Komponen penting dalam kehidupan. Makromolekul. 90% (termasuk air) Karbohidrat Lipid Protein Asam Nukleat

Transkripsi

1 ASAM NUKLEAT

2 Makromolekul Komponen penting dalam kehidupan Sel 90% (termasuk air) Karbohidrat Lipid Protein Asam Nukleat

3 ASAM NUKLEAT Friedrich Miescher (Swiss, ) 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

4 Istilah Asam Nukleat inti sel spermatozoa ikan salem (sangat besar 90% dari massa sel) Richard Altman (ahli biokimia) 20 th kemudian setelah penemuan Friedrich Miescher Nuklein diisolasi Protamin (zat organik dg kand. nitrogen sangat besar) Bersifat asam Membentuk suatu kompleks yg tdk larut

5 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 Gula ribosa Basa N

6 ASAM NUKLEAT monomer Nukleotida Suatu polimer yang mengandung nukleotida Suatu monomer dari asam nukleat

7 Asam Nukleat Informasi genetik DNA Mampu membiosintesis tipe protein berlainan (rambut, kulit, otot, enzim dsb) RNA DNA : Deoxyribonucleic acid RNA : Ribonucleic acid Asam nukleat yang molekulnya tersusun oleh gula berkarbon 5 dengan kekurangan 1 atom oksigen (deoksiribosa), basa nirogen, dan gugus fosfat Polimer linear yang tidak bercabang Berat molekul berkisar antara milyar Terutama dijumpai pada inti sel Penyusun utama kromosom Pengemban kode genetik dan dapat merepliksi dirinya dengan tujuan membentuk sel-sel baru Asam nukleat yang molekulnya tersusun oleh gula berkarbon 5 (ribosa), basa nirogen urasil, dan gugus fosfat Berperan penting dalam sintesa protein

8 Asam Nukleat monomer Nukleotida Suatu polimer yang mengandung nukleotida Suatu monomer dari asam nukleat Asam Nukleat dihidrolisis gula, basa, dan ion fosfat Hidrolisis parsial Asam nukleat Nukleosida gula terikat pada basa Nukleotida gula terikat pada basa dan fosfat H 2 O basa H 2 O basa H 2 O Gula + basa gula fosfat gula fosfat (nukleosida) (nukleotida) (nukleotida)

9 PENAMAAN NUKLEOTIDA (1)

10 PENAMAAN NUKLEOTIDA (2)

11 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 Basa nitrogen Purin : mempunyai struktur cincin ganda (bisiklik) Pirimidin : mempunyai struktur cincin tunggal (monosiklik) Adenin (A) Timin (T)/ Urasil (U) Guanin (G) Sitosin (S) 3. Gugus fosfat terikat pada atom karbon 5 dari pentosa (satu, dua, atau tiga gugus).

12 Terbangun atas 3 Komponen: Struktur Nukleotida DNA Phosfat : Basa Nitrogen : Deoksiribosa : Gula beratom C5 siklik, C berlabel 1 hingga 5 12

13 Nukleosida & dntp dntp Nukleosida 13

14 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) : Adenin (A) : Guanin (G) : Pirimidin 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)

15 Struktur Basa DNA Purin Nucleoside Pyrimidin 15

16 Basa Komplementer 16

17 Struktur DNA ss (single stranded) Nukleotida terbentuk jika Posfat berikatan pada atom C5 dari gula deoksiribosa, dan pada atom C1 berikatan basa Nitrogen Satu pita DNA dibentuk dari nukleotida yang saling bersambung, melalui suatu ikatan Fosfodiester Ikatan Fosfodiester 1 nukleotida 1 nukleotida 17

18 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

19 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

20 Model pita ganda DNA Basa Nitrogen Gula - Posfat DNA double helex/heleks ganda Untaian I Untaian II 3' T G A C A G A G T G A A T T C T C A C T A C T G 5' Hasil penelitian : Jumlah A = T dan G = C selalu sama dalam satu spesies 5' 20 3'

