1

kimia

23MATERI DAN LATIHAN SOAL SBMPTN

ADVANCE AND TOP LEVEL

SET 23BIOMOLEKUL IV : ASAM NUKLEAT

Asam nukleat, deoxyribonucleic acid (DNA) dan ribonucleic acid (RNA), adalah suatu senyawa kimia pembawa informasi genetik yang terdapat di dalam sel. Informasi yang tersandi pada DNA adalah informasi yang menentukan sifat sel, mengontrol pertumbuhan dan pembelahan sel, serta mengarahkan reaksi biosintesis enzim-enzim dan protein yang mengatur fungsi seluler. Turunan asam nukleat seperti ATP (adenosine triphosphate) terlibat dalam reaksi fosforilasi pada berbagai jalur biokimia.

Secara kimiawi, asam nukleat adalah biopolimer yang tersusun dari nukleotida-nukleotida yang membentuk rantai panjang. Masing-masing nukleotida tersusun dari nukleosida yang terikat pada gugus fosfat. Setiap nukleosida tersusun dari sebuah gula aldopentosa yang terikat dengan sebuah basa nitrogen purin atau pirimidin. Komponen gula pada RNA adalah ribosa dan gula pada DNA adalah deoksiribosa, yaitu ribosa yang kehilangan satu atom O pada C2. DNA mengandung empat basa nitrogen berbeda, yaitu dua purin (adenin dan guanin) dan dua pirimidin (sitosin dan timin). Adenin, guanin, dan sitosin juga terdapat pada RNA, tetapi timin digantikan oleh pirimidin lain, yaitu urasil.

2

Gambar 23.1. Struktur gula ribosa dan deoksiribosa, purin dan pirimidin, serta kelima basa nitrogen penyusun DNA dan RNA

(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)

Secara kimiawi, DNA dan RNA memiliki kemiripan. Akan tetapi, DNA memiliki ukuran molekul yang sangat besar, mengandung hampir 245 juta nukleotida dan bobot molekul hingga 75 miliar. Sedangkan RNA memiliki ukuran molekul yang jauh lebih kecil, mengandung kira-kira 21 nukleotida dan bobot molekul sekitar 7.000.

Nukleotida-nukleotida berikatan membentuk DNA dan RNA melalui ikatan fosfodiester (RO – PO2-) – OR’) antara gugus fosfat pada ujung 5’ dari suatu nukleotida dengan ujung 3’ nukleotida lain. Sekuens nukleotida diurutkan sesuai urutan basa nitrogen, dimulai dari ujung 5’ dengan singkatan G (guanin), C (sitosin), A (adenin), dan T (timin) atau U (urasil) untuk RNA.

Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick mengajukan struktur sekunder DNA. Berdasarkan model DNA Watson-Crick, DNA pada kondisi � siologis mengandung dua rantai polinukleotida yang memanjang pada arah yang berlawanan dan saling berpilin membentuk untaian heliks ganda (double helix). Kedua rantai polinukleotida bersifat komplementer terhadap satu dengan lainnya dengan diikat oleh ikatan hidrogen antara pasangan basa: A dengan T dan C dengan G.

3

Gambar 23.2. (1) pasangan basa pada DNA dan (2) struktur untai ganda DNA(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)

Informasi genetik organisme yang tersimpan pada DNA harus dapat disalin agar informasi tersebut dapat diproses dan diteruskan ke organisme berikutnya. Suatu mekanisme replikasi DNA yang dikenal sebagai Dogma Sentral Genetika Molekuler menyatakan bahwa informasi genetik yang disimpan pada DNA diteruskan melalui RNA. Fungsi RNA dalam hal ini adalah membaca, menyandi, dan menggunakan informasi yang tersandi pada DNA untuk membuat protein. Proses yang terjadi adalah:A. Replikasi, merupakan proses pembuatan salinan identik (pencetakan) DNA sehingga

informasi genetik yangterdapat pada suatu organisme dapat diteruskan ke organisme generasi berikutnya.

B. Transkripsi, merupakan proses di mana informasi genetik dibawa dari inti sel menuju ribosom, tempat berlangsungnya sintesis protein pada sel.Informasi genetik tersebut kemudian dibaca (diterjemahkan) sebagai kode genetik.

