asam nukleat
DESCRIPTION
PTRANSCRIPT
ASAM NUKLEAT
PENDAHULUAN
Asam nukleat telah menjadi bahan penelitian sejak senyawa ini dapat diisolasi, terdapat
dua jenis asam nukleat yakni asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat
(RNA), asam nukleat terdapat dalam sel dan berperan dalam biosintesis protein. Molekul
asam nukleat membentuk polimer seperti halnya protein, hanya monomernya adalah
nukleotida bukan asam amino. Untuk itu diharapkan setelah mengikuti kuliah ini,
mahasiswa dapat :
1 Menjelaskan pengertian asam nukleat.
2 Menerangkan struktur nukleotida dan nukleosida.
3 Menerangkan cara isolasi asam nukleat.
4 Menjelaskan struktur asam deoksiribonukleat.
5 Menjelaskan struktur asam ribonukleat.
POKOK MATERI
6 Pendahuluan
DNA merupakan makromolekul berupa benang sangat panjang yang terbentuk dari
sejumlah besar deoksiribonukleotida, yang masing-masing tersusun dari satu basa, satu
gula, dan satu gugus fosfat. Basa pada molekul DNA membawa informasi genetik,
sedangkan gula dan gugus fosfat mempunyai peranan struktural.
Gambar 6.1. Struktur ADP dan ATP
7 Gula
DNA merupakan polimer unit-unit deoksiribonukleotida. Suatu molekul terdiri dari
sebuah basa nitrogen, sebuah gula dan satu atau lebih gugus fosfat (gambar 6.2). Gula
dalam deoksiribonukleotida merupakan deoksiribosa. Awalan deoksi menunjukkan bahwa
gula ini kekurangan satu atom oksigen yang ada pada ribosa, senyawa induknya.
Gambar 6.2. Gula pentosa, Deoksiribosa dan Ribosa
Basa Nitrogen merupakan derivat purin dan pirimidin, purin dalam DNA adalah adenin
(A) dan guanin (G) dan pirimidinnya adalah timin (T) dan sitosin (S) (gambar 6.3).
Gambar 6.3. Basa Purin dan Pirimidin
8 Nukleosida dan Nukleotida
Sebuah nukleosida terdiri dari basa purin dan pirimidin yang berikatan dengan gula.
Keempat unit nukleosida dalam DNA disebut deoksiadenosin, deoksi guanosin,
deoksitimidin, dan deoksitidin.
Dalam sebuah deoksiribonukleosida (gambar 6.4), N-9 dalam purin atau N-1 dalam
pirimidin terikat pada C-1 deoksiribosa. Konfigurasi ikatan N-glikosida ni adalah ikatan
β (basanya terletak di atas bidang gulanya).
Suatu nukleotida merupakan suatu ester fosfat dari suatu nukleosida. Tempat esterifikasi
yang paling umum dalam nukleotida yang terdapat secara alamiah adalah gugus
hidroksil C-5 pada gula. Senyawa seperti ini disebut nukleosida 5-fosfat atau 5-
nukleotida. Misalnya dATP (gambar 6.4), merupakan prekursor yang diaktifkan pada
sintesis DNA; nukleotida ini diaktifkan kalau ada dua ikatan fosfoanhidra dalam unit
trifosfatnya. Bilangan dengan tanda menunjukkan atom pada gula, sedangkan bilangan
tanpa tanda menunjukkan atom pada cincin purin atau pirimidin. Awalan d dalam dATP
menunjukkan bahwa gulanya berupa deoksiribosa untuk membedakan senyawa ini dari
ATP gula dalam bentuk ribose.
Gambar 6.4. Nukleosida dan Nukleotida
9 Struktur DNA dan RNA
Tulang punggung DNA, yang bersifat tetap disepanjang molekul , terdiri dari
deoksiribosa yang berikatan dengan gugus-gugus fosfat, khususnya 3-hidroksil pada
bagian gula sebuah deoksiribonukleotida dihubungkan pada 5-hidroksil gula yang
berdekatan melalui jembatan fosfidiester. Bagian yang bervariasi pada DNA adalah
urutan keempat macam basa (A,G, C, dan T). Unit-unit nukleotida tersebut dinamakan
deoksiadenilat, deoksiguanilat, deoksisitidilat, dan deoksitimidilat (gambar 6.5)
Gambar 6.5. Struktur DNA dan RNA
10 Dobel Helix DNA
Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick menggambarkan struktur tiga dimensi
DNA dan menyimpulkan mekanisme replikasinya. Watson dan Crick melakukan analisis
gambaran difraksi sinar-X serat-serat DNA yang dibuat oleh Rosalind Franklin dan
Maurice Wilkins dan menetapkan suatu model struktural yang pada dasarnya dapat
dibuktikan.
Ciri-ciri model DNA adalah ;
11 Dua rantai heliks polinukleotida melingkar menglilingi satu sumbu. Kedua rantai
mempunyai arah yang berlawanan.
12 Basa purin dan pirimidin terdapat di bagian heliks, sedangkan unit-unit fosfat dan
deoksiribosa terdapat dibagian luar.
13 Diameter heliks adalah 20 A. Jarak antara basa yang bersebelahan ialah 3,4 A
pada poros heliks dengan sudut rotasi sebesar 360. Dengan demikian, perputaran
heliks berulang setelah 10 residu pada setiap rantai, yakni pada interval 34 A.
14 Kedua rantai saling berhubungan melalui ikatan hidrogen antara pasangan-
pasangan basa. Adenin selalu berpasangan dengan timin, guanin selalu berpasangan
dengan sitosin
Gambar 6.6. Dobel Heliks
15 Struktur RNA
RNA digolongkan menjadi tiga macam yakni RNA transfer (tRNA), RNA ribosom
(rRNA) dan RNA kurir (mRNA) yang masing-masing mempunyai komposisi basa dan
berat molekul yang khas dan terdiri dari rantai poliribonukleotida tunggal (gambar 6.5
dan gambar 6.7).
Gambar 6.7. Struktur α-helix RNA
RNA kurir (mRNA) terdiri dari basa A, G, S, dan U, dan disitensis di dalam inti sel
dalam proses transkripsi yakni proses penurunan urutan basa dari salah satu untaian
DNA pada kromosom dengan perantara enzim menjadi bentuk rantai tunggal mRNA.
Basa mRNA yang terjadim ini merupakan komplemen urutan basa dalam DNA tersebut.
Setelah proses transkripsi, mRNA keluar dari inti sel bergerak ke ribosom, dan bersama-
sama dengan ribosom memulai proses biosintesisi polipeptida, urutan triplet nukleotida
adalah kodon yang terdapat sepanjang rantai mRNA yang menentukan urutan residu
asam amino yang membentuk rantai polipeptida.
tRNA berfungsi sebagai pembawa asam amino spesifik dalam proses biosintesis protein
pada ribosom.
Dalam proses biosintesis protein, gugus amino akan dibawa ke ribosom dan dipindahkan
ke rantai polipeptida yang sedang bertumbuh dalam proses pemanjangannya. rRNA
membentuk 65 % berat ribosom..
RANGKUMAN
Asam nukleat terdiri dari campuran basa nitrogen, gula pentosa (deoksiribosa untuk
deoksiribonukleat dan ribosa untuk ribonukleat). Terdapat dua jeni basa nitrogen yakni
purin (guanin dan adenin) dan pirimidin (timin dan sitosin dalam DNA; urasil dan sitosin
untuk RNA).
Dalam struktur asam nukleat, pirimidin atau purin berikatan dengan gula yang
menghasilkan nukleosida. Nukleosida pada purin membentuk ikatan β-glikosida dari N-9
basa sampai C-1 gula, sedangkan pada pirimidin ikatannya ialah dari N-1 basa sampai C-
1 gula.
Nikleotida adalah ester asam fosfat dari nukleosida, dengan adanya fosfat pada posisi C-
5. Nukleotida mengandung gula deoksiribosa yakni deoksiribonukleotida dan nukleotida
yang mempunyai ribosa disebut ribonukleotida.
Semua nukleotida yang umum juga terdapat sebagai 5-difosfat (mempunyai dua fosfat)
dan 5-trifosfat (mempunyai tiga fosfat).
Baik DNA dan RNA merupakan polinukleotida yakni polimer yang mengandung
nukleotida sebagai unit berulang. Ikatan antara nukleotida melalui ikatan fosfodiester
antara C-3 dari suatu nukleotida dengan posisi 5 dari nukleotida lainnya. Ikatan ini akan
berulang sehingga menjadi struktur yang besar.
Struktur DNA
DNA adalah suatu molekul rangkap di mana dua rantai polinukleotida saling berikatan
satu sama lain melalui pasangan basa purin dan pirimidin. Adenin dalam suatu rantai
membentuk ikatan hydrogen dengan timin dalam untaian lainnya dan guanine
berpasangan dengan sitosin dalam untaian lainnya. Kedua rantai ini dikatakan dalam
keadaan komplementer.
Struktur RNA
RNA terdiri dari rantai poliribonukleotida dengan susunan basa yang biasanya adalah
adenine, guanine, urasil dan sitosin. RNA berada dalam inti sel dan sitoplasma. RNA
terdapat dalam beberapa bentuk seperti lekukan tangkai atai jepit rambut yang
mempunyai peranan fungsional yang penting.
RNA digolongkan menjadi tiga macam yakni RNA transfer (tRNA), RNA ribosom
(rRNA) dan RNA kurir (mRNA). Ikatan fofsfodiester RNA dapat dilihat pada gambar
berikut ini.
DAFTAR PUSTAKA
Campbell, P.N., A.D. Smith. 1982. Biochemistry Illustrated. Wilture Enterprises. Hong
Kong.
Girindra, A. 1986. Biokimia 1. Gramedia. Jakarta.
Kay, E.R.M. 1966. Biochemistry : An Introduction to Dynamic Biology. Collier-
Macmillan.Canada.
Kuchel, P., G. B. Ralston. 2006. Biokimia. Schaum. Terjemahan. Erlangga. Jakarta.
Lehninger, A..L., et al. 1997. Principles of Biochemistry. 2nd .Worth Publisher. New
York.
Ngili, Yohanis. 2009. Biokimia : Struktur dan Fungsi Biomolekul. Graha Ilmu.
Yogyakarta.
Nur, M. A. 1990. Konsep Modern Biokimia I. PAU-Ilmu Hayat IPB. Bogor.
Poedjiadi, A., F.M. T. Supriyanti. 2006. Dasar-Dasar Biokimia. UI-Press. Jakaerta.
Stryer, L. 2000. Biokimia. Vol 2. Edisi 4. Penerbit Buku Kedokteran EGC. Jakarta.
Wirahadikusumah, M. 1981. Biokimia : Proteina, Enzima & Asam Nukleat. ITB.
Bandung.
SENARAI
Asam Nukleat : terdiri dari DNA dan RNA
Asam nukleat merupakan
makromolekul yang tersusun dari polimer nukleotida. Asam nukleat memiliki
fungsi utama dalam tubuh yaitu antara lain sebagai materi genetik dan juga
koenzim.
Asam nukleat yang berperan sebagai materi genetik adalah DNA dan RNA.
Sedangkan yang berperan sebagai koenzim antara lain adalah adalah ATP atau
Adenosine Triphospate, NAD atau Nicotinamide-adenine Dinucleotide, dan lain-
lain. Nukleotida sebagai monomer dari asam nukleat tersusun dari basa nitrogen,
sebuah gula pentosa, dan gugus fosfat.
DNA atau Deoxyribonucleic Acid adalah asam nukleat yang berperan sebagi materi
genetik dalam tubuh organisme. DNA berbentuk rantai ganda heliks dan tersusun
dari satu gula deoksiribosa, satu gugus fosfat dan basa nitrogen Adenin, Guanin,
Timin, dan Sitosin.
RNA atau Ribonucleic Acid adalah asam nukleat yang juga berperan sebagai materi
genetik yang ditranskirpsikan dari DNA. RNA berbentuk rantai tunggal dan
tersusun dari satu gula ribosa, satu gugus fosfat dan basa nitrogen Adenin, Guanin,
Urasil dan Sitosin.
ATP atau Adenosin Triphospate adalah asam nukleat yang berperan sebagai
koenzim. Koenzim akan bekerjasama dengan enzim untuk melakukan sebuah
fungsi. ATP tersusun dari tiga gugus fosfat, satu gula pentosa, dan satu basa
nitrogen adenin. ATP dapat terhidrolisis menjadi ADP atau Adenosin Diphospate
melalui hidrolisis.
Sedangkan koenzim lainnya adalah NAD atau disebut Nicotinamide-adenine
Dinucleotide yang terdiri dari dua nukleotida yang dihubungkan dengan dua gugus
fosfat dan mengandung basa nitrogen adenin dan yang lain adalah nikotinamida.
NAD dapat berubah menjadi NADH. Jika NAD berfungsi sebagai oksidator, maka
NADH berfungsi sebagai reduktor.
About these ads
Nov
28
STRUKTUR ASAM NUKLEAT
awalnya, banyak sekali pertanyaan-pertanyaan yang mau saya tenyakan pada
pembahasan asam nukleat. krn materi ini dulu saya anggap agak ribet...apalagi tentang
DNA, bgmna bisa jadi dobel helix lah,,knp namanya ada kata asam,,apa prbdan antara
DNA dan RNA,,dan msh bnyak yang saya bingungkan... Tapi, setelah konsul sama dosen
plus om gugel,,baru tau deh...ternyata gampang gan!..:) pertama, dinamakan asam
nukleat, kata "asam" karena gugus fosfat pada struktur asam nukleat menyumbangkan
sifat asam yang pada keadaan netral akan mudah melepaskan proton (H+)nya sehingga
sering disebut anion asam kuat (pada keadaan tertentu, fosfat akan bermuatan 4-).
sedangkan kata Nukleatnya, karena kebanyakan asam nukleat berada pada inti sel
(nukleus)... Komponen asam nukleat adalah 1. Gula ribosa
Gula dalam asam nukleat adalah jenis gula aldopentosa yakni Ribosa,,bisa dilihat struktur
pada gambar. struktur Hawort (siklik)nya menunjukkan posisi beta-Furanosa (beta untuk
posisi OH yang diatas, Furanosa untuk siklik dari 5 atom karbon)...PERHATIKAN untuk
C2 nya, disitulah letak perbedaan dari tiap jenis asam nukleat (DNA & RNA). untuk
RNA sama seperti gambar tadi, namun untuk DNA agak sedikit berbeda, dimana pada
atom C2 nya kehilangan atom O nya sehingga yang ada hanya subtituen H nya saja,
itulah dinamakan gula DEOKSIribosa.
