Struktur Asam Nukleat beserta Komponen Penyusun dan Monomernya

Danti Firda Nur,Teknologi Bioproses,1306370890

ABSTRAK

Asam Nukleat adalah polinukletoida yang terdiri dari 4 monomer nya yaitu nukleotida . Asam nukleat berperan penting dalam hal penyimpan,transfer serta mengkspresikan kode genetik.Komponen penyusun dari asam nukleat adalah gugus fosfat,aldopentosa(karbohidrat dengan 5 atom karbon) dan basa nitrogen (aromatic siklik yang terdapat atom karbon dan nitrogen).Basa nitrogen terdiri dari purin dan pirimidin.Dimana purin dan pirimidin adalah derivate heterosiklik dari basa nitrogen.Purin terdiri lagi dari Adenin dan Guanin ,sedangkan pirimidin terdiri lagi dari Sitosil dan Timin.Asam nukleat terdiri dari dua jenis yaitu DNA dan RNA.DNA adalah deoxyribosa nucelac acid,yaitu asam nukleat yang memiliki gula pentose deoksiribosa dan basa nitrogen pirimidinya ialah timin dan sitosil.Struktur DNA sendiri adalah untaian ganda ( double helix).Sedangkan RNA adalah jenis asam nukleat yang gula pentose nya adalah ribosa.Selain itu pula pada RNA basa pirimidinya ialah Urasil dan Sitosil.Perbedaan nya dengan DNA juga ialah struktur RNA merupakan untaian tunggal.RNA sendiri dibagi lagi menjadi banyak,tetapi yang lebih sering dibahas ialah ribosomal RNA,messenger RNA,transfer RNA,serta interference RNA.DNA berperan penting dalam penyimpanan informasi genetic sedangkan RNA memiliki fungsi tergantung jenisnya tetapi sebagian besar RNA berfungsi untuk mengekspresikan informasi genetic dari DNA.

1. Pendahuluan

Asam Nukleat ialah sebuah biomolekul yang berperan penting untuk penyimpan ,transfer dan mengekspresikan kode genetik.Asam nukleat sendiri awalnya ditemukan oleh Johann Friedrich Miescher sekitar tahun 1870 .Miescher menemukan zat asam lemah dari fungsi yang tidak diketahui dalam inti sel darah putih manusia, dan diberi nama ini materi "nuklein".Kemudian oleh Miescher nuklein tersebut dipisahkan menjadi protein dan asam nukleat.Pada asam nukleat sendiri kemudian ditemukan komponen penting pada kromosom yaitu gen pada inti sel yang kompleks.Dari hasil analisis asam nukleat C,H,N dan O dan juga ditemukan pula fosfor.Tetapi tidak seperti protein, asam nukleat tidak mengandung sulfur.Selain itu dari hasil hidrolisis asam nukleat ditemukan fosfat anorganik, 2-deoksiribosa (gula yang sebelumnya tidak diketahui) dan empat basa heterosiklik yang berbeda.4 basa heterosiklik tersebut ialah

Gambar 1: 4 basa heterosiklik hasil hidrolisis asam nukleat

(sumber :https://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/nucacids.htm)

Kedua basa monosiklik diatas kemudian diklasifikasi sebagai pirimidin dan dua basa bisiklik lainya kemudian diklasifikasikan sebagai purin

Asam Nukleat secara dasar dibedakan menjadi 2 tipe yaitu DNA (deoxyribonucleic acid) dan RNA (ribonucleic acid).Pembagian tersebut berdasarkan gugus gula pentosa penyusunya dimana DNA tersusun dari gula pentose deoksiribosa dan RNA tersusun dari gula pentose ribosa.DNA ditemukan di kromosom pada nucleus (inti sel),sebagai gudang penyimpan informasi genetik.DNA juga memiliki fungsi tambahan pada mitokondria dan kloroplas.Sedangkan RNA terdiri dari 3 type yaitu RNA ribosom,RNA messenger dan RNA transfer.Setiap bentuk dari RNA berperan untuk mengekspresikan informasi genetic di DNA.

