas require promote fully assembled the dissociation (i.e., 70S) of 70S ribosomes into free 30S and 50S subunits. The Shine-Dalgarno sequence mrna and IF2, helpwhich ribosomes and carries mrna aligns correctly for the -GTP start of translation. - the charged trna Ribosome consists of -A bind site aminoacyl to a free 30S subunit. - Psite After these peptidyl have all - bound, E site the exit 30S initiation complex is complete.

48 First the mrna attaches itself to a ribosome (to the small subunit). Six bases of the mrna are exposed. A complementary trna molecule with its attached amino acid (methionine) base pairs via its anticodon UAC with the AUG on the mrna in the first position P. Another trna base pairs with the other three mrna bases in the ribosome at position A. The enzyme peptidyl transferase forms a peptide bond between the two amino acids. The first trna (without its amino acid) leaves the ribosome.

49

50 The ribosome moves along the mrna to the next codon (three bases). The second trna molecule moves into position P. Another trna molecule pairs with the mrna in position A bringing its amino acid. A growing polypeptide is formed in this way until a stop codon is reached.

51 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 The process is repeated until a termination signal is reached.

52 A stop codon on the mrna is reached and this signals the ribosome to leave the mrna. A newly synthesised protein is now complete!

53 Termination of translation ti 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 Proteins called release factors participate in termination