2. Basa Nitrogen Nah, ini yang agak ribet dikit... Basa nitrogen seperti yang kita tau
adalah Purin dan Pirimidin.
basa Purin misalnya. berasan dari senyawa heterosiklik yang terdiri dari 2 gabungan
siklik (namanya bisiklik). sedangkan Pirimidin juga termasuk dalam snyawa heterosiklik,
namun pirimidin ini berasal dari turunan Piridin yang ditambahkan 1 atom N (kalo piridin
hanya 1 atom N nya). Purin punya turunan lagi, yakni Adenin dan guanin yang berbeda
dari strukurnya, begitu juga pirimidin yang terdiri dari timin, uracil, dan sitosi.
masing2 basa purin dan pirimidin akan saling berpasangan, seperti adenin akan selalu
berpasangan dengan timin pada DNA dan dengan Uracil pada RNA. sedangkan guanin
"setia"dengan sitosin baik di DNA maupun RNA. Nah, kenpa hal itu terjadi?? kenapa
adenin tidak brpsangan dengan timin atau hanya uracil saja, kenapa harus berbeda2
pasangan di tiap jenis asam nukleat? hehehe, hal ini karena mereka sudah berjodoh satu
sama lain, dalam hal ini masing2 pasangan akan saling membentuk kestabilan oleh
adanya ikatan hidrogen yang menghubungkan keduanya. dan juga sdh ada enzim2
tertentu yang bekerja pada masing2 jenis asam nukleat, sehingga bila pasangannya
"tertukar" enzim yang bekerja secara otomatis akan berhenti. 3. Gugus fosfat Inilah yang
menentukan sifat asam pada asam nukleat....
yang dikotak ungu itulah fosfatnya... pada keadaan netral, ia akan sangat mudah
melepaskan protonnya. makin mudah melepaskan protonnya, semakin asam. sehingga
disebut juga sebagai anion asam kuat. Nah,,, sudah tau komponennya....Sekarang, gimana
sih caranya mereka berikatan? lihat gambarnya cin...
Fosfatnya, berikatan dengan atom C5 nya, dan atom C3 dari nukleotida sebelumnya atau
sesudahnya. ini disebut sebagai ikatan fosfodiester, dimana ikatan ini menghubungkan
nukleotida 1 dengan lainnya. Nukleotida adalah unit molekul dari asam nukleat yang
terdiri dari fosfat, basa N, dan gula. nukleosida adalah unit molekul as. nukleat yang
terdiri dari gula dan basa N saja. untuk Basa N, pada Purin akan berikatan pada atom N9
nya dengan atom C1 dari gula. sedangkan Pirimidin berikana pada N1 nya dengan atom
C1 pada gula dengan membentuk ikatan N-glikosida (nukleosida). trus, kalo udah
berikatan, struktur primernya kayak gini nih...
pada ujung atas, berakhir pada C5 dan ujung bawah berakhir pada C3. ini berguna dalam
penulisn sekuensing asam nukleat. itulah disebut sebagai ujung 5'-3'... nah,,kalo RNA
kayak gitu aje struktrnya...cz RNA hanya trdiri dari 1 rantai aja...tapi klo yang rantai
ganda kayak DNA, berarti 2 rantai yang dihubungkan dengan ikatan hidrogen...
now...bisa dilihat, pasangan adenin timin hanya 2 rangkap ikatan hidrogen, krn pada
strukturnya tdk memungkinkan untuk membentuk 3 rangkap seperti pasangan guanin
sitosin. dilihat dari jaraknya antara O dan H apada pasangan adenin timin, sangat jauh.
sehingga tidak memungkinkan adanya interaksi. so,,, dobel heliksnya...
nah, untaian yang saling melilit ini, menyumbangkan kestabilan dan memperdekat jarak
(rise) antara pasang2 basanya, sehingga bisa menjadi utuh... untaian ganda ini juga
disusun secara anti paralel, pada rantai 1 dari 5'-3' dan rantai 2 dari 3'-5'. kenapa?? hal ini
dimaksudkan untuk memasangkan basa2 N nya. kalo dipasang secara paralel tidak akan
bertemu dengan pasangan2nya masing2. huuufft....akhirnya....secara g langsung, kita
udah bisa bedain antara DNA & RNA nih cin..
A. STRUKTUR KIMIA DAN KOMPONEN ASAM NUKLEAT
Asam nukleat utama di dalam inti sel adalah deoxyribonucleic acid (DNA). DNA
mengandung gula pentosa deoksiribosa sebagai salah satu komponennya. DNA sekarang
dikenal sebagai material genetik. Tipe asam nukleat yang lain adalah ribonucleic acid
(RNA) yang mengandung gula pentosa ribosa. Peran utamanya adalah transmisi
informasi genetik dari DNA ke protein.
Molekul DNA sangat besar, bahkan lebih besar daripada protein, sedangkan ukuran
molekul RNA relatif sama dengan protein. Hidrolisis sempurna DNA dan RNA oleh asam
menghasilkan: basa nitrogen, 2-deoksi-D-ribosa (atau ribosa untuk RNA) dan ortofosfat.
Ada dua tipe basa nitrogen dalam DNA dan RNA yaitu pirimidin dan purin. Basa
Pirimidin adalah turunan senyawa heterosiklik pirimidin:
Gambar 6.1 Struktur pirimidin.
Basa purin adalah turunan senyawa cincin fusi purin:
Gambar 6.2 Struktur purin.
Basa pirimidin
Basa pirimidin dalam DNA adalah timin dan sitosin, sedangkan dalam RNA adalah
urasil dan sitosin. Ketiga jenis basa ini berbeda dalam tipe dan posisi gugus kimia yang
terikat pada cincin.
• Timin adalah: 5 metil-2,4-dioksipirimidin
• Sitosin adalah: 2-oksi-4-aminopirimidin
• Urasil adalah: 2,4-dioksipirimidin
Berikut adalah struktur kimia dari ketiga jenis basa nitrogen tersebut
Gambar 6.3 Struktur Timin, sitosin dan urasil.
Basa Purin
Basa purin yang terdapat dalam DNA dan RNA adalah adenin dan guanin. Keduanya
berbeda dalam tipe dan posisi gugus kimia yang terikat pada cincin purin.
Adenin adalah: 6-aminopurin
Guanin adalah: 6-oksi-2-aminopurin
Berikut adalah struktur kimia dari kedua basa purin tersebut
Gambar 6.4 Struktur adenin dan guanin.
Bentuk Tautomerik Pirimidin dan Purin
Semua basa pirimidin dan purin dan berada dalam bentuk isomer alternatif yaitu
tautomer. Sebagai contoh, urasil dapat berada dalam bentuk enolnya seperti berikut:
Gambar 6.5 Bentuk keto dan enol dari urasil.
Tanda panah tebal menunjukkan bahwa bentuk keto adalah yang lebih banyak terdapat
pada pH netral.
Gula pentosa
Gula dalam DNA adalah 2-deoksi-D-ribosa, dan dalam RNA adalah D-ribosa. Berikut
adalah struktur kimia gula pentosa yang terdapat dalam DNA dan RNA:
Friedrich Miescher (1844-1895) adalah orang yang mengawali pengetahuan mengenai
kimia dan inti sel. Pada tahun 1868, dilaboratorium Hoppe-Syler di Tubingen, 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 protein ia dapat
memperoleh inti sel saja dan dengan cara ekstraksi terhadap inti sel diperoleh suatu zat
yang larut dalam basa tetapi tidak larut dalam asam. kemudian zat ini dinamakan
“nuclein” sekarang dikenal dengan nama nucleoprotein. Selanjutnya dibuktikan bahwa
asam nukleat merupakan salah satu senyawa pembentuk sel dan jaringan normal.
Beberapa fungsi penting asam nukleat adalah menyimpan, menstransmisi, dan
mentranslasi informasi genetik; metabolisme antara(intermediary metabolism) dan
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 asam
deoksiribonukleat dan RNA (ribonucleic acid )a ta u 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 antara protein dan
asam nukleat disebutnucleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan polimer seperti
protein tetapi unit penyusunnya adalahnuk leotida . ATP adalah salah satu contoh
nukleotida asam nukleat bebas yang berperan sebagai pembawa energi.
Asam nukleat merupakan polimer besar dengan ukuran yang bervariasi antara 25.000
/1.000.000 s/d 1 milyar. Asam nukleat baik DNA maupun RNA tersusun dari monomer
nukleotida . Nukleotida tersusun dari gugus fosfat, basa nitrogen dan gula pentosa. Basa
nitrogen berasal dari kolompok purin dan pirimidin. Purin utama asam nukleat adalah
adenin dangua nin, sedangkan pirimidinnya adalah sitosin, timin danuras il.
Asam deoksiribonukleat
Struktur molekul DNA. Atom karbon berwarna hitam, oksigen merah, nitrogen biru,
fosfor hijau, dan hidrogen putih.
Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (deoxyribonucleic acid), adalah
sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap
organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di dalam inti sel.
Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya,
DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap
organisme. Di antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus
tidak termasuk organisme) seperti HIV (Human Immunodeficiency Virus).
Karakteristik kimia
Struktur untai komplementer DNA menunjukkan pasangan basa (adenina dengan timina
dan guanina dengan sitosina) yang membentuk DNA beruntai ganda.
DNA merupakan polimer yang terdiri dari tiga komponen utama,
gugus fosfat
gula deoksiribosa
basa nitrogen, yang terdiri dari:
Adenina (A)
Guanina (G)
Sitosina (C)
Timina (T)
Sebuah unit monomer DNA yang terdiri dari ketiga komponen tersebut dinamakan
nukleotida, sehingga DNA tergolong sebagai polinukleotida.
Rantai DNA memiliki lebar 22-24 Å, sementara panjang satu unit nukleotida 3,3
ÅWalaupun unit monomer ini sangatlah kecil, DNA dapat memiliki jutaan nukleotida
yang terangkai seperti rantai. Misalnya, kromosom terbesar pada manusia terdiri atas 220
juta nukleotida
Rangka utama untai DNA terdiri dari gugus fosfat dan gula yang berselang-seling. Gula
pada DNA adalah gula pentosa (berkarbon lima), yaitu 2-deoksiribosa. Dua gugus gula
terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester antara atom karbon ketiga pada
cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. Salah satu perbedaan utama
DNA dan RNA adalah gula penyusunnya; gula RNA adalah ribosa.
DNA terdiri atas dua untai yang berpilin membentuk struktur heliks ganda. Pada struktur
heliks ganda, orientasi rantai nukleotida pada satu untai berlawanan dengan orientasi
nukleotida untai lainnya. Hal ini disebut sebagai antiparalel. Masing-masing untai terdiri
dari rangka utama, sebagai struktur utama, dan basa nitrogen, yang berinteraksi dengan
untai DNA satunya pada heliks. Kedua untai pada heliks ganda DNA disatukan oleh
ikatan hidrogen antara basa-basa yang terdapat pada kedua untai tersebut. Empat basa
yang ditemukan pada DNA adalah adenina (dilambangkan A), sitosina (C, dari cytosine),
guanina (G), dan timina (T). Adenina berikatan hidrogen dengan timina, sedangkan
guanina berikatan dengan sitosina. Segmen polipeptida dari DNA disebut gen, biasanya
merupakan molekul RNA.
Fungsi biologis
Replikasi
Pada replikasi DNA, rantai DNA baru dibentuk berdasarkan urutan nukleotida pada DNA
yang digandakan.
Replikasi merupakan proses pelipatgandaan DNA. Proses replikasi ini diperlukan ketika
sel akan membelah diri. Pada setiap sel, kecuali sel gamet, pembelahan diri harus disertai
dengan replikasi DNA supaya semua sel turunan memiliki informasi genetik yang sama.
Pada dasarnya, proses replikasi memanfaatkan fakta bahwa DNA terdiri dari dua rantai
dan rantai yang satu merupakan "konjugat" dari rantai pasangannya. Dengan kata lain,
dengan mengetahui susunan satu rantai, maka susunan rantai pasangan dapat dengan
mudah dibentuk. Ada beberapa teori yang mencoba menjelaskan bagaimana proses
replikasi DNA ini terjadi. Salah satu teori yang paling populer menyatakan bahwa pada
masing-masing DNA baru yang diperoleh pada akhir proses replikasi; satu rantai tunggal
merupakan rantai DNA dari rantai DNA sebelumnya, sedangkan rantai pasangannya
merupakan rantai yang baru disintesis. Rantai tunggal yang diperoleh dari DNA
sebelumnya tersebut bertindak sebagai "cetakan" untuk membuat rantai pasangannya.
Proses replikasi memerlukan protein atau enzim pembantu; salah satu yang terpenting
dikenal dengan nama DNA polimerase, yang merupakan enzim pembantu pembentukan
rantai DNA baru yang merupakan suatu polimer. Proses replikasi diawali dengan
pembukaan untaian ganda DNA pada titik-titik tertentu di sepanjang rantai DNA. Proses
pembukaan rantai DNA ini dibantu oleh enzim helikase yang dapat mengenali titik-titik
tersebut, dan enzim girase yang mampu membuka pilinan rantai DNA. Setelah cukup
ruang terbentuk akibat pembukaan untaian ganda ini, DNA polimerase masuk dan
mengikat diri pada kedua rantai DNA yang sudah terbuka secara lokal tersebut. Proses
pembukaan rantai ganda tersebut berlangsung disertai dengan pergeseran DNA
polimerase mengikuti arah membukanya rantai ganda. Monomer DNA ditambahkan di
kedua sisi rantai yang membuka setiap kali DNA polimerase bergeser. Hal ini berlanjut
sampai seluruh rantai telah benar-benar terpisah.
Proses replikasi DNA ini merupakan proses yang rumit namun teliti. Proses sintesis rantai
DNA baru memiliki suatu mekanisme yang mencegah terjadinya kesalahan pemasukan
monomer yang dapat berakibat fatal. Karena mekanisme inilah kemungkinan terjadinya
kesalahan sintesis amatlah kecil.
Penggunaan DNA dalam teknologi
DNA dalam forensik
Ilmuwan forensik dapat menggunakan DNA yang terletak dalam darah, sperma, kulit, liur
atau rambut yang tersisa di tempat kejadian kejahatan untuk mengidentifikasi
kemungkinan tersangka, sebuah proses yang disebut fingerprinting genetika atau
pemrofilan DNA (DNA profiling). Dalam pemrofilan DNA panjang relatif dari bagian
DNA yang berulang seperti short tandem repeats dan minisatelit, dibandingkan.