21 Anti-paralel

22 Model DNA ds (double stranded) 22

23

24

25

26 NH 2 Purin O N C C N CH HN C C N CH Pirimidin O HC N C N C H 2 N N C N HN C C CH 3 Adenin Guanina O C CH N Timin Basa purin/ pirimidin N NH 2 C CH HO OH P O O 4 C DEOKSIRIBONUKLEOTIDA 5 CH 2 H O H H 3 2 C N (DALAM RIBONUKLEOTIDA) Struktur nukleotida yang berperan sebagai monomer DNA dan RNA OH H C1 H OH O O C HN C N O C N CH Sitosin CH CH Urasil

27 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

28 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

29 Perbedaan DNA dan RNA Deoksiribosa (DNA) Gugus gula/pentosa Ribosa (RNA) A G C T (DNA) Basa nitrogen A G C U (RNA)

30 Peran Asam Nukleat Koenzim Substrat pembentukan energi/senyawa berenergi tinggi Sintesa protein Basa Nukleosida Nukleotida (Basa + pentosa) Nukleosida Nukleosida Nukleosida monofosfat difosfat Trifosfat/trinukleotida R N A Adenin (A) Guanin (G) Sitosin (C) Urasil (U) Adenosin Guanosin Sitidin Uradin AMP GMP CMP UMP ADP GDP CDP UDP ATP GTP CTP UTP D N A Adenin (A) Guanin (G) Sitosin (C) Timin (T) Deoksiadenosin Deoksiguanosin Deoksisitidin Deoksiatimidin d AMP dgmp dcmp dtmp dadp dgdp dcdp dtdp datp dgtp dctp dttp

31 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 CO 2 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

32 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

33 Peran asam nukleat dalam sintesa protein Asam Nukleat DNA RNA Sintesa protein 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 maka nukleotida komplementernya disatukan oleh ikatan fosfodiester (rantai anti paralel) Komplementer TGC TCA GGC ACG AGT CCG

34 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) Sintesa protein 2 tahap Transkripsi (penggandaan) Translasi (penterjemahan)

35 HUBUNGAN TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI

36 Overview: From gene to protein 36

37 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 Asam amino Kodon Asam amino UUU, UUC Fenilalani (phe) AAU, AAC Asparagin (asn) UUA, UUG Leusin (leu) AUU, AUC, AUA Isoleusin (ile) UCU, UCC, UCA, UCG UAU, UAC Serin (ser) Tirosin (tyr) AUG Metionin (met) atau N-formilmetionin UGU, UGC Sistein (cys) (fmet) UGG Triptofan (trp) ACU, ACC, ACA, ACG Treonin (thr) CUU, CUC, CUA. CUG Leusin (leu} AGA, AGG Arginin (arg) CCU, CCC, CCA, CCG CAU, CAC Prolin (pro) Histidin (his) GUU, GUC, GUA, GUG GCU, GCC, GCA, GCG Valin (val) Alanin (ala) CAA, CAG Glutamin (glu) GAU, GAC Asam aspartat (asp) CGU, CGC, CGA, CGG, AGA Arginin (arg) GAA, GAG Asam glutamat (glu) AAA, AAG Lisin (lys) GGU, GGC. GGA, GGG Glisin (gly) Ket. Penugasan kodon untuk asam-asam amino

38 Transkripsi Proses RNA DNA Pra mrna PROMOTOR Unit transkripsi TERMINATOR Gen DNA Titik awal RNA polemerase Titik akhir 1. inisiasi 5 elongasi 3 5 T G Translasi RNA polimerase G T A G G T 3 T A A G C C T A A C C C A C T C C A A T T G T G A RNA baru terbentuk Arah transkripsi Nukleotida RNA Untaian templat DNA inisiasi RNA DNA lepas Untaian templat DNA 2. elongasi terminasi Proses Transkripsi

39 REPLIKASI DNA

40 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.

41 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.

42 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.

43 PEMANJANGAN ASAM NUKLEAT

44 Transkripsi asam amino Translasi mrna Ribosom trna dengan asam amino yang melekat polipeptida trp phe ribosom trna Anti kodon 5 mrna Proses Translasi 3

45 TRANSLASI RNA

46 Selecting a growth index resolution index hours days weeks months years Radioactivity RNA:DNA HSI Composition K factor

47 Memilih indeks pertumbuhan - logistik index Radioactivity RNA:DNA HSI Composition K factor Length/wt Calorimetry complexity cost sample size locale lethal special needs 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. L L H lab/fld N balance/tape L L H lab/fld N balance/tape H H L lab Y calorimeter

48