ASAM NUKLEATdr. Sakdiah,MSc Bagian Biokimia Fakultas Kedokteran Unsyiah

ASAM NUKLEATDikenal sebagai Polinukleotida Nukleotida

1. Basa Nitrogen Purin : Adenin(A) dan Guanin (G) Pirimidin : Sitosin (C), Timin(T) dan Urasil(U) 2. Pentosa Pd DNA (Deoksiribonukleic acid) deoksiRibosa Pd RNA (Ribonucleid acid) Ribosa 3. Asam fosfat (H3PO4)

ASAM NUKLEAT

Nukleotida komp asam fosfat hilang NUKLEOSIDA Numenklatur : - Nukleotida Adenin = Asam adenilat - Nukleosida Adenin = Adenosin

ASAM NUKLEAT

NukleotidaYg bukan bag integral di jar tubuh adalah : 1. Sbg nukleotida/nukleosida A. Derivat nukleotida /nukleosida ATP dan ADP GTP dan GDP senyawa2 fosfat derivat Pu/Pi sejenisnya B. S-Adenosil methionine (methionin aktif) : PADS (3-phosphoadenosin-5-phosphosulphate =sulfat aktif)

ASAM NUKLEAT2. Sebagai Koenzim A. Kohidrogenase FAD (Flavin Adenin Dinukleotida); NAD (Nikotinamid Adenin Dinukleotida); NADP(Nikotinamid Adenin Dinukleotida Phosphat) B. Koenzim A-SH (Panthethein berikatan dgadenosin-3Ph)

AMP-Siklik * dihasilkan dari ATP yg dikatalisis o enzim adenilatsiklase * Berperan pd pengaturan glukogenolisis dan

PURIN dan PIRIMIDINPurin dan Pirimidin merupakan senyawa heterosiklik, yaitu: - senyawa berbentuk cincin (siklik) - mengandung atom karbon maupun nonkarbon (hetero ; sulfur dan nitrogen >>) Purin : - ukuran besar (9 atom ), nama > pendek - pemberian no atom berlawanan arah jam Pirimidin : - ukuran > kecil (6 atom) - pemberian no atom searah jarum jam

ASAM NUKLEAT

I. Introduksi II. Kepentingan Biomedis III. Struktur & Fungsi

I.Introduksi

I. Introduksi- Informasi genetik dikodekan sepanjang molekul polimerik - Tersusun 4 tipe unit monomer - DNA (molekul polimerik) dasar pewarisan dan diorganisasikan ke dalam gen - Gen mengendalikan sintesis berbagai RNA sebagian besar terlibat pd sintesis protein - Gen tidak berfungsi secara otonom - Replikasi & fungsi dikendalikan oleh berbagai produk gen yg bekerja dg komponen lintasan transduksi sinyal

Kepentingan Biomedis

- Struktur DNA dasar kimia hereditas dan penyakit genetik - Lintasan informasi dasar : DNA sintesis RNA sintesis protein - Digunakan : Mendefinisikan fisiologi normal Patofisiologi penyakit tingkat molekul

III. Struktur & Fungsi

DNA informasi genetik - Pertama kali thn 1944 Avery, Macleod dan McCarty penetapan genetik dari tipe kapsul suatu pneumokokus spesifik dipindah kan ke pneumokokus lain dg tipe kapsul ber beda melalui penyisipan DNA yg dimurnikan, dari kokus pertama kepada kokus ke dua. - Peneliti menyebut (DNA) faktor transformasi - Setelah itu,manipulasi genetik lazim dilakukan

Struktur & Fungsi

Asam nukleat penyusun gen- Polimer dari banyak mononukleotida - Terdiri : gula ribosa/deoksiribosa, basa nitrogen heterosiklis purin: (adenin & guanin) , pirimidin :(citosin, timin dan urasil) dan fosfat anorganis. - Ada 2 DNA (deoksiribonukleat) dan RNA (asam ribonukleat) - DNA molekul pewarisan semua makhluk - Khusus pd virus, bahan gennya hanya satu jenis, DNA atau RNA - DNA ; terdiri dari 2 rantai polinukleotida berputar sangat panjang yg bergelung mengelilingi poros umum berjalan dengan arah yang berlawanan. - Tulang punggung gula-fosfat diluar putaran ganda, basa purin dan pirimidin berada di dalam

Struktur & Fungsi

Ke 2 rantai digabung oleh ikatan H antara basa berpasangan, A = T dan G = C membentuk untaian pd sebuah putaran ganda yg saling melengkapi dg yg lain. Sebagian besar DNA berbentuk lingkaran DNA Adenin. Timin, Guanin, Sitosin RNA Adenin, Guanin, Sitosin dan Urasil

Asam NukleatAsam nukleat adalah suatu polimer nukleotida yg berperanan dlm penyimpanan serta pemindahan informasi genetik (polinukleotida) Asam nukleat terdapat dlm 2 bentuk, yi. asam deoksiribosa (DNA) dan asam ribosa (RNA). Keduanya merupakan polimer linier, tidak bercabang dan tersusun dari subunit-subunit yg disebut nukleotida. Pd sel eukariot DNA terdapat di dlm nukleus Pada sel prokariot terdpt dlm sitoplasma atau nukleoid dan berfungsi sbg molekul hereditas atau pewarisan sifat. Molekul RNA disintesis dari DNA dan berperan dlm sintesis protein di dlm sitoplasma (ribosom).