Pemrofilan DNA dikembangkan pada 1984 oleh genetikawan Inggris Alec Jeffreys dari
Universitas Leicester, dan pertama kali digunakan untuk mendakwa Colin Pitchfork pada
1988 dalam kasus pembunuhan Enderby di Leicestershire, Inggris. Banyak yurisdiksi
membutuhkan terdakwa dari kejahatan tertentu untuk menyediakan sebuah contoh DNA
untuk dimasukkan ke dalam database komputer. Hal ini telah membantu investigator
menyelesaikan kasus lama di mana pelanggar tidak diketahui dan hanya contoh DNA
yang diperoleh dari tempat kejadian (terutama dalam kasus perkosaan antar orang tak
dikenal). Metode ini adalah salah satu teknik paling tepercaya untuk mengidentifikasi
seorang pelaku kejahatan, tetapi tidak selalu sempurna, misalnya bila tidak ada DNA
yang dapat diperoleh, atau bila tempat kejadian terkontaminasi oleh DNA dari banyak
orang.
DNA dalam komputasi
DNA memainkan peran penting dalam ilmu komputer, baik sebagai masalah riset dan
sebagai sebuah cara komputasi.
Riset dalam algoritma pencarian string, yang menemukan kejadian dari urutan huruf di
dalam urutan huruf yang lebih besar, dimotivasi sebagian oleh riset DNA, dimana
algoritma ini digunakan untuk mencari urutan tertentu dari nukleotida dalam sebuah
urutan yang besar. Dalam aplikasi lainnya seperti editor text, bahkan algoritma sederhana
untuk masalah ini biasanya mencukupi, tetapi urutan DNA menyebabkan algoritma-
algoritma ini untuk menunjukkan sifat kasus-mendekati-terburuk dikarenakan jumlah
kecil dari karakter yang berbeda.
Teori database juga telah dipengaruhi oleh riset DNA, yang memiliki masalah khusus
untuk menaruh dan memanipulasi urutan DNA. Database yang dikhususkan untuk riset
DNA disebut database genomik, dam harus menangani sejumlah tantangan teknis yang
unik yang dihubungkan dengan operasi pembandingan kira-kira, pembandingan urutan,
mencari pola yang berulang, dan pencarian homologi.
Sejarah
DNA pertama kali berhasil dimurnikan pada tahun 1868 oleh ilmuwan Swiss Friedrich
Miescher di Tubingen, Jerman, yang menamainya nuclein berdasarkan lokasinya di
dalam inti sel. Namun demikian, penelitian terhadap peranan DNA di dalam sel baru
dimulai pada awal abad 20, bersamaan dengan ditemukannya postulat genetika Mendel.
DNA dan protein dianggap dua molekul yang paling memungkinkan sebagai pembawa
sifat genetis berdasarkan teori tersebut.
Dua eksperimen pada dekade 40-an membuktikan fungsi DNA sebagai materi genetik.
Dalam penelitian oleh Avery dan rekan-rekannya, ekstrak dari sel bakteri yang satu gagal
men-transform sel bakteri lainnya kecuali jika DNA dalam ekstrak dibiarkan utuh.
Eksperimen yang dilakukan Hershey dan Chase membuktikan hal yang sama dengan
menggunakan pencari jejak radioaktif (: radioactive tracers).
Misteri yang belum terpecahkan ketika itu adalah: bagaimanakah struktur DNA sehingga
ia mampu bertugas sebagai materi genetik? Persoalan ini dijawab oleh Francis Crick dan
koleganya James Watson berdasarkan hasil difraksi sinar X pada DNA oleh Maurice
Wilkins dan Rosalind Franklin.
Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick mendefinisikan DNA sebagai polimer
yang terdiri dari 4 basa dari asam nukleat, dua dari kelompok purina:adenina dan
guanina; dan dua lainnya dari kelompok pirimidina:sitosina dan timina. Keempat
nukleobasa tersebut terhubung dengan glukosa fosfat.
Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin menemukan bahwa molekul DNA berbentuk
heliks yang berputar setiap 3,4 nm, sedangkan jarak antar molekul nukleobasa adalah
0,34 nm, hingga dapat ditentukan bahwa terdapat 10 molekul nukleobasa pada setiap
putaran DNA. Setelah diketahui bahwa diameter heliks DNA sekitar 2 nm, baru diketahui
bahwa DNA terdiri bukan dari 1 rantai, melainkan 2 rantai heliks.
Crick, Watson, dan Wilkins mendapatkan hadiah Nobel Kedokteran pada 1962 atas
penemuan ini. Franklin, karena sudah wafat pada waktu itu, tidak dapat dianugerahi
hadiah ini.
Konfirmasi akhir mekanisme replikasi DNA dilakukan lewat percobaan Meselson-Stahl
yang dilakukan tahun 1958.
Asam ribonukleat
Asam ribonukleat (ribonucleic acid, RNA) senyawa yang merupakan bahan genetik dan
memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok (central dogma)
genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan
ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein.
Struktur RNA
Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari
sejumlah nukleotida. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus pentosa,
dan satu gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan berselang-seling
antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus pentosa dari nukleotida yang lain.
Perbedaan RNA dengan DNA terletak pada satu gugus hidroksil cincin gula pentosa,
sehingga dinamakan ribosa, sedangkan gugus pentosa pada DNA disebut deoksiribosa.
Basa nitrogen pada RNA sama dengan DNA, kecuali basa timina pada DNA diganti
dengan urasil pada RNA. Jadi tetap ada empat pilihan: adenina, guanina, sitosina, atau
urasil untuk suatu nukleotida.
Selain itu, bentuk konformasi RNA tidak berupa pilin ganda sebagaimana DNA, tetapi
bervariasi sesuai dengan tipe dan fungsinya.
Tipe-tipe RNA
RNA hadir di alam dalam berbagai macam/tipe. Sebagai bahan genetik, RNA berwujud
sepasang pita (Inggris double-stranded RNA, dsRNA). Genetika molekular klasik
mengajarkan, pada eukariota terdapat tiga tipe RNA yang terlibat dalam proses sintesis
protein:
1. RNA-kurir (bahasa Inggris: messenger-RNA, mRNA), yang disintesis dengan
RNA polimerase I.
2. RNA-ribosom (bahasa Inggris: ribosomal-RNA, rRNA), yang disintesis dengan
RNA polimerase II
3. RNA-transfer (bahasa Inggris: transfer-RNA, tRNA), yang disintesis dengan
RNA polimerase III
Pada akhir abad ke-20 dan awal abad ke-21 diketahui bahwa RNA hadir dalam berbagai
macam bentuk dan terlibat dalam proses pascatranslasi. Dalam pengaturan ekspresi
genetik orang sekarang mengenal RNA-mikro (miRNA) yang terlibat dalam "peredaman
gen" atau gene silencing dan small-interfering RNA (siRNA) yang terlibat dalam proses
pertahanan terhadap serangan virus.
Fungsi RNA
Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA merupakan bahan genetik. Ia
berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik, sebagaimana DNA pada organisme
hidup lain. Ketika virus ini menyerang sel hidup, RNA yang dibawanya masuk ke
sitoplasma sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh sel inang untuk menghasilkan
virus-virus baru.
Namun demikian, peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara
DNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua
organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa
nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk
'triplet', tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi
dengan satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein.
Lihat ekspresi genetik untuk keterangan lebih lanjut.
Penelitian mutakhir atas fungsi RNA menunjukkan bukti yang mendukung atas teori
'dunia RNA', yang menyatakan bahwa pada awal proses evolusi, RNA merupakan bahan
genetik universal sebelum organisme hidup memakai DNA.
Interferensi RNA
Suatu gejala yang baru ditemukan pada penghujung abad ke-20 adalah adanya
mekanisme peredaman (silencing) dalam ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa
RNA tidak diterjemahkan (translasi) menjadi protein oleh tRNA. Ini terjadi karena
sebelum sempat ditranslasi, mRNA dicerna/dihancurkan oleh suatu mekanisme yang
disebut sebagai "interferensi RNA". Mekanisme ini melibatkan paling sedikit tiga
substansi (enzim dan protein lain). Gejala ini pertama kali ditemukan pada nematoda
Caenorhabditis elegans tetapi selanjutnya ditemukan pada hampir semua kelompok
organisme hidup.
Sel dan Organela sel
Sel selaput penyusun umbi bawang bombay (Allium cepa). Tampak dinding sel dan inti
sel (berupa noktah di dalam setiap 'ruang'). Perbesaran 400 kali.
Sel merupakan unit organisasi terkecil yang menjadi dasar kehidupan dalam arti biologis.
Semua fungsi kehidupan diatur dan berlangsung di dalam sel. Karena itulah, sel dapat
berfungsi secara autonom asalkan seluruh kebutuhan hidupnya terpenuhi.
Semua organisme selular terbagi ke dalam dua golongan besar berdasarkan arsitektur
basal dari selnya, yaitu organisme prokariota dan organisme eukariota.[1]
Organisme prokariota tidak memiliki inti sel dan mempunyai organisasi internal sel yang
relatif lebih sederhana. Prokariota terbagi menjadi dua kelompok yang besar: eubakteria
yang meliputi hampir seluruh jenis bakteri, dan archaea, kelompok prokariota yang
sangat mirip dengan bakteri dan berkembang-biak di lingkungan yang ekstrim seperti
sumber air panas yang bersifat asam atau air yang mengandung kadar garam yang sangat
tinggi. Genom prokariota terdiri dari kromosom tunggal yang melingkar, tanpa organisasi
DNA.
Organisme eukariota memiliki organisasi intraselular yang jauh lebih kompleks, antara
lain dengan membran internal, organel yang memiliki membran tersendiri seperti inti sel
dan sitoskeleton yang sangat terstruktur. Sel eukariota memiliki beberapa kromosom
linear di dalam nuklei, di dalamnya terdapat sederet molekul DNA yang sangat panjang
yang terbagi dalam paket-paket yang dipisahkan oleh histon dan protein yang lain.
Jika panjang DNA diberi notasi C dan jumlah kromosom dalam genom diberi notasi n,
maka notasi 2nC menunjukkan genom sel diploid, 1nC menunjukkan genom sel haploid,
3nC menunjukkan genom sel triploid, 4nC menunjukkan genom sel tetraploid. Pada
manusia, C = 3,5 × 10-12 g, dengan n = 23, sehingga genom manusia dirumuskan menjadi
2 x 23 x 3,5 × 10-12, karena sel eukariota manusia memiliki genom diploid.
Sejenis sel diploid yaitu sel nutfah dapat terdiferensiasi menjadi sel gamet haploid.
Genom sel gamet pada manusia memiliki 23 kromosom, 22 diantaranya merupakan
otosom, sisanya merupakan kromosom genital. Pada oosit, kromosom genital senantiasa
memiliki notasi X, sedangkan pada spermatosit, kromosom dapat berupa X maupun Y.
Setelah terjadi fertilisasi antara kedua sel gamet yang berbeda kromosom genitalnya,
terbentuklah sebuah zigot diploid. Notasi genom yang digunakan untuk zigot adalah
46,XX atau 46,XY.
Pada umumnya sel somatik merupakan sel diploid, namun terdapat beberapa
perkecualian, antara lain: sel darah merah dan keratinosit memiliki genom nuliploid.
Hepatosit bergenom tetraploid 4nC, sedang megakariosit pada sumsum tulang belakang
memiliki genom poliploid hingga 8nC, 16nC atau 32nC dan dapat melakukan proliferasi
hingga menghasilkan ribuan sel nuliploid. Banyaknya ploidi pada sel terjadi sebagai
akibat dari replikasi DNA yang tidak disertai pembelahan sel, yang lazim disebut sebagai
endomitosis.
Sejarah penemuan sel Robert Hooke Pada awalnya sel digambarkan pada tahun 1665
oleh seorang ilmuwan Inggris Robert Hooke yang telah meneliti irisan tipis gabus melalui
mikroskop yang dirancangnya sendiri. Kata sel berasal dari kata bahasa Latin cellula
yang berarti rongga/ruangan.
Pada tahun 1835, sebelum teori Sel merupakan unit organisasi terkecil yang menjadi
dasar kehidupan dalam arti biologis. Semua fungsi kehidupan diatur dan berlangsung di
dalam sel. Karena itulah, sel dapat berfungsi secara autonom asalkan seluruh kebutuhan
hidupnya terpenuhi.
Semua organisme selular terbagi ke dalam dua golongan besar berdasarkan arsitektur
basal dari selnya, yaitu organisme prokariota dan organisme eukariota.
Organisme prokariota tidak memiliki inti sel dan mempunyai organisasi internal sel yang
relatif lebih sederhana. Prokariota terbagi menjadi dua kelompok yang besar: eubakteria
yang meliputi hampir seluruh jenis bakteri, dan archaea, kelompok prokariota yang
sangat mirip dengan bakteri dan berkembang-biak di lingkungan yang ekstrim seperti
sumber air panas yang bersifat asam atau air yang mengandung kadar garam yang sangat
tinggi. Genom prokariota terdiri dari kromosom tunggal yang melingkar, tanpa organisasi
DNA.
Organisme eukariota memiliki organisasi intraselular yang jauh lebih kompleks, antara
lain dengan membran internal, organel yang memiliki membran tersendiri seperti inti sel
dan sitoskeleton yang sangat terstruktur. Sel eukariota memiliki beberapa kromosom
linear di dalam nuklei, di dalamnya terdapat sederet molekul DNA yang sangat panjang
yang terbagi dalam paket-paket yang dipisahkan oleh histon dan protein yang lain.
Jika panjang DNA diberi notasi C dan jumlah kromosom dalam genom diberi notasi n,
maka notasi 2nC menunjukkan genom sel diploid, 1nC menunjukkan genom sel haploid,
3nC menunjukkan genom sel triploid, 4nC menunjukkan genom sel tetraploid. Pada
manusia, C = 3,5 × 10-12 g, dengan n = 23, sehingga genom manusia dirumuskan
menjadi 2 x 23 x 3,5 × 10-12, karena sel eukariota manusia memiliki genom diploid.
Sejenis sel diploid yaitu sel nutfah dapat terdiferensiasi menjadi sel gamet haploid.
Genom sel gamet pada manusia memiliki 23 kromosom, 22 diantaranya merupakan
otosom, sisanya merupakan kromosom genital. Pada oosit, kromosom genital senantiasa
memiliki notasi X, sedangkan pada spermatosit, kromosom dapat berupa X maupun Y.
Setelah terjadi fertilisasi antara kedua sel gamet yang berbeda kromosom genitalnya,
terbentuklah sebuah zigot diploid. Notasi genom yang digunakan untuk zigot adalah
46,XX atau 46,XY.
Pada umumnya sel somatik merupakan sel diploid, namun terdapat beberapa
perkecualian, antara lain: sel darah merah dan keratinosit memiliki genom nuliploid.
