ASAM NUKLEAT

I. Sejarah asam nukleatPengertian yang mendalam yang akhirnya menemukan asam nukleat dilakukan oleh Friedrich Miescher (1844-1895). Beliau dapat dikatakan sebagai orang pertama yang membangun pengetahuan mengenai kimia dari inti sel. Selanjutnya pada tahun 1868, di laboratorium Hoppe-Syler di Tubingen, beliau dapat mengisolasi asam nukleat yang didapat dari buangan suatu operasi dan menunjukkan adanya senyawa fospor yang kemudian dinamakan nuclein yang sekarang dikenal dengan neme nucleoprotein. Selanjutnya ditunjukkan bahwa asam nukleat merupakan salah satu senyawa pembentuk sel atau jaringan normal. Penelitian ini diteruskan oleh Altman, yang pada tahun 1889 menjelaskan metode untuk mengisolasi asam nukleat bebas protein dari jaringan binatang dan ragi.Hidrolisis asam nukleat pada jaringan timus, menghasilkan basa-basa purin (adenine dan guanin), basa-basa pirimidin (timin dan sitosin), deoksipentosa dan asam fosfat. Asam nukleat dari ragi sedikit berbeda, mengandung urasil sebagai pengganti timin dan pentose sebagai pengganti deoksi pentose. Hal ini membuat dugaan mungkin asam nukleat deoksipentosa karakteristik untuk binatang sedangkan asam nukleat pentose karakteristik untuk tumbuhan. Walaupun dugaan ini tidak berlangsung lama karena terbukti salah, ternyata bahwa asam ribonukleat dan asam deoksiribonukleat merupakan senyawa yang baik dalam binatang maupun tumbuhan. Bukti-bukti ini didapat dari pengamatan Casperrson dari analisis spektofotometri, analisis histokimia dari Brachet dan analisis kimia Davidson. Elusidasi detail dari struktur nukleosida dan nukleotida telah banyak disumbangkan oleh Todd dan teman-temannya, yang pertama kali menemukan ikatan glukosida antara residu gula dan basa-basa pirimidin atau purin serta ikatan fosfodieter. Dari hasil studi-studi ini bersama dengan hasil studi dari Cohn akhirnya diperoleh informasi bahwa ikatan antar nukleotida terjadi pada atom karbon gula nomor 3 dan 5. Dari hasil-hasil ini akhirnya telah dibuat konsep-konsep struktur primer dari kedua jenis asam nukleat seperti yang kita kenal sekarang.Penemuan-penemuan ini telah membangun konsep-konsep biologi asam nukleat pada fondasi yang baru.Dalam awal tahun 1950 Chargaff mengingatkan adanya beberapa aturan dalam komposisi DNA, terutama dalam jumlah purin dan pirimidin. Jumlah dari basa-basa amino (adenine dan sitosin) sama dengan jumlah dari basa-basa keto (guanidine dan timin) : jumlah dari basa adenine sama dengan timin dan basa guanidine sama dengan basa sitosin. Pengamatan ini merupakan kunci penting dalam interpretasi analisis kristalografi sinar X yang dilakukan oleh Astbury, Pauling dan Corey, serta Franklin dan Goshig. Kombinasi dari kedua set data di atas diintepretasikan secara brilian oleh Watson dan Crick dalam bentuk struktur double helik.

II. Asam NukleatAsam nukleat adalah makromolekul biokimia yang berkompleks, berbobot molekul tinggi dan tersususn atas rantai nukluetida yang mengandung informasi genetik. Makrobiomolekul ini mempunyai susunan yang sangat unik, yaitu berupapolimer yang tersusun atas monomer yang disebut nukleotida. Tiap nukleotida terdiri atas nukleosida dan asam fosfat. Nukleosida terdiri atas gula pentose (ribose atau deoksiribosa) dan basa nitrogen heterosiklik, yaitu turunan Purina (adenine dan guanine) dan turunan pirimidina (sitosin, urasil, dan timin) . (Sumardjo,2006)Gambar 1. Struktur Asam Nukleat

Gambar 2. Komponen Asam Nukleat

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 2Di antara ketiga komponen monomer asam nukleat tersebut di atas, hanyabasa N-lah yang memungkinkan terjadinya variasi. Pada kenyataannya memang urutan (sekuens) basa N pada suatu molekul asam nukleat merupakan penentubagi spesifisitasnya. Dengan perkataan lain, identifikasi asam nukleat dilakukanberdasarkan atas urutan basa N-nya sehingga secara skema kita bias menggambarkan suatu molekul asam nukleat hanya dengan menuliskan urutanbasanya saja.