C. Translasi: proses di mana informasi genetik disandi dan digunakan untuk sintesis protein.

A. REPLIKASI DNAReplikasi DNA adalah proses pembentukan DNA anakan yang akan membawa informasi genetik yang sama untuk diteruskan ke sel generasi selanjutnya. Proses ini diawali oleh pembukaan untaian DNA oleh enzim helikase atau enzim restriksi endonuklease. Selanjutnya ikatan hidrogen diputus dan basa-basa nitrogen pada masing-masing rantai terbuka, membentuk bubble. Rantai komplementer dari masing-masing rantai induk

4

kemudian dibuat dengan adisi nukleotida pada arah 5’→3’ yang dikatalisis oleh DNA polimerase. Dua rantai baru akan terus memanjang keluar dari bubble, membentuk garpu replikasi.

Karena kedua rantai DNA disintesis dalam arah 5’→3’, keduanya tidak dapat dibuat dengan cara yang persis sama. Satu rantai baru harus memiliki ujung 3’ yang lebih dekat dengan garpu replikasi sementara rantai lainnya harus memiliki ujung 5’. Dengan demikian, rantai induk arah 5’→3’ disintesis secara kontinu dalam satu helaian tunggal untuk membuat salinan yang disebut leading strand. Sementara itu, rantai induk arah 3’→5’ disintesis secara diskontinu dalam helaian-helaian lepas yang disebut fragmen Okazaki. Fragmen Okazaki kemudian akan disatukan oleh DNA ligase, membentuk lagging strand.

B. TRANSKRIPSI DNATranskripsi DNA adalah proses penyandian informasi genetik pada DNA untuk dapat dibawa dari inti sel menuju ribosom yang selanjutnya digunakan untuk sintesis protein. Informasi genetik yang dibawa tersebut adalah berupa RNA dengan ukuran molekul yang lebih kecil dan merupakan rantai tunggal. Ada tiga macam RNA yang memiliki fungsi yang berbeda-beda:a. Messenger RNA (mRNA), yaitu RNA yang membawa materi genetik dari DNA ke

ribosom.b. Ribosomal RNA (rRNA), yaitu RNA yang membentuk kompleks dengan protein,

membentuk struktur � sik ribosom.c. Transfer RNA (tRNA), yaitu RNA yang membawa asam-asam amino ke ribosom, di mana

asam-asam amino tersebut akan digabung membentuk protein.

Transkripsi DNA dimulai ketika RNA polimerase mengenali dan berikatan dengan sekuens promotor pada DNA. Terbentuknya kompleks polimerase-sekuens promotor menyebabkan terlepasnya beberapa untai ganda membentuk bubble dan beberapa basa nitrogen terekspos. Nukleotida yang sesuai kemudian dipasang melalui ikatan hidrogen dengan basa DNA komplementernya, dalam arah 5’→3’. RNA polimerase terus berjalan sepanjang rantai DNA, dan molekul RNA terus memanjang.

Tidak seperti yang terjadi pada replikasi DNA, di mana kedua rantai disalin, transkripsi DNA hanya menyalin salah satu rantai menjadi mRNA. Rantai DNA yang mengandung gen yang akan disandi disebut sebagai rantai sense (coding strand) dan rantai yang ditranskripsi untuk menghasilkan mRNA disebut rantai antisense (noncoding strand). Karena transkripsi dilangsungkan pada rantai antisense, maka mRNA yang dihasilkan akan memiliki kode genetik yang sama dengan rantai sense, dengan pengecualian basa T diganti dengan U.

5

Gen pada umumnya bukan berupa segmen kontinu dari rantai DNA. Akan tetapi, dimulai dari bagian kecil DNA yang disebut exon, lalu diputus oleh segmen noncoding yang disebut intron dan kemudian disambung kembali oleh exon lain. mRNA akhir dihasilkan hanya setelah intron diputus dan segmen yang tersisa disambung kembali.

C. TRANSLASI RNATranslasi RNA adalah proses biosintesis protein yang berlangsung di ribosom, partikel granuler kecil pada sitoplasma sel, yang mengandung 60% rRNA dan 40% protein. Sekuens ribonukleotida pada RNA secara khusus menginformasikan urutan residu asam amino yang akan digabungkan membentuk rantai polipeptida. Urutan ribonukleotida yang mengode asam amino tertentu disebut kodon. Tiga nukleotida secara spesi� k mengode satu asam amino. Sebagai contoh, seri UUC pada mRNA mengarahkan penyusunan fenilalanin pada rantai peptida. Jumlah kemungkinan seri yang dapat dibentuk dari empat jenis ribonukleotida adalah 43 = 64 macam, 61 adalah kode untuk asam amino tertentu dan tiga lainnya adalah kodon terminasi rantai (stop).