Hepatosit bergenom tetraploid 4nC, sedang megakariosit pada sumsum tulang belakang
memiliki genom poliploid hingga 8nC, 16nC atau 32nC dan dapat melakukan proliferasi
hingga menghasilkan ribuan sel nuliploid. Banyaknya ploidi pada sel terjadi sebagai
akibat dari replikasi DNA yang tidak disertai pembelahan sel, yang lazim disebut sebagai
endomitosis. sel menjadi lengkap, Jan Evangelista Purkyně melakukan pengamatan
terhadap granula pada tanaman melalui mikroskop. Teori sel kemudian dikembangkan
pada tahun 1839 oleh Matthias Jakob Schleiden dan Theodor Schwann yang mengatakan
bahwa semua makhluk hidup atau organisme tersusun dari satu sel tunggal, yang disebut
uniselular, atau lebih, yang disebut multiselular. Semua sel berasal dari sel yang telah ada
sebelumnya, di dalam sel terjadi fungsi-fungsi vital demi kelangsungan hidup organisme
dan terdapat informasi mengenai regulasi fungsi tersebut yang dapat diteruskan pada
generasi sel berikutnya.
Struktur sel dan fungsi-fungsinya secara menakjubkan hampir serupa untuk semua
organisme, namun jalur evolusi yang ditempuh oleh masing-masing golongan besar
organisme (Regnum) juga memiliki kekhususan sendiri-sendiri. Sel-sel prokariota
beradaptasi dengan kehidupan uniselular sedangkan sel-sel eukariota beradaptasi untuk
hidup saling bekerja sama dalam organisasi yang sangat rapi.
Perkembangan sel
Di dalam tubuh manusia, telah dikenali sekitar 210 jenis sel. Sebagaimana organisme
multiselular lainnya, kehidupan manusia juga dimulai dari sebuah sel embrio diploid hasil
dari fusi haploid oosit dan spermatosit yang kemudian mengalami serangkaian mitosis.
Pada tahap awal, sel-sel embrio bersifat totipoten, setiap sel memiliki kapasitas untuk
terdiferensiasi menjadi salah satu dari seluruh jenis sel tubuh. Selang berjalannya tahap
perkembangan, kapasitas diferensiasi menjadi menurun menjadi pluripoten, hingga
menjadi sel progenitor yang hanya memiliki kapasitas untuk terdiferensiasi menjadi satu
jenis sel saja, dengan kapasitas unipoten.
Pada level molekular, perkembangan sel dikendalikan melalui suatu proses pembelahan
sel, diferensiasi sel, morfogenesis dan apoptosis. Tiap proses, pada awalnya, diaktivasi
secara genetik, sebelum sel tersebut dapat menerima sinyal mitogenik dari lingkungan di
luar sel.
Proses pembelahan sel
Siklus sel adalah proses duplikasi secara akurat untuk menghasilkan jumlah DNA
kromosom yang cukup banyak dan mendukung segregasi untuk menghasilkan dua sel
anakan yang identik secara genetik. Proses ini berlangsung terus-menerus dan berulang
(siklik)
Pertumbuhan dan perkembangan sel tidak lepas dari siklus kehidupan yang dialami sel
untuk tetap bertahan hidup. Siklus ini mengatur pertumbuhan sel dengan meregulasi
waktu pembelahan dan mengatur perkembangan sel dengan mengatur jumlah ekspresi
atau translasi gen pada masing-masing sel yang menentukan diferensiasinya.
Fase pada siklus sel
1. Fasa S (sintesis): Tahap terjadinya replikasi DNA
2. Fasa M (mitosis): Tahap terjadinya pembelahan sel (baik pembelahan biner atau
pembentukan tunas)
3. Fasa G (gap): Tahap pertumbuhan bagi sel.
1. Fasa G0, sel yang baru saja mengalami pembelahan berada dalam
keadaan diam atau sel tidak melakukan pertumbuhan maupun
perkembangan. Kondisi ini sangat bergantung pada sinyal atau rangsangan
baik dari luar atau dalam sel. Umum terjadi dan beberapa tidak
melanjutkan pertumbuhan (dorman) dan mati.
2. Fasa G1, sel eukariot mendapatkan sinyal untuk tumbuh, antara
sitokinesis dan sintesis.
3. Fasa G2, pertumbuhan sel eukariot antara sintesis dan mitosis.
Fasa tersebut berlangsung dengan urutan S > G2 > M > G0 > G1 > kembali ke S.
Dalam konteks Mitosis, fase G dan S disebut sebagai Interfase.
Diferensiasi sel
Regenerasi sel adalah proses pertumbuhan dan perkembangan sel yang bertujuan untuk
mengisi ruang tertentu pada jaringan atau memperbaiki bagian yang rusak.
Diferensiasi sel adalah proses pematangan suatu sel menjadi sel yang spesifik dan
fungsional, terletak pada posisi tertentu di dalam jaringan, dan mendukung fisiologis
hewan. Misalnya, sebuah stem cell mampu berdiferensiasi menjadi sel kulit.
Saat sebuah sel tunggal, yaitu sel yang telah dibuahi, mengalami pembelahan berulang
kali dan menghasilkan pola akhir dengan keakuratan dan kompleksitas yang spektakuler,
sel itu telah mengalami regenerasi dan diferensiasi.
Regenerasi dan diferensiasi sel hewan ditentukan oleh genom. Genom yang identik
terdapat pada setiap sel, namun mengekspresikan set gen yang berbeda, bergantung pada
jumlah gen yang diekspresikan. Misalnya, pada sel retina mata, tentu gen penyandi
karakteristik penangkap cahaya terdapat dalam jumlah yang jauh lebih banyak daripada
ekspresi gen indera lainnya.
Morfogenesis
Pengekspresian gen itu sendiri mempengaruhi jumlah sel, jenis sel, interaksi sel, bahkan
lokasi sel. Oleh karena itu, sel hewan memiliki 4 proses esensial pengkonstruksian
embrio yang diatur oleh ekspresi gen, sebagai berikut:
Proliferasi sel
menghasilkan banyak sel dari satu sel
Spesialisasi sel
menciptakan sel dengan karakteristik berbeda pada posisi yang berbeda
Interaksi sel
mengkoordinasi perilaku sebuah sel dengan sel tetangganya
Pergerakan sel
menyusun sel untuk membentuk struktur jaringan dan organ
Pada embrio yang berkembang, keempat proses ini berlangsung bersamaan. Tidak ada
badan pengatur khusus untuk proses ini. Setiap sel dari jutaan sel embrio harus membuat
keputusannya masing-masing, menurut jumlah kopi instruksi genetik dan kondisi khusus
masing-masing sel.
Sel tubuh, seperti otot, saraf, dsb. tetap mempertahankan karakteristik karena masih
mengingat sinyal yang diberikan oleh nenek moyangnya saat awal perkembangan embrio.
Apoptosis
Apoptosis merupakan bagian dari perkembangan sel, sel tidak dapat mati begitu saja
tanpa suatu mekanisme yang tertanam di dalam sel, yang dapat diaktivasi oleh sinyal
internal maupun eksternal.
Struktur sel
Sel eukariota
Secara umum setiap sel memiliki
membran sel,
sitoplasma, dan
inti sel atau nukleus.
Sitoplasma dan inti sel bersama-sama disebut sebagai protoplasma. Sitoplasma berwujud
cairan kental (sitosol) yang di dalamnya terdapat berbagai organel yang memiliki fungsi
yang terorganisasi untuk mendukung kehidupan sel. Organel memiliki struktur terpisah
dari sitosol dan merupakan "kompartementasi" di dalam sel, sehingga memungkinkan
terjadinya reaksi yang tidak mungkin berlangsung di sitosol. Sitoplasma juga didukung
oleh jaringan kerangka yang mendukung bentuk sitoplasma sehingga tidak mudah
berubah bentuk.
Organel-organel yang ditemukan pada sitoplasma adalah
mitokondria (kondriosom)
badan Golgi (diktiosom)
retikulum endoplasma
plastida (khusus tumbuhan, mencakup leukoplas, kloroplas, dan kromoplas)
vakuola (khusus tumbuhan)
Sel prokariota
Sel tumbuhan dan sel bakteri memiliki lapisan di luar membran yang dikenal sebagai
dinding sel. Dinding sel bersifat tidak elastis dan membatasi perubahan ukuran sel.
Keberadaan dinding sel juga menyebabkan terbentuknya ruang antarsel, yang pada
tumbuhan menjadi bagian penting dari transportasi hara dan mineral di dalam tubuh
tumbuhan.
Sel tumbuhan, sel hewan, dan sel bakteri mempunyai beberapa perbedaan seperti berikut:
Sel tumbuhan Sel hewan Sel bakteri
Sel tumbuhan lebih besar
daripada sel hewan.
Sel hewan lebih kecil daripada sel
tumbuhan.
Sel bakteri sangat
kecil.
Mempunyai bentuk yang
tetap.
Tidak mempunyai bentuk yang
tetap.
Mempunyai bentuk
yang tetap.
Mempunyai dinding sel
[cell wall] dari selulosa.
Tidak mempunyai dinding sel [cell
wall].
Mempunyai dinding
sel [cell wall] dari
lipoprotein.
Mempunyai plastida. Tidak mempunyai plastida. Tidak mempunyai
plastida.
Mempunyai vakuola
[vacuole] atau rongga sel
yang besar.
Tidak mempunyai vakuola
[vacuole], walaupun kadang-
kadang sel beberapa hewan
uniseluler memiliki vakuola (tapi
tidak sebesar yang dimiliki
tumbuhan). Yang biasa dimiliki
hewan adalah vesikel atau
[vesicle].
Tidak mempunyai
vakuola.
Menyimpan tenaga
dalam bentuk butiran
(granul) pati.
Menyimpan tenaga dalam bentuk
butiran (granul) glikogen.
-
Tidak Mempunyai
sentrosom [centrosome].
Mempunyai sentrosom
[centrosome].
Tidak Mempunyai
sentrosom
[centrosome].
Tidak memiliki lisosom
[lysosome].
Memiliki lisosom [lysosome].
Nukleus lebih kecil
daripada vakuola.
Nukleus lebih besar daripada
vesikel.
Tidak memiliki
nukleus dalam arti
sebenarnya.
Perbedaan pertumbuhan dan perkembangan sel hewan dan tanaman
Secara umum, perbedaan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut:
Hewan Tumbuhan
Terdapat sentriol Tidak ada sentriol
Tidak ada pembentukan dinding sel Terdapat sitokinesis dan pembentukan
dinding sel
Ada kutub animal dan vegetal Tidak ada perbedaan kutub embriogenik,
yang ada semacam epigeal dan hipogeal
Jaringan sel hewan bergerak menjadi
bentuk yang berbeda
Jaringan sel tumbuhan tumbuh menjadi
bentuk yang berbeda
Terdapat proses gastrulasi Terdapat proses histodiferensiasi
Tidak terdapat jaringan embrionik seumur
hidup
Meristem sebagai jaringan embrionik
seumur hidup
Terdapat batasan pertumbuhan (ukuran
tubuh)
Tidak ada batasan pertumbuhan, kecuali
kemampuan akar dalam hal menopang
berat tubuh bagian atas
Apoptosis untuk perkembangan jaringan, Tidak ada "Apoptosis", yang ada lebih ke
melibatkan mitokondria dan caspase arah proteksi diri, tidak melibatkan
mitokondria
Sel-sel khusus
Sel Tidak Berinti, contohnya trombosit dan eritrosit (Sel darah merah). Di dalam
sel darah merah, terdapat hemoglobin sebagai pengganti nukleus (inti sel).
Sel Berinti Banyak, contohnya Paramecium sp dan sel otot
Sel hewan berklorofil, contohnya euglena sp. Euglena sp adalah hewan uniseluler
berklorofil.
Sel pendukung, contohnya adalah sel xilem. Sel xilem akan mati dan
meninggalkan dinding sel sebagai "tulang" dan saluran air. Kedua ini sangatlah
membantu dalam proses transpirasi pada tumbuhan.
STRUKTUR DAN FUNGSI SEL
Penelitian menunjukkan bahwa satuan unit terkecil dari kehidupan adalah Sel. Kata “sel”
itu sendiri dikemukakan oleh Robert Hooke yang berarti “kotak-kotak kosong”, setelah ia
mengamati sayatan gabus dengan mikroskop. Selanjutnya disimpulkan bahwa sel terdiri
dari kesatuan zat yang dinamakan Protoplasma. Istilah protoplasma pertama kali dipakai
oleh Johannes Purkinje; menurut Johannes Purkinje protoplasma dibagi menjadi dua
bagian yaitu Sitoplasma dan Nukleoplasma Robert Brown mengemukakan bahwa
Nukleus (inti sel) adalah bagian yang memegang peranan penting dalam sel,Rudolf
Virchow mengemukakan sel itu berasal dari sel (Omnis Cellula E Cellula).
ANATOMI DAN FISIOLOGI SEL
Secara anatomis sel dibagi menjadi 3 bagian, yaitu:
1. Selaput Plasma (Membran Plasma atau Plasmalemma).
2. Sitoplasma dan Organel Sel.
3. Inti Sel (Nukleus).
1. Selaput Plasma (Plasmalemma)Yaitu selaput atau membran sel yang terletak paling
luar yang tersusun dari senyawa kimia Lipoprotein (gabungan dari senyawa lemak atau
Lipid dan senyawa Protein). Lipoprotein ini tersusun atas 3 lapisan yang jika ditinjau dari
luar ke dalam urutannya adalah:Protein – Lipid – Protein Þ Trilaminer Layer
Lemak bersifat Hidrofebik (tidak larut dalam air) sedangkan protein bersifat Hidrofilik
(larut dalam air); oleh karena itu selaput plasma bersifat Selektif Permeabel atau Semi
Permeabel (teori dari Overton).
Selektif permeabel berarti hanya dapat memasukkan di lewati molekul tertentu saja.
Fungsi dari selaput plasma ini adalah menyelenggarakan Transportasi zat dari sel yang
satu ke sel yang lain.
Khusus pada sel tumbahan, selain mempunyai selaput plasma masih ada satu struktur lagi
yang letaknya di luar selaput plasma yang disebut Dinding Sel (Cell Wall).
Dinding sel tersusun dari dua lapis senyawa Selulosa, di antara kedua lapisan selulosa
tadi terdapat rongga yang dinamakan Lamel Tengah (Middle Lamel) yang dapat terisi
oleh zat-zat penguat seperti Lignin, Chitine, Pektin, Suberine dan lain-lain. Selain itu
pada dinding sel tumbuhan kadang-kadang terdapat celah yang disebut Noktah. Pada
Noktah/Pit sering terdapat penjuluran Sitoplasma yang disebut Plasmodesma yang
fungsinya hampir sama dengan fungsi saraf pada hewan.
2. Sitoplasma dan Organel Sel.
Bagian yang cair dalam sel dinamakan Sitoplasma khusus untuk cairan yang berada
dalam inti sel dinamakan Nukleoplasma), sedang bagian yang padat dan memiliki fungsi
tertentu digunakan Organel Sel. Penyusun utama dari sitoplasma adalah air (90%),
berfungsi sebagai pelarut zat-zat kimia serta sebagai media terjadinya reaksi kirnia
sel.Organel sel adalah benda-benda solid yang terdapat di dalam sitoplasma dan bersifat
hidup(menjalankan fungsi-fungsi kehidupan).