III. Nukleosida , Nukleotida , dan Ikatan FosfdiesterNukleotida adalah nukleosida yang mengikat asam fosfat/nukleosida yang mengikat asam fosfat/nukleosida yang terfosforilasi. Nukleosida terdiri atas basa hetero siklik purin (A,G) dan pirimidin (C, T, U) serta pentose (Wirahadikusumah, 1981). Secara umum, nukleotida terdiri dari pentosa (ribosa/deoksiribosa) yang mengikat asam fosfat. Fungsi Nukleotidaa. Berperan dalam reaksi pemindahan fosfat ATP / Nukleosida trifosfat lain.b. Berperan pada reaksi-reaksi sintesis protein, KH, lipid, asam nukleat, lintasan transduksi sinyal intralipid, asam nukleat, sinyal intra dan antar sel.c. Membentuk koenzim misal FAD, NAD+, NADP, koenzim A & S-adenosilmetioni.d. Menyelenggarakan fungsi regulasi ADP mengatur kecepatan reaksi fosforilasi oksidatif mitokondria, cAMP & cGMP berfungsi sebagai Messengerkedua.e. Sebagai prekusor unit monomer asam nukleat DNA & RNA

Gambar 3. Nukleotida dan Nukleosida

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 fosfodiester karena secara kimia gugus fosfat berada dalam bentuk diester. 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.Gambar 5. Ikatan fosfodiester

Ikatan fosfodiesterIV. Macam-macam Asam NukleatAda dua macam asam nukleat yaitu Asam deoksiribonukleat atau deoksiribonucleic acid (DNA) asam ribonukleat atau ribonucleic acid (RNA) dilihat dari strukturnya perbedaan kedua 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 (Poedjiadi dan Anna, 2005). Di bawah ini akan dijelaskan lebih rinci perbedaan antara DNA dan RNA.Tabel perbedaan DNA dan RNA DNA (Deoxyribo Nukleat Acid)RNA (Ribo Nukleat Acid)

- LetakDalam inti sel, mitokondria, kloroplas, senriol.Dalam inti sel, sitoplasma dan ribosom.

BentukPolinukleotida ganda yang terpilin panjangPolinukleotida tunggal dan pendekl

GulaDeoxyribosaRibosa

- BasanyaGolongan purin : adenine dan guanineGolongan pirimidin : cytosine dan timinGolongan purin : adenine dan guanineGolongan pirimidin : cytosine dan urasil

- Fungsi- mengontrol sifat yang menurun- sintesis protein- sintesis RNA- sintesis protein

- KadarnyaTidak dipengaruhi sintesis protein.Letak basa nitrogen dari kedua pita ADN saling berhadapan dengan pasangan yang tetap yaitu Adenin selalu berpasangan dengan Timin, Cytosin dengan Guanin. Kedua pita itu diikatkan oleh ikatan hidrogen.Dipengaruhi sintesis protein.Macam ARN :ARN dutaARN ribosomARN transfer

(Sudjadi dan Siti, 2007)A. DNAAsam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (bahasa Inggris: deoxyribonucleic acid), adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap organisme. Rantai DNA berbentuk double helix. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di dalam inti sel. Rantai DNA memiliki lebar 22-24 , sementara panjang satu unit nukleotida 3,3 . Walaupun 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.

Gambar 6. Struktur DNA (Sumber: evolution.berkeley.edu)

Nukleutida pada molekul DNA mengandung tiga komponen penting, yaitu : Gula pentosa yang disebut deoxyribose (gula ribosa yang kehilangan atom oksigen pada atom C nomor 2). Gugus fosfat, menyusun struktur nukleutida (nukleusida monofosfat). Basa nitrogen berupa basa purin (adenine dan guanin) dan basa pirimidin (timin dan sitosin). Basa adenine dari untai yang satu akan berpasangan dengan basa timin dari untai yang lainnya. Sedangkan basa guanine dari untai yang satu akan berpasangan dengan basa sitosin dari untai lainnya.