2 Struktur Nukleotida sebagai monomer asam nukleat

Asam Nukleat adalah polimer nukleotida yang dibentuk dari 4 monomer

nukleotida.Struktur umum dari nukleotida sendiri ialah

Gambar 2:Struktur Nukleotida

(sumber :www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt12/sim1.htm

Seperti terlihat pada strukturnya, nukleotida terdiri dari 3 komponen yaitu:

Basa Nitrogen Sebuah aromatic siklik yang terdiri dari karbon dan nitrogen,disebut basa nitrogen karena sifat kimianya. Satu set lima basa nitrogen digunakan dalam pembangunan nukleotida.Semua basa nitrogen pada nukleotida ialah derivate dari 2 heterosiklik yaitu purine dan pirimidin.Hasil derivate dari purin ialah adenin (A) dan guanin (G),baik pada DNA ataupun RNA.Sedangkan hasil derivate dari pirimidin ialah timin (T) dan sitosin (C) untuk DNA dan sitosin (C) dan urasil (U) untuk RNA.Struktur dan sistem penamaan basa nitrogen biasanya adalah basa metyl yaitu 5-methylcythosine,5-hydroxymethylcytosine,2-methyladenine dan 1-methylguanine.Biasanya basa nitrogen tersebut akan mengalami modifikasi setelah mengalami penggabungan di asam nukleat.Sehingga basa nitrogen dibagi menjadi 2 yaitu basa mayor dan basa minor.

Gambar 3 : Basa Nitrogen Mayor (sumber :http://doonup.in/wp-content/uploads/2013/09/Nitrogenous-Bases.jpg)

Gambar 4 :Basa Nitrogen Minor

(http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt12/sim1.htm)

Aldopentosa (karbohidrat dengan 5 karbon)Aldopentosa yang ditemukan pada asam nukleida dibagi menjadi 2 yaitu ribose dan 2-deoksiribosa.Dimana ribose merupakan aldopentosa yang ditemukan pada RNA dan 2-deoksiribosa merupakan aldopentosa yang ditemukan pada DNA.2-Deoksiribosa sendiri merupakan derivate dari ribosa.Hasil penghubungan antara basa nitrogen dengan aldopentosa disebut sebagai nukleosida.Dimana nukleosida sendiri ialah ikatan kovalen yang terjadi karena mengeliminasi air yang ada pada antara N9 pada purin atau N1 pada pirimidin dengan C1 pada ribose atau 2-deoksiribosa.

Gambar 5 :Ribosa dan 2-deoksiribosa (sumber :http://www.mun.ca/biology/scarr/iGen3_02-07.html)

Gugus FosatSeperti yang sudah dibahas sebelumnya bahwa nukleosida ialah ikatan antara aldopentosa dengan basa nitrogen,ketika gugus carbohydroxil pada nukleosida mengalami ikatan dengan gugus fosfat (PO2-

3) maka itulah yang disebut seebagai nukleotida.3 gugus hidroksil yang tersedia pada ribose dan 2 gugus hidroksil yang tersedia pada 2-deoksiribosa akan mengalami esterifikasi sehingga akan menjadi nukleosida 5-monofosfat atau disebut juga 5-mononukleotida.

Gambar 6: Tabel nomenclature untuk nukleosida dan nukleotida

(sumber :www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt12/sim1.htm)

3 Strutur Asam Nukleat secara umum Asam Nukleat adalah polimer adalah dari nukleotida.Dimana yang saling berikatan adalah 5-fosfat pada sebuah nukleotida dengan 3-gugus hidroksil nukleotida lainya.Sambungan antara monomer satu dengan lainya dinamakan ikatan 3,5-fosfodiester. Ikatan fosfodiester membentuk tulang punggung gula-fosfat dari DNA dan RNA..Asam Nukleat memiliki area asam dan basa.Gugus fosfat pada tulang belakang memiliki muatan negative karena proton terpisah.Karakter ionic dengan banyak muatan negative dan gugus gula yang bersifat polar akan menimbulkan area hidrofilik akibat interaksi dengan air.Sedangkan basa nitrogen tidak memiliki proton dan tidak membawa muatan.Perbedaan sifat polar antara tulang punggung dan basa nitrogen menyebabkan adanya pengelompokan DNA dan RNA secara 3 dimensi.Pengelompokanya menjadi tulang punggung yang bersifat yang kemudian menjadi permukaan ,lingkungan air dekat sel dan basa yang bersifat nonpolar yang berpindah menjadi ke dalam.Pada asam nukleat juga terdapat ikatan hidrogen antara cincin gugus N-H dengan gugus amino –NH2 dan antara gugus karbonil dengan cincin nitrogen.