Organel Sel tersebut antara lain :
a. Retikulum Endoplasma (RE.)Yaitu struktur berbentuk benang-benang yang bermuara
di inti sel. Dikenal dua jenis RE yaitu :• RE. Granuler (Rough E.R)• RE. Agranuler
(Smooth E.R)
Fungsi R.E. adalah : sebagai alat transportasi zat-zat di dalam sel itu sendiri. Struktur
R.E. hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron.
b. Ribosom (Ergastoplasma), Struktur ini berbentuk bulat terdiri dari dua partikel besar
dan kecil, ada yang melekat sepanjang R.E. dan ada pula yang soliter. Ribosom
merupakan organel sel terkecil yang tersuspensi di dalam sel.
Fungsi dari ribosom adalah : tempat sintesis protein.Struktur ini hanya dapat dilihat
dengan mikroskop elektron.
c. Miitokondria (The Power House), Struktur berbentuk seperti cerutu ini mempunyai dua
lapis membran.Lapisan dalamnya berlekuk-lekuk dan dinamakan KristaFungsi
mitokondria adalah sebagai pusat respirasi seluler yang menghasilkan banyak ATP
(energi) ; karena itu mitokondria diberi julukan “The Power House”.
d. Lisosom, Fungsi dari organel ini adalah sebagai penghasil dan penyimpan enzim
pencernaan seluler. Salah satu enzi nnya itu bernama Lisozym.
e. Badan Golgi (Apparatus Golgi = Diktiosom) Organel ini dihubungkan dengan fungsi
ekskresi sel, dan struktur ini dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa.
Organel ini banyak dijumpai pada organ tubuh yang melaksanakan fungsi ekskresi,
misalnya ginjal.
f. Sentrosom (Sentriol) Struktur berbentuk bintang yang berfungsi dalam pembelahan sel
(Mitosis maupun Meiosis). Sentrosom bertindak sebagai benda kutub dalam mitosis dan
meiosis. Struktur ini hanya dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop elektron.
g. Plastida Dapat dilihat dengan mikroskop cahaya biasa.
Dikenal tiga jenis plastida yaitu :
1. Lekoplas (plastida berwarna putih berfungsi sebagai penyimpan makanan),terdiri dari:
• Amiloplas (untak menyimpan amilum) dan,• Elaioplas (Lipidoplas) (untukmenyimpan
lemak/minyak).• Proteoplas (untuk menyimpan protein).
2. Kloroplas yaitu plastida berwarna hijau. Plastida ini berfungsi menghasilkan klorofil
dan sebagai tempat berlangsungnya fotosintesis.
3. Kromoplas yaitu plastida yang mengandung pigmen, misalnya :• Karotin (kuning)•
Fikodanin (biru)• Fikosantin (kuning)• Fikoeritrin (merah)
h. Vakuola (RonggaSel) Beberapa ahli tidak memasukkan vakuola sebagai organel sel.
Benda ini dapat dilihat dengan mikroskop cahaya biasa. Selaput pembatas antara vakuola
dengan sitoplasma disebut TonoplasVakuola berisi :• garam-garam organik• glikosida•
tanin (zat penyamak)• minyak eteris (misalnya Jasmine pada melati, Roseine pada mawar
Zingiberine pada jahe)• alkaloid (misalnya Kafein, Kinin, Nikotin, Likopersin dan lain-
lain)• enzim• butir-butir patiPada boberapa spesies dikenal adanya vakuola kontraktil dan
vaknola non kontraktil.
i. Mikrotubulus Berbentuk benang silindris, kaku, berfungsi untuk mempertahankan
bentuk sel dan sebagai “rangka sel”. Contoh organel ini antara lain benang-benang
gelembung pembelahan Selain itu mikrotubulus berguna dalam pembentakan Sentriol,
Flagela dan Silia.
j. MikrofilamenSeperti Mikrotubulus, tetapi lebih lembut. Terbentuk dari komponen
utamanya yaitu protein aktin dan miosin (seperti pada otot). Mikrofilamen berperan
dalam pergerakan sel.k. Peroksisom (Badan Mikro) Ukurannya sama seperti Lisosom.
Organel ini senantiasa berasosiasi dengan organel lain, dan banyak mengandung enzim
oksidase dan katalase (banyak disimpan dalam sel-sel hati).
3. Inti Sel (Nukleus)Inti sel terdiri dari bagian-bagian yaitu :• Selapue Inti (Karioteka)•
Nukleoplasma (Kariolimfa)• Kromatin / Kromosom • Nukleolus(anak inti).Berdasarkan
ada tidaknya selaput inti kita mengenal 2 penggolongan sel yaitu :• Sel Prokariotik (sel
yang tidak memiliki selaput inti), misalnya dijumpaipada bakteri, ganggang biru.• Sel
Eukariotik (sel yang memiliki selaput inti). Fungsi dari inti sel adalah : mengatur semua
aktivitas (kegiatan) sel, karena di dalam inti sel terdapat kromosom yang berisi ADN
yang mengatur sintesis protein.
Organel
Skema sel hewan khusus yang menunjukkan komoponen subsel. Organel: (1) nukleolus
(2) nukleus (3) ribosom (4) vesikula (5) retikulum endoplasma kasar (RE) (6) badan
Golgi(7) Sitoskeleton (8) RE halus (9) mitokondria (10) vakuola (11) sitoplasma (12)
lisosom (13) sentriol
Dalam bidang biologi sel, organel ialah salah satu dari beberapa struktur dengan fungsi
khusus yang terapung-apung dalam sitoplasma sel eukariot. Dahulu, organel dikenali
melalui penggunaan mikroskop, serta juga melalui penggunaan fraksinasi sel.
Beberapa organel yang besar mungkin berasal dari bakteri endosimbion:
kloroplas
plastida lain, seperti leukoplas, amiloplas, etioplas, elaioplas, rodoplas, dan
kromoplas.
mitokondria.
Organel yang lain termasuk:
akrosom
sentriol
silium/flagelum
retikulum endoplasma
glioksisom
badan Golgi
lisosom
melanosom
mitosom
miofibril
nukleolus
nukleus
parentesom
peroksisom
ribosom
vakuola
vesikula
Struktur-struktur lain yang berkaitan:
sitosol
sistem endomembran
nukleosom
mikrotubulus
membran sel
Fungsi Organela-organela Sel
a. Membran Plasma
Tersusun atas lemak (lipid) dan protein (lipoprotein).
Fungsi: melindungi sel, mengatur keluar masuknya zat dan sebagai penerima rangsang
dari luar sel.
2. Sitoplasma
Tersusun atas:
- cairan: sitosol
- padatan: berupa organela-organela
Fungsi: tempat berlangsungnya reaksi metabolisme sel.
c. Nukleus
Merupakan organel terbesar, berbentuk bulat, membran rangkap. Di dalam nukleus
terdapat nukleoplasma, yang terdiri atas benang 'kromatin' yang tersusun atas DNA, RNA
dan protein. Selain itu terkadang terbentuk nukleolus
Fungsi: pengendali seluruh aktivitas sel, pengatur pembelahan sel dan pembawa
informasi genetik.
d. Sentriol
Hanya dimiliki sel hewan.
Fungsi: menarik kromosom menuju ke kutub.
e. Retikulum Endoplasma (RE)
Berbentuk benang-benang jala meliputi:
- RE kasar: terdapat ribosom, b'fungsi utk transpor & sintesis protein.
- RE halus: tdk t'dpt ribosom, b'fungsi utk transpor & sintesis lemak & steroid.
f. Ribosom
Tersusun dr protein & RNA, b'bentuk bulat & tdk b'membran.
Fungsi: tempat b'langsungnya sintesis protein.
g. Kompleks Golgi
Terdiri atas membran b'bentuk kantong pipih. Pd sel tumbuhan, kompleks golgi disebut
diktiosom.
Fungsi: sekresi polisakarida, protein & lendir (musin).
h. Lisosom
Merupakan membran b'bentuk kantong kecil b'isi enzim hidrolitik yg b'fungsi dlm
pencernaan intrasel.
Fungsi lain:
- mencerna materi yg diambil secara endositosis.
- menghancurkan organela sel lain yg sudah tdk b'fungsi (autofage).
- menghancurkan selnya sendiri (autolisis).
i. Mitokondria
Memiliki membran rangkap (luar & dlm). Membran dlm berlekuk-lekuk membentuk
krista.
j. Mikrotubulus
Tersusun atas protein tubulin
Fungsi: punyusun spindel, sentriol, silia & flagela.
k. Mikrofilamen
Tersusun atas protein aktin.
Fungsi: dlm gerakan sel, sitoplasma, kontraksi otot & pembelahan sel.
l. Dinding Sel
Tersusun atas protein selulose, hemiselulose, pektin & lignin.
Fungsi: memberi bentuk sel, melindungi bagian sebelah dlm, & mengatur transportasi
zat.
m. Badan mikro
Terdiri:
- Peroksisom: mengandung enzim katalase.
- Glioksisom: mengandung enzim katalase & oksidase.
n. Plastida
Organela yg mengandung pigmen, meliputi:
- Kloroplas: plastida yg mengandung pigmen klorofil/hijau.
- Kromoplas: plastida yg mengandung pigmen merah, jingga, kuning.
- Leukoplas: plastida yg tdk mengandung pigmen.
o. Vakuola
Vakuola sel tumbuhan b'sifat menetap.
Fungsi: tmpt menyimpan cadangan mkanan, pigmen, minyak atsiri & sisa metabolisme.
Pokok bahasan di dalam bab ini menguraikan struktur molekul dan komponen asam
nukleat, termasuk macam-macam ikatan kimia yang menghubungkan komponen-
komponen tersebut. Selain itu, dijelaskan pula perbedaan struktur antara DNA dan RNA,
serta sifat-sifat fisika-kimia dan spektroskopik-termal asam nukleat, khususnya DNA.
Dengan mempelajari pokok bahasan ini akan diperoleh gambaran mengenai perubahan
struktur yang terjadi pada asam nukleat yang dimanipulasi, dan juga mekanisme
manipulasi asam nukleat yang pada dasarnya berkaitan dengan sifat-sifat fisika-kimianya.
Setelah mempelajari pokok bahasan di dalam bab ini mahasiswa diharapkan mampu
menjelaskan:
struktur molekul dan komponen-komponen asam nukleat, termasuk macam-macam
ikatan kimia yang terdapat di dalamnya,
perbedaan struktur antara DNA dan RNA,
cara pembacaan sekuens suatu molekul asam nukleat,
sifat-sifat fisika-kimia asam nukleat, dan
sifat-sifat spektroskopik-termal asam nukleat
Pengetahuan awal yang diperlukan oleh mahasiswa agar dapat mempelajari pokok
bahasan ini dengan lebih baik adalah sejarah penemuan asam nukleat beserta percobaan-
percobaan yang membuktikan bahwa DNA merupakan materi genetik pada sebagian
besar organisme dan RNA merupakan materi genetik pada virus tertentu. Pengetahuan
tersebut telah diperoleh melalui mata kuliah Genetika pada semester VI. Adapun urutan
bahasan di dalam bab ini adalah struktur molekul asam nukleat, sifat-sifat fisika-kimia
asam nukleat, dan sifat-sifat spektroskopik-temal asam nukleat.
Struktur Molekul
Asam nukleat merupakan salah satu makromolekul yang memegang peranan sangat
penting dalam kehidupan organisme karena di dalamnya tersimpan informasi genetik.
Asam nukleat sering dinamakan juga polinukleotida karena tersusun dari sejumlah
molekul nukleotida sebagai monomernya. Tiap nukleotida mempunyai struktur yang
terdiri atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen atau basa nukleotida (basa
N).
Ada dua macam asam nukleat, yaitu asam deoksiribonukleat atau deoxyribonucleic
acid (DNA) dan asam ribonukleat atau ribonucleic acid (RNA). Dilihat dari
strukturnya, perbedaan di antara kedua macam asam nukleat ini terutama terletak pada
komponen gula pentosanya. Pada RNA gula pentosanya adalah ribosa, sedangkan pada
DNA gula pentosanya mengalami kehilangan satu atom O pada posisi C nomor 2’
sehingga dinamakan gula 2’-deoksiribosa (Gambar 2.1.b).
Perbedaan struktur lainnya antara DNA dan RNA adalah pada basa N-nya. Basa N, baik
pada DNA maupun pada RNA, mempunyai struktur berupa cincin aromatik heterosiklik
(mengandung C dan N) dan dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu purin dan
pirimidin. Basa purin mempunyai dua buah cincin (bisiklik), sedangkan basa pirimidin
hanya mempunyai satu cincin (monosiklik). Pada DNA, dan juga RNA, purin terdiri atas
adenin (A) dan guanin (G). Akan tetapi, untuk pirimidin ada perbedaan antara DNA dan
RNA. Kalau pada DNA basa pirimidin terdiri atas sitosin (C) dan timin (T), pada RNA
tidak ada timin dan sebagai gantinya terdapat urasil (U). Timin berbeda dengan urasil
hanya karena adanya gugus metil pada posisi nomor 5 sehingga timin dapat juga
dikatakan sebagai 5-metilurasil.
Gambar 2.1. Komponen-komponen asam nukleat
a) gugus fosfat b) gula pentosa c) basa N
Di antara ketiga komponen monomer asam nukleat tersebut di atas, hanya basa N-lah
yang memungkinkan terjadinya variasi. Pada kenyataannya memang urutan (sekuens)
basa N pada suatu molekul asam nukleat merupakan penentu bagi spesifisitasnya.
Dengan perkataan lain, identifikasi asam nukleat dilakukan berdasarkan atas urutan basa
N-nya sehingga secara skema kita bisa menggambarkan suatu molekul asam nukleat
hanya dengan menuliskan urutan basanya saja.
Nukleosida dan nukleotida
Penomoran posisi atom C pada cincin gula dilakukan menggunakan tanda aksen (1’, 2’,
dan seterusnya), sekedar untuk membedakannya dengan penomoran posisi pada cincin
basa. Posisi 1’ pada gula akan berikatan dengan posisi 9 (N-9) pada basa purin atau posisi
1 (N-1) pada basa pirimidin melalui ikatan glikosidik atau glikosilik(Gambar 2.2).
Kompleks gula-basa ini dinamakan nukleosida.
Di atas telah disinggung bahwa asam nukleat tersusun dari monomer-monomer berupa
nukleotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa,
dan sebuah basa N. Dengan demikian, setiap nukleotida pada asam nukleat dapat dilihat
sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pengertian nukleotida secara umum sebenarnya
adalah nukleosida dengan sebuah atau lebih gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul ATP
(adenosin trifosfat) adalah nukleotida yang merupakan nukleosida dengan tiga gugus
fosfat.