Adenina (A)Adenina adalah salah satu dari dua basa N purina yang digunakan dalam membentuk nukleotida dari asam nukleat DNA dan RNA. Pada DNA, adenina (A) berikatan dengan timina (T) melalui dua ikatan hidrogen untuk membantu menstabilkan struktur asam nukleat. Pada RNA berberkas ganda (dsRNA), adenin berikatan dengan urasil (U).Bersama dengan gula ribosa adenin membentuk nukleosida yang disebut adenosina, sementara bersama dengan deoksiribosa adenin membentuk deoksiadenosina. Adenosina dapat berikatan dengan gugus fosfat anorganik (PO43-). Jika mengikat satu gugus fosfat dinamakan adenosina monofosfat (AMP), dua gugus fosfat dinamakan adenosina difosfat (ADP), dan tiga gugus fosfat dinamakan adenosina trifosfat (ATP). ATP merupakan salah satu senyawa penting dalam metabolisme semua organisme hidup sebagai pembawa energi kimia untuk berbagai reaksi biokimiawi. Pada teknik PCR, deoksiadenosina trifosfat (dATP) merupakan satu dari empat nukleotida bebas yang perlu disediakan sebelum proses dimulai.

Gambar 7. Adenina Guanina (G)Guanina merupakan satu dari dua basa N purina yang menyusun DNA dan RNA. Dalam DNA pilin ganda, guanina berikatan dengan sitosina melalui tiga ikatan hidrogen. Guanina membentuk nukleosida bersama dengan gula ribosa yang dinamakan guanosina. Bentuk deoksiguanosina yang berikatan dengan tiga gugus fosfat anorganik (dGTP) merupakan salah satu bahan baku dalam teknik PCR.Secara kimiawi, guanina dapat berada pada dua bentuk tautomer yang dinamakan tautomerisme keto-enol.Nama guanina diambil dari guano karena pertama kali diisolasi dari guano (pupuk kotoran burung).

Gambar 8. Guanina Sitosina (C)Sitosina merupakan satu dari dua basa N pirimidina yang dimiliki DNA dan RNA. Nukleosida ribosanya dinamakan sitidina dan nukleosida deoksiribosanya dinamakan deoksisitidina. Sitosina berikatan dengan guanina pada DNA pilin ganda melalui tiga ikatan hidrogen.Sitidina dapat membentuk nukleotida bila mengikat satu, dua, atau tiga gugus fosfat anorganik (PO43-) membentuk CMP, CDP, dan CTP (masing-masing dinamakan sitidina mono-, di-, atau trifosfat). CTP dapat menjadi kofaktor dalam reaksi enzimatik biokimiawi dan mentransfer satu gugus fosfat bagi ADP untuk membentuk ATP. Deoksisitidina trifosfat (dCTP) diperlukan dalam PCR sebagai bahan baku sintesis DNA.Pada keadaan tertentu, sitosina dapat mengalami deaminasi menjadi urasil. Mutasi ini biasanya dapat dikenali oleh enzim-enzim yang terlibat dalam reparasi DNA. Sebagaimana pada urasil, metilasi juga dapat terjadi pada sitosin dengan bantuan enzim DNA-metil-transferase.

Gambar 9. Sitosina Timina (T)Timina atau 5-metilurasil merupakan salah satu dari dua basa N pirimidina yang menyusun DNA. RNA tidak memiliki timina dan, dengan sedikit perkecualian, urasil menggantikan posisinya. Pada DNA berpilin ganda, timina akan berikatan dengan adenina melalui dua ikatan hidrogen untuk membentuk struktur yang stabil.Timina bersama dengan gula deoksiribosa membentuk nukleosida yang disebut deoksitimidina atau timidina. Timidina dapat membentuk nukleotida apabila mengalami fosforilasi menjadi dTMP, dTDP, atau dTTP (deoksitimidina mono-, di-, atau trifosfat). dTTP diperlukan dalam PCR sebagai salah satu bahan baku nukleotida.