Gambar 7 :Ikatan fosfodiester pada monomer nukleotida hingga membentuk asam nukleat

(sumber :http://proj1.sinica.edu.tw/~tigpcbmb/course%20material/cb9903/Image4.gif)

4 Struktur DNA Asam nukleat terbagi menjadi 2 jenis,yaitu DNA dan RNA. DNA adalah jenis asam nukleat dengan dua rantai polinukleotida yang saling berpilin membentuk heliks ganda (double helix). Rantai DNA tersusun secara berlawanan dengan susunan 5’ 3’ dan 3’ 5’.Komposisi penyusun DNA sendiri sama dengan komposisi penyusun nukleotida,yakni gugus fosfat, gula deoksiribosa, dan basa nitrogen purin dan pirimidin.Dengan purin nya ialah Adenin dan Guanin dan pirimidin nya ialah Timin dan Sitosil.DNA sendiri dapat mengalami denaturasi ketika berada pada suhu rendah atau dilelehkan.

Gambar 8 : Struktur DNA double helix (sumber : http://bio1151.nicerweb.com/Locked/media/ch05/dna.html)

Ciri penting dari struktur DNA double helix ialah : Dua rantai polinukleotida sebelah kanan melingkar di sekitar sumbu x untuk membentuk

double helix,sehingga akan timbul alur utama dan alur kecil DNA akan tersusun secara berlawanan arah sehingga sambungan fosfodiester akan memutari

arah yang berlawanan Lingkungan air,polar,bermuatan dan tulang punggung yang bersifat kovalen serta gugus fosfat

akan berada pada bagian luar rantai double helix.Dan ketika bagian luar double helix berinteraksi dengan air basa purin dan pirimidin yang hidrofobik akan menghindari dengan cara masuk ke bagian dalam struktur.

Double Helix sendiri dapat stabil karena adanya 2 gaya yaitu :

Ikatan Hidrogen antara basa nitrogen yang saling berlawanan(A-T:C-G).Terdapat 2 ikatan hidrogen antara A dan T.Sedangkan antara C-G terdapat 3 ikatan hidrogen.

Gambar 9 :Ikatan hidrogen antara basa nitrogen pada DNA (sumber : http://www.atdbio.com/content/5/Nucleic-acid-structure)

Gaya van der waals dan hidrofobik interaksi antara basa yang ditumpuk.Basa pada nukleotida tegak lurus dengan sumbu x sehingga akan tersusun seperti tangga melingkar.

Model DNA yang dibawa Watson Carrick disebut sebagai B-DNA.Struktur B-DNA adalah hasil dari asam nukleat yang dikristalisasi dari air dan mempertahankan molekul air pada struktur kristal.Jika B-DNA mengalami dehidrasi atau bertemu dengan reagen maka B-DNA akan menjadi A-DNA.A-DNA memiliki 11 basa pada setiap helix dan lebih pendek tetapi berdiameter lebih besar,karena B-DNA memiliki 10,5 basa.Struktur A-DNA secara umum sama dengan B-DNA yaitu dipilih ke sebelah kanan,antiparalel dengan basa nitrogen A-T:G-C.Tetapi saat ini terdapat model DNA baru yaitu Z-DNA.Z-DNA dipilin ke sebelah kiri dan memiliki 12 basa di setiap helix nya.

Gambar 10 : Perbandingan struktur A-DNA B-DNA dan Z-DNA

(sumber : http://www.atdbio.com/content/5/Nucleic-acid-structure)

Tabel 1 : Perbandingan A-DNA B-DNA Z-DNA

(sumber : Interference (RNAi). Bandung: PS. Bioteknologi SITH-ITB)

Selain struktur DNA dengan model double helix terdapat pula sturuktur DNA melingkar yang lebih kompleks.DNA seperti itu banyak ditemukan pada virus dan bakteri serta bakteriofag.DNA tersebut dinamakan DNA relaxed dan DNA supercoiled.DNA supercoiled sendiri bersifat lebih tidak stabil dibandingkan dengan DNA relaxed.Dan pada kedua DNA tersebut terdapat enzim yang disebut topoisomerases yang berfungsi sebagai katalis pada sel

.