Jika gula pentosanya adalah ribosa seperti halnya pada RNA, maka nukleosidanya dapat
berupa adenosin, guanosin, sitidin, dan uridin. Begitu pula, nukleotidanya akan ada empat
macam, yaitu adenosin monofosfat, guanosin monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin
monofosfat. Sementara itu, jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya pada
DNA, maka (2’-deoksiribo)nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin, deoksiguanosin,
deoksisitidin, dan deoksitimidin.
Ikatan fosfodiester
Selain ikatan glikosidik yang menghubungkan gula pentosa dengan basa N, pada asam
nukleat terdapat pula ikatan kovalen melalui gugus fosfat yang menghubungkan antara
gugus hidroksil (OH) pada posisi 5’ gula pentosa dan gugus hidroksil pada posisi 3’ gula
pentosa nukleotida berikutnya. Ikatan ini dinamakan ikatan fosfodiesterkarena secara
kimia gugus fosfat berada dalam bentuk diester (Gambar 2.2).
Gambar 2.2. Ikatan fosfodiester dan ikatan glikosidik pada asam nukleat
Oleh karena ikatan fosfodiester menghubungkan gula pada suatu nukleotida dengan gula
pada nukleotida berikutnya, maka ikatan ini sekaligus menghubungkan kedua nukleotida
yang berurutan tersebut. Dengan demikian, akan terbentuk suatu rantai polinukleotida
yang masing-masing nukleotidanya satu sama lain dihubungkan oleh ikatan fosfodiester.
Kecuali yang berbentuk sirkuler, seperti halnya pada kromosom dan plasmid bakteri,
rantai polinukleotida memiliki dua ujung. Salah satu ujungnya berupa gugus fosfat yang
terikat pada posisi 5’ gula pentosa. Oleh karena itu, ujung ini dinamakan ujung P atau
ujung 5’. Ujung yang lainnya berupa gugus hidroksil yang terikat pada posisi 3’ gula
pentosa sehingga ujung ini dinamakan ujung OH atau ujung 3’. Adanya ujung-ujung
tersebut menjadikan rantai polinukleotida linier mempunyai arah tertentu.
Pada pH netral adanya gugus fosfat akan menyebabkan asam nukleat bermuatan negatif.
Inilah alasan pemberian nama ’asam’ kepada molekul polinukleotida meskipun di
dalamnya juga terdapat banyak basa N. Kenyataannya, asam nukleat memang merupakan
anion asam kuat atau merupakan polimer yang sangat bermuatan negatif.
Sekuens asam nukleat
Telah dikatakan di atas bahwa urutan basa N akan menentukan spesifisitas suatu molekul
asam nukleat sehingga biasanya kita menggambarkan suatu molekul asam nukleat cukup
dengan menuliskan urutan basa (sekuens)-nya saja. Selanjutnya, dalam penulisan sekuens
asam nukleat ada kebiasaan untuk menempatkan ujung 5’ di sebelah kiri atau ujung 3’ di
sebelah kanan. Sebagai contoh, suatu sekuens DNA dapat dituliskan 5’-
ATGACCTGAAAC-3’ atau suatu sekuens RNA dituliskan 5’-GGUCUGAAUG-3’.
Jadi, spesifisitas suatu asam nukleat selain ditentukan oleh sekuens basanya, juga harus
dilihat dari arah pembacaannya. Dua asam nukleat yang memiliki sekuens sama tidak
berarti keduanya sama jika pembacaan sekuens tersebut dilakukan dari arah yang
berlawanan (yang satu 5’→ 3’, sedangkan yang lain 3’→ 5’).
Struktur tangga berpilin (double helix) DNA
Dua orang ilmuwan, J.D.Watson dan F.H.C.Crick, mengajukan model struktur molekul
DNA yang hingga kini sangat diyakini kebenarannya dan dijadikan dasar dalam berbagai
teknik yang berkaitan dengan manipulasi DNA. Model tersebut dikenal sebagai tangga
berplilin (double helix). Secara alami DNA pada umumnya mempunyai struktur molekul
tangga berpilin ini.
Model tangga berpilin menggambarkan struktur molekul DNA sebagai dua rantai
polinukleotida yang saling memilin membentuk spiral dengan arah pilinan ke kanan.
Fosfat dan gula pada masing-masing rantai menghadap ke arah luar sumbu pilinan,
sedangkan basa N menghadap ke arah dalam sumbu pilinan dengan susunan yang sangat
khas sebagai pasangan – pasangan basa antara kedua rantai. Dalam hal ini, basa A pada
satu rantai akan berpasangan dengan basa T pada rantai lainnya, sedangkan basa G
berpasangan dengan basa C. Pasangan-pasangan basa ini dihubungkan oleh ikatan
hidrogen yang lemah (nonkovalen). Basa A dan T dihubungkan oleh ikatan hidrogen
rangkap dua, sedangkan basa G dan C dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap tiga.
Adanya ikatan hidrogen tersebut menjadikan kedua rantai polinukleotida terikat satu
sama lain dan saling komplementer. Artinya, begitu sekuens basa pada salah satu rantai
diketahui, maka sekuens pada rantai yang lainnya dapat ditentukan.
Oleh karena basa bisiklik selalu berpasangan dengan basa monosiklik, maka jarak antara
kedua rantai polinukleotida di sepanjang molekul DNA akan selalu tetap. Dengan
perkataan lain, kedua rantai tersebut sejajar. Akan tetapi, jika rantai yang satu dibaca dari
arah 5’ ke 3’, maka rantai pasangannya dibaca dari arah 3’ ke 5’. Jadi, kedua rantai
tersebut sejajar tetapi berlawanan arah (antiparalel).
3’
5’
5’
3’
Gambar 2.3. Model struktur tangga berpilin DNA
P = fosfat S =gula
A = adenin, G = guanin, C = sitosin, T =timin
Jarak antara dua pasangan basa yang berurutan adalah 0,34 nm. Sementara itu, di dalam
setiap putaran spiral terdapat 10 pasangan basa sehingga jarak antara dua basa yang tegak
lurus di dalam masing-masing rantai menjadi 3,4 nm. Namun, kondisi semacam ini hanya
dijumpai apabila DNA berada dalam medium larutan fisiologis dengan kadar garam
rendah seperti halnya yang terdapat di dalam protoplasma sel hidup. DNA semacam ini
dikatakan berada dalam bentuk B atau bentuk yang sesuai dengan model asli Watson-
Crick. Bentuk yang lain, misalnya bentuk A, akan dijumpai jika DNA berada dalam
medium dengan kadar garam tinggi. Pada bentuk A terdapat 11 pasangan basa dalam
setiap putaran spiral. Selain itu, ada pula bentuk Z, yaitu bentuk molekul DNA yang
mempunyai arah pilinan spiral ke kiri. Bermacam-macam bentuk DNA ini sifatnya
fleksibel, artinya dapat berubah dari yang satu ke yang lain bergantung kepada kondisi
lingkungannya.
Modifikasi struktur molekul RNA
Tidak seperti DNA, molekul RNA pada umumnya berupa untai tunggal sehingga tidak
memiliki struktur tangga berpilin. Namun, modifikasi struktur juga terjadi akibat
terbentuknya ikatan hidrogen di dalam untai tunggal itu sendiri (intramolekuler).
Dengan adanya modifikasi struktur molekul RNA, kita mengenal tiga macam RNA, yaitu
RNA duta atau messenger RNA (mRNA), RNA pemindah atau transfer RNA (tRNA),
dan RNA ribosomal (rRNA). Struktur mRNA dikatakan sebagai struktur primer,
sedangkan struktur tRNA dan rRNA dikatakan sebagai struktur sekunder. Perbedaan di
antara ketiga struktur molekul RNA tersebut berkaitan dengan perbedaan fungsinya
masing-masing.
Sifat-sifat Fisika-Kimia Asam Nukleat
Di bawah ini akan dibicarakan sekilas beberapa sifat fisika-kimia asam nukleat. Sifat-
sifat tersebut adalah stabilitas asam nukleat, pengaruh asam, pengaruh alkali, denaturasi
kimia, viskositas, dan kerapatan apung.
Stabilitas asam nukleat
Ketika kita melihat struktur tangga berpilin molekul DNA atau pun struktur sekunder
RNA, sepintas akan nampak bahwa struktur tersebut menjadi stabil akibat adanya ikatan
hidrogen di antara basa-basa yang berpasangan. Padahal, sebenarnya tidaklah demikian.
Ikatan hidrogen di antara pasangan-pasangan basa hanya akan sama kuatnya dengan
ikatan hidrogen antara basa dan molekul air apabila DNA berada dalam bentuk rantai
tunggal. Jadi, ikatan hidrogen jelas tidak berpengaruh terhadap stabilitas struktur asam
nukleat, tetapi sekedar menentukan spesifitas perpasangan basa.
Penentu stabilitas struktur asam nukleat terletak pada interaksi penempatan (stacking
interactions) antara pasangan-pasangan basa. Permukaan basa yang bersifat hidrofobik
menyebabkan molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela perpasangan basa sehingga
perpasangan tersebut menjadi kuat.
Pengaruh asam
Di dalam asam pekat dan suhu tinggi, misalnya HClO4 dengan suhu lebih dari 100ºC,
asam nukleat akan mengalami hidrolisis sempurna menjadi komponen-komponennya.
Namun, di dalam asam mineral yang lebih encer, hanya ikatan glikosidik antara gula dan
basa purin saja yang putus sehingga asam nukleat dikatakan bersifat apurinik.
Pengaruh alkali
Pengaruh alkali terhadap asam nukleat mengakibatkan terjadinya perubahan status
tautomerik basa. Sebagai contoh, peningkatan pH akan menyebabkan perubahan struktur
guanin dari bentuk keto menjadi bentuk enolat karena molekul tersebut kehilangan
sebuah proton. Selanjutnya, perubahan ini akan menyebabkan terputusnya sejumlah
ikatan hidrogen sehingga pada akhirnya rantai ganda DNA mengalami denaturasi. Hal
yang sama terjadi pula pada RNA. Bahkan pada pH netral sekalipun, RNA jauh lebih
rentan terhadap hidrolisis bila dibadingkan dengan DNA karena adanya gugus OH pada
atom C nomor 2 di dalam gula ribosanya.
Denaturasi kimia
Sejumlah bahan kimia diketahui dapat menyebabkan denaturasi asam nukleat pada pH
netral. Contoh yang paling dikenal adalah urea (CO(NH2)2) dan formamid (COHNH2).
Pada konsentrasi yang relatif tinggi, senyawa-senyawa tersebut dapat merusak ikatan
hidrogen. Artinya, stabilitas struktur sekunder asam nukleat menjadi berkurang dan rantai
ganda mengalami denaturasi.
Viskositas
DNA kromosom dikatakan mempunyai nisbah aksial yang sangat tinggi karena
diameternya hanya sekitar 2 nm, tetapi panjangnya dapat mencapai beberapa sentimeter.
Dengan demikian, DNA tersebut berbentuk tipis memanjang. Selain itu, DNA merupakan
molekul yang relatif kaku sehingga larutan DNA akan mempunyai viskositas yang tinggi.
Karena sifatnya itulah molekul DNA menjadi sangat rentan terhadap fragmentasi fisik.
Hal ini menimbulkan masalah tersendiri ketika kita hendak melakukan isolasi DNA yang
utuh.
Kerapatan apung
Analisis dan pemurnian DNA dapat dilakukan sesuai dengan kerapatan apung (bouyant
density)-nya. Di dalam larutan yang mengandung garam pekat dengan berat molekul
tinggi, misalnya sesium klorid (CsCl) 8M, DNA mempunyai kerapatan yang sama dengan
larutan tersebut, yakni sekitar 1,7 g/cm3. Jika larutan ini disentrifugasi dengan kecepatan
yang sangat tinggi, maka garam CsCl yang pekat akan bermigrasi ke dasar tabung dengan
membentuk gradien kerapatan. Begitu juga, sampel DNA akan bermigrasi menuju
posisi gradien yang sesuai dengan kerapatannya. Teknik ini dikenal sebagai sentrifugasi
seimbang dalam tingkat kerapatan (equilibrium density gradient centrifugation) atau
sentrifugasi isopiknik.
Oleh karena dengan teknik sentrifugasi tersebut pelet RNA akan berada di dasar tabung
dan protein akan mengapung, maka DNA dapat dimurnikan baik dari RNA maupun dari
protein. Selain itu, teknik tersebut juga berguna untuk keperluan analisis DNA karena
kerapatan apung DNA (ρ) merupakan fungsi linier bagi kandungan GC-nya. Dalam hal
ini, ρ = 1,66 + 0,098% (G + C).
Gambar 2.4. Sentrifugasi seimbang dalam tingkat kerapatan
Sifat-sifat Spektroskopik-Termal Asam Nukleat
Sifat spektroskopik-termal asam nukleat meliputi kemampuan absorpsi sinar UV,
hipokromisitas, penghitungan konsentrasi asam nukleat, penentuan kemurnian DNA,
serta denaturasi termal dan renaturasi asam nukleat. Masing-masing akan dibicarakan
sekilas berikut ini.
Absorpsi UV
Asam nukleat dapat mengabsorpsi sinar UV karena adanya basa nitrogen yang bersifat
aromatik; fosfat dan gula tidak memberikan kontribusi dalam absorpsi UV. Panjang
gelombang untuk absorpsi maksimum baik oleh DNA maupun RNA adalah 260 nm atau
dikatakan λmaks = 260 nm. Nilai ini jelas sangat berbeda dengan nilai untuk protein yang
mempunyai λmaks= 280 nm. Sifat-sifat absorpsi asam nukleat dapat digunakan untuk
deteksi, kuantifikasi, dan perkiraan kemurniannya.
Hipokromisitas
Meskipun λmaks untuk DNA dan RNA konstan, ternyata ada perbedaan nilai yang
bergantung kepada lingkungan di sekitar basa berada. Dalam hal ini, absorbansi pada λ
260 nm (A260) memperlihatkan variasi di antara basa-basa pada kondisi yang berbeda.
Nilai tertinggi terlihat pada nukleotida yang diisolasi, nilai sedang diperoleh pada
molekul DNA rantai tunggal (ssDNA) atau RNA, dan nilai terendah dijumpai pada DNA
rantai ganda (dsDNA). Efek ini disebabkan oleh pengikatan basa di dalam lingkungan
hidrofobik. Istilah klasik untuk menyatakan perbedaan nilai absorbansi tersebut adalah
hipokromisitas. Molekul dsDNA dikatakan relatif hipokromik (kurang berwarna) bila
dibandingkan dengan ssDNA. Sebaliknya, ssDNA dikatakan hiperkromik terhadap
dsDNA.