Gambar 10. Timina

B. RNAAsam ribonukleat terdiri dari dari benang panjang ribonukleotida molekul ini lebih pendek dari DNA dan ditemukan dalam jumlah yang jauh lebih banyak didalam kebanyakan sel.Gambar 11. Rantai RNA

Macam-macam RNARNA dapat dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu RNA genetik dan RNA non-genetik.1. RNA geneticRNA genetik memiliki fungsi yang sama dengan DNA, yaitu sebagai pembawa keterangan genetik. RNA genetik hanya ditemukan pada makhluk hidup tertentu yang tidak memiliki DNA, misalnya virus. Dalam hal ini fungsi RNA menjadi sama dengan DNA, baik sebagai materi genetik maupun dalam mengatur aktivitas sel.2. RNA non-genetikRNA non-genetik tidak berperan sebagai pembawa keterangan genetik sehingga RNA jenis ini hanya dimiliki oleh makhluk hidup yang juga memiliki DNA. Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA non-genetik dibedakan menjadi mRNA, tRNA, dan rRNA.a. mRNA (messenger RNA) atau ARNd (ARN duta)mRNA merupakan RNA yang urutan basanya komplementer (berpasangan) dengan salah satu urutan basa rantai DNA. RNA jenis ini merupakan polinukleotida berbentuk pita tunggal linier dan disintesis oleh DNA di dalam nukleus. Panjang pendeknya mRNA berhubungan dengan panjang pendeknya rantai polipeptida yang akan disusun. Urutan asam amino yang menyusun rantai polipeptida itu sesuai dengan urutan kodon yang terdapat di dalam molekul mRNA yang bersangkutan. mRNA bertindak sebagai pola cetakan pembentuk polipeptida. Adapun fungsi utama mRNA adalah membawa kode-kode genetik dari DNA di inti sel menuju ke ribosom di sitoplasma. mRNA ini dibentuk bila diperlukan dan jika tugasnya selesai, maka akan dihancurkan dalam plasma.b. tRNA (transfer RNA) atau ARNt (ARN transfer)RNA jenis ini dibentuk di dalam nukleus, tetapi menempatkan diri di dalam sitoplasma. tRNA merupakan RNA terpendek dan bertindak sebagai penerjemah kodon dari mRNA. Fungsi lain tRNA adalah mengikat asam-asam amino di dalam sitoplasma yang akan disusun menjadi protein dan mengangkutnya ke ribosom. Bagian tRNA yang berhubungan dengan kodon dinamakan antikodon.c. rRNA (ribosomal RNA) atau ARNr (ARN ribosomal)RNA ini disebut ribosomal RNA karena terdapat di ribosom meskipun dibuat di dalam nukleus. RNA ini berupa pita tunggal, tidak bercabang, dan fleksibel. Lebih dari 80% RNA merupakan rRNA. Fungsi dari RNA ribosom adalah sebagai mesin perakit dalam sintesis protein yang bergerak ke satu arah sepanjang mRNA. Di dalam ribosom, molekul rRNA ini mencapai 30-46%.

V. KESIMPULAN1. Asam nukleat adalah makromolekul biokimia yang berkompleks, berbobot molekul tinggi dan tersususn atas rantai nukluetida yang mengandung yang mengandung informasi ginetik, makromolekul merupakan rangkain rangkaian nukleotida (rangkaian nukleotida=polinukleotida) DNA dan RNA.2. Komponen nukleotida ini ada 3: pospat, gula, dan basa DNA/RNA.3. Ujung pospat dari nukleotida itu bersifat (-) sehingga ia bersifat asam. Sementara basa-basa tersebut dibagi menjadi golongan pirimidin dan purin.Primidin : Cytosin (C); Timin (T), di RNA bukan timin, melainkan Urasil (U)Purin : Adenin (A); Guanin (G)4. RNA dapat dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu RNA genetik dan RNA non-genetik.5. Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA non-genetik dibedakan menjadi mRNA, tRNA, dan rRNA.

DAFTAR PUSTAKA

Arbianto DR, Purwo.1993, Biokimia Konsep-Konsep Dasar.ITB, BandungCampbell, N.A., Reece, J.B., Mitchel, L.G. 1999. Biologi jilid 1. Terjemahan oleh Lestari Rahayu. 2002. Jakarta: Erlangga.Lehninger Albert L,1994,Dasar-Dasar Biokimia. Penerbit : Erlangga, SurabayaPoedjiadi, Anna. 2005.Dasar-dasar Biokimia.UI press.JakartaSudjadi, B dan Siti, L. 2007. Biologi 3. Yudhistira : JakartaWirahadikusumah, M. 1981. Biokimia : Proteina, Enzima & Asam Nukleat. ITB. Bandung.Sumardjo, Damin. 2006. Pengantar Kimia : Buku Pnduan Kuliah MahasiswaKedokteran dan Program Strata I Fakultas Bioeksata. Jakarta : Penerbit BukuKedokteran EGC