Pesan pada mRNA dibaca oleh tRNA dalam suatu proses yang disebut translasi. tRNA memiliki segmen antikodon yang akan membaca kodon yang dibawa oleh mRNA dan asam amino yang bersesuaian dengan kodon. Sebagai contoh, kodon UUC yang dibawa oleh mRNA dibaca oleh tRNA yang membawa fenilalanin, yang membawa antikodon dengan urutan basa GAA. [Ingat: sekuens nukleotida ditulis dalam urutan 5’→3’, sehingga urutan antikodon harus dibalik. Karena itu, komplementer dari (5’)-UUC-(3’) adalah (3’)-AAG(5’), yang ditulis (5’)-AAG(3’).]

Selanjutnya, proses tranlasi oleh tRNA terus berjalan, asam amino yang benar bergabung membentuk rantai polipeptida. Ketika kodon terminasi (stop) dibaca, proses translasi berakhir dan protein yang terbentuk dilepaskan dari ribosom.

6

Gambar 23.3. tRNA yang membawa fenilalanin(Organic Chemistry Ed. 8, John McMurry, 2012)

7

LATIHAN SOAL

Catatan: Pembahasan lengkap dapat dilihat pada video.

1. Struktur untai ganda DNA distabilkan oleh ....A. ikatan peptida antarnukleotidaB. gaya dipol-dipol antara dua basa nukleotidaC. ikatan hidrogen antara dua basa nukleotidaD. ikatan kovalen antara dua gula ribosaE. ikatan fosfodiester antarnukleotida

Jawaban: C

2. Pernyataan berikut adalah benar mengenai DNA, kecuali ....A. polimer dari nukleotida, yaitu gugus basa nitrogen yang terikat pada gula ribosa dan

gugus fosfatB. secara umum bersifat polarC. ikatan fosfodiester menstabilkan struktur untai ganda DNAD. adenin dan timin membentuk dua ikatan hidrogen

Jawaban: B

3. Beberapa nukleotida bergabung satu dengan lainnya membentuk untaian DNA dengan membentuk ikatan ....A. hidrogenB. fosfodiesterC. ionikD. kovalen nonpolarE. dipol-dipol

Jawaban: B

4. DNA dan RNA berbeda dalam hal ....A. ukuran molekulB. jenis basa nitrogen penyusun nukleotidaC. jenis gula pada nukleotidaD. Ikatan yang terbentuk antara satu nukleotida dengan nukleotida lain

Jawaban: A

8

5. Pernyataan berikut adalah benar terkait rRNA, kecuali ....A. merupakan komponen ribosom selain polipeptidaB. merupakan asam nukleat dengan rantai tunggalC. tersusun dari beberapa nukleotida yang terjalin oleh ikatan fosfodiesterD. membawa asam amino untuk proses sintesis protein

Jawaban: D

6. DNA bulu babi mengandung 32% adenin. Berdasarkan informasi ini, pernyataan yang benar terkait komposisi basa nitrogen lainnya adalah ...A. Komposisi guanin adalah 68%.B. Komposisi timin adalah 32%.C. Komposisi sitosin adalah 68%.D. Komposisi urasil adalah 32%.

Jawaban: A

7. Gula penyusun nukleotida pada DNA lebih polar daripada gula penyusun nukleotida pada RNA.

SEBABGula penyusun nukleotida pada DNA kehilangan satu atom O pada posisi C2.

Jawaban: D

8. Kemampuan membentuk ikatan hidrogen pada adenin disebabkan oleh adanya atom O yang bersifat elektronegatif.

SEBABAtom O pada adenin akan membentuk ikatan hidrogen dengan atom H pada timin.

Jawaban: E

9. Pernyataan berikut yang benar mengenai timin dan urasil adalah ...A. Timin adalah basa nitrogen pada DNA yang tidak ditemukan pada RNA.B. Keduanya tidak memiliki gugus amin primer.C. Urasil adalah timin yang kehilangan gugus metil pada C5.D. Urasil bersifat lebih polar daripada timin.

Jawaban: A

9

10. BNP (brain natriuretic peptide) pada manusia adalah molekul peptida dengan 32 asam amino yang digunakan dalam penanganan gagal jantung kongestif. Jumlah basa nitrogen yang ada pada RNA untuk mengkode BNP adalah ....A. 96B. 99C. 64D. 48E. 32

Jawaban: B