Penghitungan konsentrasi asam nukleat
Konsentrasi DNA dihitung atas dasar nilai A260-nya. Molekul dsDNA dengan konsentrasi
1mg/ml mempunyai A260sebesar 20, sedangkan konsentrasi yang sama untuk molekul
ssDNA atau RNA mempunyai A260lebih kurang sebesar 25. Nilai A260untuk ssDNA dan
RNA hanya merupakan perkiraan karena kandungan basa purin dan pirimidin pada kedua
molekul tersebut tidak selalu sama, dan nilai A260 purin tidak sama dengan nilai
A260pirimidin. Pada dsDNA, yang selalu mempunyai kandungan purin dan pirimidin
sama, nilai A260-nya sudah pasti.
Kemurnian asam nukleat
Tingkat kemurnian asam nukleat dapat diestimasi melalui penentuan nisbah A260terhadap
A280. Molekul dsDNA murni mempunyai nisbah A260/A280sebesar 1,8. Sementara itu, RNA
murni mempunyai nisbah A260/A280 sekitar 2,0. Protein, dengan λmaks = 280 nm, tentu saja
mempunyai nisbah A260/A280 kurang dari 1,0. Oleh karena itu, suatu sampel DNA yang
memperlihatkan nilai A260/A280lebih dari 1,8 dikatakan terkontaminasi oleh RNA.
Sebaliknya, suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai A260/A280 kurang dari 1,8
dikatakan terkontaminasi oleh protein.
Denaturasi termal dan renaturasi
Di atas telah disinggung bahwa beberapa senyawa kimia tertentu dapat menyebabkan
terjadinya denaturasi asam nukleat. Ternyata, panas juga dapat menyebabkan denaturasi
asam nukleat. Proses denaturasi ini dapat diikuti melalui pengamatan nilai absorbansi
yang meningkat karena molekul rantai ganda (pada dsDNA dan sebagian daerah pada
RNA) akan berubah menjadi molekul rantai tunggal.
Denaturasi termal pada DNA dan RNA ternyata sangat berbeda. Pada RNA denaturasi
berlangsung perlahan dan bersifat acak karena bagian rantai ganda yang pendek akan
terdenaturasi lebih dahulu daripada bagian rantai ganda yang panjang. Tidaklah demikian
halnya pada DNA. Denaturasi terjadi sangat cepat dan bersifat koperatif karena
denaturasi pada kedua ujung molekul dan pada daerah kaya AT akan mendestabilisasi
daerah-daerah di sekitarnya.
Suhu ketika molekul asam nukleat mulai mengalami denaturasi dinamakan titik leleh
atau melting temperature (Tm). Nilai Tm merupakan fungsi kandungan GC sampel DNA,
dan berkisar dari 80 ºC hingga 100ºC untuk molekul-molekul DNA yang panjang.
DNA yang mengalami denaturasi termal dapat dipulihkan (direnaturasi) dengan cara
didinginkan. Laju pendinginan berpengaruh terhadap hasil renaturasi yang diperoleh.
Pendinginan yang berlangsung cepat hanya memungkinkan renaturasi pada beberapa
bagian/daerah tertentu. Sebaliknya, pendinginan yang dilakukan perlahan-lahan dapat
mengembalikan seluruh molekul DNA ke bentuk rantai ganda seperti semula. Renaturasi
yang terjadi antara daerah komplementer dari dua rantai asam nukleat yang berbeda
dinamakan hibridisasi.
Superkoiling DNA
Banyak molekul dsDNA berada dalam bentuk sirkuler tertutup atau closed-circular
(CC), misalnya DNA plasmid dan kromosom bakteri serta DNA berbagai virus. Artinya,
kedua rantai membentuk lingkaran dan satu sama lain dihubungkan sesuai dengan
banyaknya putaran heliks (Lk) di dalam molekul DNA tersebut.
Sejumlah sifat muncul dari kondisi sirkuler DNA. Cara yang baik untuk
membayangkannya adalah menganggap struktur tangga berpilin DNA seperti gelang
karet dengan suatu garis yang ditarik di sepanjang gelang tersebut. Jika kita
membayangkan suatu pilinan pada gelang, maka deformasi yang terbentuk akan terkunci
ke dalam sistem pilinan tersebut. Deformasi inilah yang disebut sebagai superkoiling.
Interkalator
Geometri suatu molekul yang mengalami superkoiling dapat berubah akibat beberapa
faktor yang mempengaruhi pilinan internalnya. Sebagai contoh, peningkatan suhu dapat
menurunkan jumlah pilinan, atau sebaliknya, peningkatan kekuatan ionik dapat
menambah jumlah pilinan. Salah satu faktor yang penting adalah keberadaan interkalator
seperti etidium bromid (EtBr). Molekul ini merupakan senyawa aromatik polisiklik
bermuatan positif yang menyisip di antara pasangan-pasangan basa. Dengan adanya EtBr
molekul DNA dapat divisualisasikan menggunakan paparan sinar UV.
Bahan Ajar
Download
do
cppt pdf
BAB I Pendahuluan
01.
do
c
01.
ppt01.pdf
BAB II Asam Nukleat 02 02 02
BAB III Struktur
Molekul Kromosom03 03 03
BAB IV Replikasi DNA 04 04 04
BAB V Transkripsi 05 05 05
BAB VI Translasi 06 06 06
BAB VII Pengaturan
Eks. Gen07 07 07
BAB VIII Dasar-dasar
Teknol08 08 08
BAB IX Perpustakaan
Gen 09 09 09
BAB X Vektor Kloning 10 10 10
BAB XI PCR 11 11 11
BAB XII Sekuensing DNA 12 12 12
BAB XIII Genomik,
Proteomik, dan
Bioinformatik
13 13 13
BAB XIV Organisme
Transgenik14 14 14
abtu, 30 Juni 2012
Asam Nukleat
A. Pengertian Asam Nukleat
Asam nukleat dari biologi molekul penting bagi kehidupan, dan termasuk
DNA (asam deoksiribonukleat) dan RNA (asam ribonukleat). Bersama dengan
protein, asam nukleat membentuk paling penting makromolekul , masing-masing
ditemukan dalam kelimpahan dalam semua makhluk hidup, di mana mereka berfungsi
dalam pengkodean, transmisi dan mengekspresikan informasi genetik.
Asam nukleat ditemukan oleh Friedrich Miescher pada tahun 1869. Studi
Eksperimental asam nukleat merupakan bagian utama modern biologi dan penelitian
medis , dan membentuk dasar untuk genom dan ilmu forensik , serta bioteknologi dan
industri farmasi. Kemudian Albrecht Kossel menemukan asam nukleat yang tersusun
oleh suatu gugus gula, gugus fosfat, dan gugus basa.
Ciri- ciri Asam Nukleat :
a. Terdapat pada semua sel hidup
b. Merupakan makromolekul dengan monomer Mononukleotida
B. Fungsi Asam Nukleat
Fungsi Asam Nukleat adalah sebagai berikut:
1. Menyimpan, mereplikasi dan mentranskripsi informasi genetika
2. Turut dalam metabolisme
3. Penyimpan energi
4. Sebagai ko-enzim
C. Struktur Asam Nukleat
D. Tata nama Asam Nukleat
Asam nukleat istilah adalah nama keseluruhan untuk DNA dan RNA, anggota
keluarga biopolimer, dan ini identik dengan polinukleotida. Asam nukleat dinamai
untuk penemuan awal mereka dalam inti, dan untuk gugus fosfat (terkait dengan asam
fosfat). Meskipun pertama kali ditemukan dalam nukleus dari eukariotik sel, asam
nukleat sekarang dikenal dapat ditemukan dalam semua bentuk kehidupan, termasuk
dalam bakteri, archea, mitokonria, kloroplas, virus dan viroid. Semua sel hidup dan
organel mengandung DNA dan RNA, sedangkan virus mengandung baik DNA atau
RNA, tetapi biasanya tidak keduanya. Komponen dasar asam nukleat biologis adalah
nukleotida yang masing-masing berisi gula pentosa (ribosa atau deoksiribosa), sebuah
fosfat kelompok, dan nucleobase . Asam nukleat juga dihasilkan dalam laboratorium,
melalui penggunaan enzim (DNA dan RNA polimerase) dan dengan padat-fase
sintesa kimia. Metode kimia juga memungkinkan generasi asam nukleat yang berubah
yang tidak ditemukan di alam, misalnya asam nukleat peptida .
• 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
• 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
BASA-BASA DALAM ASAM NUKLEAT
GUGUS FOSFAT
1. Nukleosida : Senyawa antara purin dan primidin dengan ribosa dan
deoksiribosa. Beberapa nama nukleosida :
2. Nukleotida : Ester nukleosida dengan asam fosfat. Singkatan nama
beberapa nukleotida :
Fungsi nukleotida :
1. Sebagai pembawa energy. Nukleotida yang penting : AMP, ADP,
ATP→ penting dalam penyimpanan dan pemanfaatan energi selama
metabolisme sel.
ATP pembawa energi utama dalam sel :
ADP + Pa → ATP (fosforilase oksidatif)
↑
Energi
ATP + H2O→ ADP + Pa (as. fosfat) + energi (hidrolisis)
2. Pembawa bahan pembentuk dasar suatu molekul.
Contoh :
- Nukleotida Uridin Difosfat (UDP) untuk sintesis glikogen
- Kolin Sitidin Difosfat sintesis kolin fosfolipid.
- Nukleotida trifosfat (NTP) sintesis DNA dan RNA
3. Sebagai ko enzim
- Nikotamida Mono Nukleotida (NMN) → merupakan vitamin
- Flavin Mono Nukleotida (FMN) → koenzim proses oksidasi
– reduksi pada respirasi sel.
- Nikotinamida Adenin Dinukleotida (NAD), Nikotinamida
Adenin Dinukleotida Fosfat (NADP), Flavin Adenin
Dinukleotida (FAD) → koenzim proses oksidasi – reduksi
E. Komposisi Molekuler dan Ukuran Asam Nukleat
Asam nukleat dapat bervariasi dalam ukuran, tetapi umumnya molekul yang
sangat besar. Memang, molekul DNA yang mungkin merupakan molekul individu
terbesar yang diketahui. Dipelajari dengan baik biologi molekul asam nukleat
berbagai ukuran dari 21 nukleotida ( kecil mengganggu RNA ) ke kromosom besar ( 1
kromosom manusia adalah molekul tunggal yang berisi pasangan basa 247 juta ).
Dalam kebanyakan kasus, molekul DNA alami adalah untai ganda RNA dan
molekul untai tunggal. Ada pengecualian banyak, namun-beberapa virus memiliki
genom terbuat dari RNA untai ganda dan virus lainnya memiliki DNA beruntai
tunggal genom, dan, dalam beberapa keadaan, struktur asam nukleat dengan tiga atau
empat helai bisa terwujud.
Asam nukleat adalah linear polimer (rantai) dari nukleotida. Setiap nukleotida
terdiri dari tiga komponen: purin atau pirimidin nucleobase (kadang-kadang disebut
basis nitrogen atau hanya basa), sebuah pentosa gula, dan fosfat kelompok. Sub-
struktur yang terdiri dari gula nucleobase ditambah disebut sebuah nukleosida . Jenis
asam nukleat berbeda dalam struktur gula dalam nukleotida mereka - DNA berisi 2'-
deoksiribosa sedangkan RNA mengandung ribosa (di mana satu-satunya perbedaan
adalah adanya gugus hidroksil ). Juga, nukleobasa ditemukan di kedua jenis asam
nukleat yang berbeda: adenin , sitosin , dan guanin dapat ditemukan di kedua RNA
dan DNA, sedangkan timin terjadi pada DNA dan urasil terjadi pada RNA.
Gula dan fosfat dalam asam nukleat saling terhubung satu sama lain dalam
rantai bolak (gula-fosfat tulang punggung) melalui fosfodiester hubungan. Dalam
nomenklatur konvensional , karbon-karbon dimana gugus fosfat melampirkan adalah
ujung 3'-5 dan '-akhir karbon dari gula. Hal ini memberikan asam nukleat
directionality, dan ujung-ujung molekul asam nukleat yang disebut sebagai 5'-end dan
3'-end. Para nukleobasa bergabung ke gula melalui N-glikosidik hubungan yang
melibatkan nitrogen cincin nucleobase (N-1 untuk pirimidin dan N-9 untuk purin) dan
karbon 1 'dari cincin gula pentosa.
F. Jenis-Jenis asam nukleat
1. Asam Deoksiribonukleat
Asam deoksiribonukleat merupakan asam nukleat yang berisi instruksi
genetik yang digunakan dalam pengembangan dan fungsi dari semua organisme
hidup dikenal. Peran utama dari molekul DNA adalah penyimpanan jangka
panjang informasi dan DNA sering dibandingkan dengan satu set cetak biru,
karena berisi petunjuk yang dibutuhkan untuk membangun komponen lain sel,
seperti protein dan molekul RNA. Segmen DNA yang membawa informasi
genetik ini disebut gen, tetapi urutan DNA lain memiliki tujuan struktural, atau
terlibat dalam mengatur penggunaan informasi ini genetik.
Ciri-ciri Asam Deoksiribonukleat :
Makromolekul dengan Mr yang sangat besar.
Terdiri dari mononukleotida utama :
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
Terdiri dari dua atau lebih rantai polinukleotida
yang tersusun dalam struktur heliks (heliks ganda)
Setiap spesies/organisme mononukleotida utamanya mempunyai
perbandingan, urutan dan berat molekul (Mr) yang spesifik.
Pada sel prokariotik (mengandung hanya satu kromosom) DNA nya
merupakan makromolekul tunggal dengan Mr = 2 x 109.
Pada sel eukariotik (mengandung banyak kromosom) mempunyai
banyak molekul DNA dengan Mr yang sangat besar.
DNA terutama terdapat dalam inti sel (DNA inti) bergabung dengan
protein histon.Juga bisa terdapat pada sitoplasma (DNA sitoplasma),
dalam mitokondria, dalam khloroplas.
Pada sel bakteri selain terdapat dalam inti sel juga bisa pada sel
membran = mesosom dan dalam sitoplasma di luar kromosom =
plasmid/episom.
DNA normal dari suatu spesies yang berbeda menunjukkan adanya
keteraturan (regularitas)
CHARGAFF’S RULES :
- Komposisi basa dari DNA suatu organisme adalah tetap pada semua
sel nya dan mempunyai karakteristik tertentu
- Komposisi basa dari DNA bervariasi dari suatu organisme dengan
organisme lainnya dinyatakan dengan dissymmetry ratio : (A + T) / (G +
C)
- Komposisi basa dari suatu spesies tidak berubah oleh umur, keadaan
nutrisi, ataupun lingkungan.
- Jumlah adenin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan
jumlah timin (A = T).