Gambar 11: struktur DNA relaxed and supercoiled

(sumber : http://biosiva.50webs.org/rep2.htm)

5 Struktur RNA

RNA merupakan salah satu jenis asam nukleat .Berbeda dengan DNA,RNA memiliki struktur polinukleotida rantai tunggal yang berpilin (single helix). Komponen penyusun RNA ialah,gugus fosfat gula pentosa dan basa nitrogen berupa purin yang terdiri atas adenine (A) dan guanine (G) serta pirimidin yang berbeda dari DNA karena terdiri atas cytosine (C) dan urasil (U)..Terdapat 2 perbedaan secara mendasar pada struktur kovalen RNA dan DNA,yaitu

Gugus gula pada RNA adalah ribosa sedangkan pada DNA ialah 2-deoksiribosa Basa mayor pada RNA sedikit berbeda dari DNA karena terdapat urasil yang

menggantikan timin.

Selain itu kehadiran extra gugus hidroksil pada RNA menyebabkan RNA lebih rentan terhidrolisis dibandingkan DNA.

Elemen penting pada struktur RNA antara lain ialah :

Terdapat struktur mirip tusuk konde yang melingkar pada rantai tunggal yang berguna untuk membentangkan dan membawa pasangan basa nitrogen

Pilinan kanan pada double helix di RNA merupakan hasil akhir dari lipatan ke dalam.Secara umum double helix pada RNA sama dengan DNA tetapi pada RNA disebut dengan helical segment

Terdapat lingkaran ke dalam dan tonjolan yang dapat mengganggu susunan lanjutan double helix pada DNA

Gambar 12 : Struktur RNA

(Sumber : http://www.rnasoft.ca/strand/)

Saat ini yang paling banyak dibahas ialah RNA ribosomal (rRNA), RNA messenger (mRNA), RNA transfer (tRNA), dan RNA interference (iRNA).Sebenarnya selain 4 jenis tersebut,masih ada beberapa RNA lainya

RNA transfer (t-RNA) RNA Transfer adalah RNA yang berfungsi menerjemahkan kode genetik dari RNA messenger (mRNA) dan membawa asam amino spesifik ke ribosom dalam proses sintesis protein.Struktur RNA transfer terdiri dari 2 struktur yaitu struktur loop dan stem.Double helical stem domains terbentuk dari ikatan pasangan basa nitrogen yang saling berkomplemen dalam satu untaian yang sama. Loop domains terbentuk ketika pasangan basa nitrogen tidak saling berkomplemen sehingga tidak terbentuk ikatan atau dapat disebabkan adanya basa termodifikasi yang mencegah terbentuknya pasangan basa.Struktur RNA Transfer dipengaruhi oleh interaksi basa pada sites yang berbeda.Oleh karena itu struktur t-RNA menyerupai clover.

Gambar 13 : struktur RNA transfer(sumber:http://biology.kenyon.edu/courses/biol114/Chap05/Chapter05.html)

RNA interference (iRNA) RNA yang muncul karena adanya proses karena terjadinya penghambatan aktivitas atau ekspresi dari suatu gen tertentu. RNA-I terdiri dari 2 jenis yaitu microRNA (miRNA) dan small interfering RNA (siRNA).

Gambar 14:mekanisme interference RNA

(Sumber : sumber:http://biology.kenyon.edu/courses/biol114/Chap05/Chapter05.html)

RNA Ribosomal (rRNA)

RNA ribosomal adalah RNA yang merupakan bagian dari ribosom. Terdapat dua jenis RNA-r yaitu Large Sub Unit (LSU) dan Small Sub Unit (SSU). Letak LSU dan SSU RNA ribosom berhimpitan dengan mRNA berada diantara keduanya. Pada ribosom terdapat tiga binding sites, yaitu A (Aminoacyl-tRNA binding site), P (Peptidyl-tRNA binding site) dan E (Exit site)

Gambar 15 : struktur rna ribosomal

(Sumber : boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/genes-and-proteins-15/ribosomes-and-protein-synthesis-110/the-protein-synthesis-machinery)