- Jumlah guanin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan
jumlah sitosin (G=C).
- Jumlah total basa purin dalam DNA suatu organisme selalu sama
dengan jumlah total basa pirimidin : (A + G) = (T + C).
DEOKSIRIBONUKLEOTIDA UTAMA
2. Asam Ribonukleat
Asam ribonukleat (RNA) fungsi dalam mengkonversi informasi genetik
dari gen ke dalam sekuens asam amino dari protein. Ketiga jenis universal
termasuk RNA transfer (tRNA), messenger RNA (mRNA), dan RNA ribosomal
(rRNA). Messenger RNA bertindak untuk membawa informasi urutan genetik
antara DNA dan ribosom, mengarahkan sintesis protein. Ribosomal RNA adalah
komponen utama dari ribosom, dan mengkatalisis pembentukan ikatan peptida.
transfer RNA berfungsi sebagai molekul pembawa untuk asam amino yang akan
digunakan dalam sintesis protein, dan bertanggung jawab untuk decoding mRNA.
Selain itu, banyak kelas RNA sekarang dikenal.
Ciri-ciri Asam Ribonukleat :
Terdiri dari rantai tunggal poliribonukleotida.
Hampir seluruhnya terdapat di sitoplasma, juga terdapat pada virus.
Rantai tunggal→ Chargaff’s Rules tidak berlaku
Ada 3 macam :
- tRNA (transfer-RNA)
-mRNA (messenger-RNA)
-rRNA (ribosomal-RNA)
-tRNA
Ø Molekul yang kecil
Ø Basanya : A, G dan U yang termetilasi.
Ø Jumlahnya hanya sedikit dari total RNA dalam sel
Ø Mengangkut (transport) asam amino spesifik ke
Ø Ribosom untuk proses sintesis protein
-mRNA
Ø Basa nya : A, G, C dan U
Ø Disintesis dalam inti sel pada proses transkripsi
Ø Pembawa informasi genetik dari DNA untuk
Ø Sintesis protein
Ø Umurnya pendek→ mengalami Degradasi/resintesis
-r RNA
Ø Bagian terbanyak dari RNA dalam sel (80%)
Ø Merupakan 60% dari berat ribosom
Ø Basa utamanya : A, G, C, U
Ø Fungsinya belum jelas
G. Hidrolisis Asam Nukleat
1. Hidrolisis dengan enzim→ enzim nuklease, yang terdiri dari :
a. enzim eksonuklease→ menyerang ujung rantai polinukleotida
b. enzim endonuklease→ menyerang bagian dalam rantai
2. Hidrolisis dengan asam/basa
a. Hidrolisis DNA dengan asam→ terbentuk asam apurinat (DNA tanpa
purin) dan asam apirimidat (DNA tanpa pirimidin)
b. DNA tidak dihidrolisis oleh basa
Hidrolisis RNA dengan basa memutuskan→ ikatan gugus hidroksil – 2 ribosa.
abtu, 30 Juni 2012
Asam Nukleat
A. Pengertian Asam Nukleat
Asam nukleat dari biologi molekul penting bagi kehidupan, dan termasuk
DNA (asam deoksiribonukleat) dan RNA (asam ribonukleat). Bersama dengan
protein, asam nukleat membentuk paling penting makromolekul , masing-masing
ditemukan dalam kelimpahan dalam semua makhluk hidup, di mana mereka berfungsi
dalam pengkodean, transmisi dan mengekspresikan informasi genetik.
Asam nukleat ditemukan oleh Friedrich Miescher pada tahun 1869. Studi
Eksperimental asam nukleat merupakan bagian utama modern biologi dan penelitian
medis , dan membentuk dasar untuk genom dan ilmu forensik , serta bioteknologi dan
industri farmasi. Kemudian Albrecht Kossel menemukan asam nukleat yang tersusun
oleh suatu gugus gula, gugus fosfat, dan gugus basa.
Ciri- ciri Asam Nukleat :
a. Terdapat pada semua sel hidup
b. Merupakan makromolekul dengan monomer Mononukleotida
B. Fungsi Asam Nukleat
Fungsi Asam Nukleat adalah sebagai berikut:
1. Menyimpan, mereplikasi dan mentranskripsi informasi genetika
2. Turut dalam metabolisme
3. Penyimpan energi
4. Sebagai ko-enzim
C. Struktur Asam Nukleat
D. Tata nama Asam Nukleat
Asam nukleat istilah adalah nama keseluruhan untuk DNA dan RNA, anggota
keluarga biopolimer, dan ini identik dengan polinukleotida. Asam nukleat dinamai
untuk penemuan awal mereka dalam inti, dan untuk gugus fosfat (terkait dengan asam
fosfat). Meskipun pertama kali ditemukan dalam nukleus dari eukariotik sel, asam
nukleat sekarang dikenal dapat ditemukan dalam semua bentuk kehidupan, termasuk
dalam bakteri, archea, mitokonria, kloroplas, virus dan viroid. Semua sel hidup dan
organel mengandung DNA dan RNA, sedangkan virus mengandung baik DNA atau
RNA, tetapi biasanya tidak keduanya. Komponen dasar asam nukleat biologis adalah
nukleotida yang masing-masing berisi gula pentosa (ribosa atau deoksiribosa), sebuah
fosfat kelompok, dan nucleobase . Asam nukleat juga dihasilkan dalam laboratorium,
melalui penggunaan enzim (DNA dan RNA polimerase) dan dengan padat-fase
sintesa kimia. Metode kimia juga memungkinkan generasi asam nukleat yang berubah
yang tidak ditemukan di alam, misalnya asam nukleat peptida .
• 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
• 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
BASA-BASA DALAM ASAM NUKLEAT
GUGUS FOSFAT
1. Nukleosida : Senyawa antara purin dan primidin dengan ribosa dan
deoksiribosa. Beberapa nama nukleosida :
2. Nukleotida : Ester nukleosida dengan asam fosfat. Singkatan nama
beberapa nukleotida :
Fungsi nukleotida :
1. Sebagai pembawa energy. Nukleotida yang penting : AMP, ADP,
ATP→ penting dalam penyimpanan dan pemanfaatan energi selama
metabolisme sel.
ATP pembawa energi utama dalam sel :
ADP + Pa → ATP (fosforilase oksidatif)
↑
Energi
ATP + H2O→ ADP + Pa (as. fosfat) + energi (hidrolisis)
2. Pembawa bahan pembentuk dasar suatu molekul.
Contoh :
- Nukleotida Uridin Difosfat (UDP) untuk sintesis glikogen
- Kolin Sitidin Difosfat sintesis kolin fosfolipid.
- Nukleotida trifosfat (NTP) sintesis DNA dan RNA
3. Sebagai ko enzim
- Nikotamida Mono Nukleotida (NMN) → merupakan vitamin
- Flavin Mono Nukleotida (FMN) → koenzim proses oksidasi
– reduksi pada respirasi sel.
- Nikotinamida Adenin Dinukleotida (NAD), Nikotinamida
Adenin Dinukleotida Fosfat (NADP), Flavin Adenin
Dinukleotida (FAD) → koenzim proses oksidasi – reduksi
E. Komposisi Molekuler dan Ukuran Asam Nukleat
Asam nukleat dapat bervariasi dalam ukuran, tetapi umumnya molekul yang
sangat besar. Memang, molekul DNA yang mungkin merupakan molekul individu
terbesar yang diketahui. Dipelajari dengan baik biologi molekul asam nukleat
berbagai ukuran dari 21 nukleotida ( kecil mengganggu RNA ) ke kromosom besar ( 1
kromosom manusia adalah molekul tunggal yang berisi pasangan basa 247 juta ).
Dalam kebanyakan kasus, molekul DNA alami adalah untai ganda RNA dan
molekul untai tunggal. Ada pengecualian banyak, namun-beberapa virus memiliki
genom terbuat dari RNA untai ganda dan virus lainnya memiliki DNA beruntai
tunggal genom, dan, dalam beberapa keadaan, struktur asam nukleat dengan tiga atau
empat helai bisa terwujud.
Asam nukleat adalah linear polimer (rantai) dari nukleotida. Setiap nukleotida
terdiri dari tiga komponen: purin atau pirimidin nucleobase (kadang-kadang disebut
basis nitrogen atau hanya basa), sebuah pentosa gula, dan fosfat kelompok. Sub-
struktur yang terdiri dari gula nucleobase ditambah disebut sebuah nukleosida . Jenis
asam nukleat berbeda dalam struktur gula dalam nukleotida mereka - DNA berisi 2'-
deoksiribosa sedangkan RNA mengandung ribosa (di mana satu-satunya perbedaan
adalah adanya gugus hidroksil ). Juga, nukleobasa ditemukan di kedua jenis asam
nukleat yang berbeda: adenin , sitosin , dan guanin dapat ditemukan di kedua RNA
dan DNA, sedangkan timin terjadi pada DNA dan urasil terjadi pada RNA.
Gula dan fosfat dalam asam nukleat saling terhubung satu sama lain dalam
rantai bolak (gula-fosfat tulang punggung) melalui fosfodiester hubungan. Dalam
nomenklatur konvensional , karbon-karbon dimana gugus fosfat melampirkan adalah
ujung 3'-5 dan '-akhir karbon dari gula. Hal ini memberikan asam nukleat
directionality, dan ujung-ujung molekul asam nukleat yang disebut sebagai 5'-end dan
3'-end. Para nukleobasa bergabung ke gula melalui N-glikosidik hubungan yang
melibatkan nitrogen cincin nucleobase (N-1 untuk pirimidin dan N-9 untuk purin) dan
karbon 1 'dari cincin gula pentosa.
F. Jenis-Jenis asam nukleat
1. Asam Deoksiribonukleat
Asam deoksiribonukleat merupakan asam nukleat yang berisi instruksi
genetik yang digunakan dalam pengembangan dan fungsi dari semua organisme
hidup dikenal. Peran utama dari molekul DNA adalah penyimpanan jangka
panjang informasi dan DNA sering dibandingkan dengan satu set cetak biru,
karena berisi petunjuk yang dibutuhkan untuk membangun komponen lain sel,
seperti protein dan molekul RNA. Segmen DNA yang membawa informasi
genetik ini disebut gen, tetapi urutan DNA lain memiliki tujuan struktural, atau
terlibat dalam mengatur penggunaan informasi ini genetik.
Ciri-ciri Asam Deoksiribonukleat :
Makromolekul dengan Mr yang sangat besar.
Terdiri dari mononukleotida utama :
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
Terdiri dari dua atau lebih rantai polinukleotida
yang tersusun dalam struktur heliks (heliks ganda)
Setiap spesies/organisme mononukleotida utamanya mempunyai
perbandingan, urutan dan berat molekul (Mr) yang spesifik.
Pada sel prokariotik (mengandung hanya satu kromosom) DNA nya
merupakan makromolekul tunggal dengan Mr = 2 x 109.
Pada sel eukariotik (mengandung banyak kromosom) mempunyai
banyak molekul DNA dengan Mr yang sangat besar.
DNA terutama terdapat dalam inti sel (DNA inti) bergabung dengan
protein histon.Juga bisa terdapat pada sitoplasma (DNA sitoplasma),
dalam mitokondria, dalam khloroplas.
Pada sel bakteri selain terdapat dalam inti sel juga bisa pada sel
membran = mesosom dan dalam sitoplasma di luar kromosom =
plasmid/episom.
DNA normal dari suatu spesies yang berbeda menunjukkan adanya
keteraturan (regularitas)
CHARGAFF’S RULES :
- Komposisi basa dari DNA suatu organisme adalah tetap pada semua
sel nya dan mempunyai karakteristik tertentu
- Komposisi basa dari DNA bervariasi dari suatu organisme dengan
organisme lainnya dinyatakan dengan dissymmetry ratio : (A + T) / (G +
C)
- Komposisi basa dari suatu spesies tidak berubah oleh umur, keadaan
nutrisi, ataupun lingkungan.
- Jumlah adenin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan
jumlah timin (A = T).
- Jumlah guanin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan
jumlah sitosin (G=C).
- Jumlah total basa purin dalam DNA suatu organisme selalu sama
dengan jumlah total basa pirimidin : (A + G) = (T + C).
DEOKSIRIBONUKLEOTIDA UTAMA
2. Asam Ribonukleat
Asam ribonukleat (RNA) fungsi dalam mengkonversi informasi genetik
dari gen ke dalam sekuens asam amino dari protein. Ketiga jenis universal
termasuk RNA transfer (tRNA), messenger RNA (mRNA), dan RNA ribosomal
(rRNA). Messenger RNA bertindak untuk membawa informasi urutan genetik
antara DNA dan ribosom, mengarahkan sintesis protein. Ribosomal RNA adalah
komponen utama dari ribosom, dan mengkatalisis pembentukan ikatan peptida.
transfer RNA berfungsi sebagai molekul pembawa untuk asam amino yang akan
digunakan dalam sintesis protein, dan bertanggung jawab untuk decoding mRNA.
Selain itu, banyak kelas RNA sekarang dikenal.
Ciri-ciri Asam Ribonukleat :
Terdiri dari rantai tunggal poliribonukleotida.
Hampir seluruhnya terdapat di sitoplasma, juga terdapat pada virus.
Rantai tunggal→ Chargaff’s Rules tidak berlaku
Ada 3 macam :
- tRNA (transfer-RNA)
-mRNA (messenger-RNA)
-rRNA (ribosomal-RNA)
-tRNA
Ø Molekul yang kecil
Ø Basanya : A, G dan U yang termetilasi.
Ø Jumlahnya hanya sedikit dari total RNA dalam sel
Ø Mengangkut (transport) asam amino spesifik ke
Ø Ribosom untuk proses sintesis protein
-mRNA
Ø Basa nya : A, G, C dan U
Ø Disintesis dalam inti sel pada proses transkripsi
Ø Pembawa informasi genetik dari DNA untuk
Ø Sintesis protein
Ø Umurnya pendek→ mengalami Degradasi/resintesis
-r RNA
Ø Bagian terbanyak dari RNA dalam sel (80%)
Ø Merupakan 60% dari berat ribosom
Ø Basa utamanya : A, G, C, U
Ø Fungsinya belum jelas
G. Hidrolisis Asam Nukleat
1. Hidrolisis dengan enzim→ enzim nuklease, yang terdiri dari :
a. enzim eksonuklease→ menyerang ujung rantai polinukleotida
b. enzim endonuklease→ menyerang bagian dalam rantai
2. Hidrolisis dengan asam/basa
a. Hidrolisis DNA dengan asam→ terbentuk asam apurinat (DNA tanpa
purin) dan asam apirimidat (DNA tanpa pirimidin)
b. DNA tidak dihidrolisis oleh basa
Hidrolisis RNA dengan basa memutuskan→ ikatan gugus hidroksil – 2 ribosa.