RNA messenger (m-RNA)RNA messenger merupakan RNA satu rantai tunggal yang panjang. Ujung 5’ adalah ujung awal dari mRNA yang terbuat dari yang telah dimodifikasi yang berfungsi sebagai ujung yang dapat diidentifikasi oleh ribosom dan melindungi dari degradasi eksonukleat hanya terdapat sel eukariotik. Daerah Koding adalah daerah transkripsi terjadi. Terdiri dari kodon-kodon yang terbentuk dari transkripsi dengan DNA dan nantinya akan di translasi dengan RNA-t. Daerah koding biasanya dimulai dengan kodon AUG (kodon start) dan diakhiri dengan kodon UAA, UAG atau UGA (kodon stop). Untranslated Region (UTR) yaitu daerah yang tidak di translasi dari awal sampai akhir (5’UTR dan 3’UTR). Terletak di kedua ujung mRNA.

Gambar 16 : struktur m-RNA

(Sumber : http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-21/CB21.html)

SUMMARYAsam Nukleat adalah sebuah molekul biologi yang berperan penting dalam

penyimpanan serta transfer dan ekspresi DNA.Asam nukleat sendiri adalah polinukleotida dari monomernya nukleotida.Satu asam nukleat terdiri dari 4 nukleotida.Oleh karena itu penyusun nukleotida sama dengan komponen penyusun asam nukleat.Komponen penyusun asam nukleat adalah basa nitrogen,gugus fosfat serta gula pentosa.Basa nitrogen adalah sebuah aromatic siklik yang didalamnya terdapat atom karbon dan nitrogen tetapi karena sifat kimia dan fisikanya maka ia dinamakan basa nitrogen.Basa nitrogen dibagi lagi menjadi 2 jenis yaitu purin dan pirimidin dimana anggota basa purin ialah adenine dan guanine,sedangkan anggota dari basa pirimidin ialan timin dan sitosil.Gula pentose atau aldopentosa adalah karbohidrat yang memiliki 5 atom karbon.Ketika gula pentose berikatan dengan basa nitrogen maka akan membentuk suatu nukleosida.Dan ketika nukleosida berikatan dengan gugus fosfat maka itulah yang dinamakan nukleotida.

Asam nukleat sendiri dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu DNA dan RNA.Yang membedakan kedua jenis asam nukleat tersebut adalah gula pentose serta basa pirimidinnya.Dimana gula pentosa pada DNA ialah 2-deoksiribosa dan gula pentose pada RNA adalah ribosa.2-deoksiribosa adalah gula ribose yang kehilangan oksigen.Selain itu perbedaan RNA dan DNA adalah pada basa pirimidin nya dimana basa pirimidin pada RNA bukanlah timin dan sitosil melainkan urasil dan sitosil.Perbedaan komponen penyusun pada RNA dan DNA lah yang membuat struktur mereka saling berbeda,dimana DNA memiliki struktur double helix (untaian ganda) sedangkan RNA adalah untaian tunggal.

Fungsi DNA sendiri ialah sebagai gudang penyimpanan informasi genetik pada kromosom sedangkan fungsi RNA adalah untuk mengekspresikan kode genetik dari DNA.Sebenarnya RNA memiliki fungsi spesifik tergantung jenis nya karena RNA terdiri dari berbagai jenis tetapi untuk saat ini yang banyak dipelajari ialah ribosomal RNA,messenger RNA,transfer RNA serta interference RNA.Sedangkan DNA terbagi menjadi 3 jenis yaitu B-DNA,A-DNA-Z-DNA.Salah satu perbedaan dari jenis jenis DNA tersebut adalah jumlah basa nitrogen pada setiap untaianya.Sehinnga dapat dikatakan bahwa struktur pada asam nukleat erat kaitanya dengan komponen penyusunya dan komponen penyusun asam nukleat sebagai polinukleotida sama dengan penyusun nukleotida sebagai monomer asam nukleat.

DAFTAR PUSTAKABoyer,Rodney F.Concept in Biochemistry 2nd Edition.2002.USA.ThomsonColby,Diane S.Ringkasan Biokimia Harper.1996.Jakarta.Penerbit Buku KedokterKarp, Geral. 2006. Cell and Molecular Biology. United States of America: Wiley.Interference (RNAi). Bandung: PS. Bioteknologi SITH-ITBAnonim, Perbedaan B-DNA A-DNA dan Z-DNA (www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt12/sim1.htm) diakses pada 19 Februari 2015 pukul 20.15 WIB.