Asam Nukleat

Satu nukleotida terdiri atas 3 bagian yaitu: gula berkarbon 5 (pentosa), basa organik heterosiklik (mengandung karbon, nitrogen dan berbentuk datar) dan gugus fosfat bermuatan negatif, yg membuat polimer bersifat asam. Pada RNA gula pentosanya adalah ribosa Pada DNA gula pentosanya mengalami kehilangan satu atom O pada posisi C nomor 2 sehingga dinamakan gula 2deoksiribosa

Asam NukleatBasa N, baik pada DNA maupun pada RNA, dapat dikelompokkan : 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). Tetapi, pada pirimidin ada perbedaan antara DNA dan RNA. Pada DNA basa pirimidin terdiri atas sitosin(C) dan timin (T), pd RNA tidak ada timin,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. Di antara ketiga komponen monomer asam nukleat tersebut di atas, hanya basa N-lah yang memungkinkan terjadinya

Asam Nukleat urutan (sekuens) basa N pada suatu Pada kenyataannya memangmolekul asam nukleat merupakan penentu bagi spesifisitasnya. Dengan perkataan lain, penggambaran suatu molekul asam nukleat hanya dengan menuliskan urutan basanya saja. Pada asam nukleat terbentuk ikatan glikosidik (glikosilik) dan fosfodiester Ikatan glikosidik terjadi karena adanya ikatan antara posisi 1 pada gula dengan posisi 9 (N-9) pada basa purin atau posisi 1 (N-1) Suatu basa yang terikat pada satu gugus gula disebut nukleosida. Sedangkan, nukleotida sendiri adalah nukleosida dengan sebuah atau lebih gugus fosfat Jadi, apabila gulanya adalah ribosa, maka nukleosidanya dapat berupa adenosin (rA), guanosin (rG), sitidin (rC), dan uridin (rU). Nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu adenosin monofosfat (AMP=asam adenilat), guanosin monofosfat (GMP= as guarilat), sitidin monofosfat (CMP=as sitidilat), dan uridin monofosfat (UMP= as uridilat)

Asam NukleatJika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya pada DNA, nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin (dA), deoksiguanosin (dG), deoksisitidin (dC), dan deoksitimidin (dT). Sedangkan, nukleotidanya masing2 adalah deoksiadenosin monofosfat (dAMP=as deoksiadenilat); deoksiguanosin monofosfat (dGMP=as deoksiguanilat); deoksisitidin monofosfat (dCMP=as deoksisitidilat) dan timidin monofosfat (TMP=as timidilat) 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 Basa purin dan pirimidin tidak berikatan secara kovalen satu sama lain Oleh karena itu, suatu polinukleotida tersusun atas kerangka gula-fosfat yang berselang-seling dan mempunyai ujung 5-P dan 3-OH. Adanya ujung-ujung tersebut menjadikan rantai polinukleotida linier mempunyai arah tertentu.

Asam NukleatTelah dijelaskan bahwa penggambaran asam nukleat cukup dengan menuliskan urutan basa (sekuens)-nya saja 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 5ATGACCTGAAAC-3 atau suatu sekuens RNA dituliskan 5GGUCUGAAUG-3. Sekuens tersebut menggambarkan 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). Selain ikatan glikosidik dan fosfodiester, basa di dalam nukleotida membentuk ikatan hidrogen. Adenin akan membentuk 2 ikatan hidrogen dengan timin pada untai komplementer DNA double helix. Guanin membentuk 3 ikatan hidrogen dengan sitosin

Asam Nukleat

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. DNA terdapat dlm bentuk heliks ganda (double helix) yg seragam dengan rantai-rantai komplementer yg berpilin satu sama lain membentuk tangga spiral ke arah kanan, sedangkan molekul-molekul RNA disintesis dari cetakan DNA sebagai untai tunggal. Namun, untai tunggal RNA juga dpt melipat ke rantainya sendiri dan membentuk pasangan basa komplementer yg menghasilkan struktur sekunder yg unik Ke dua untai komplementer dari heliks ganda DNA bekerja dengan arah yg berlawanan atau antiparalel. Jika salah satu rantai dibaca dari ujung fosfat 5-nya, maka rantai lainnya akan dibaca dari ujung hidroksilnya 3-nya. 3 membawa gugus OH bebas pada posisi 3 dari cincin gula, dan ujung 5membawa gugus fosfat bebas pada posisi 5 dari cincin gula

Asam NukleatHeliks ganda DNA akan membawa satu putaran setiap 10 pasangan basa (sekitar 3,4 nm) Basa yg berpasangan terletak di tengah molekul, membentuk rongga hidrofobik sehingga lebar heliks menjadi sekitar 2 nm Bentuk DNA tersebut 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.

Asam NukleatDNA dobel heliks dapat dikopi secara persis karena masing-masing untai mengandung sekuen nukleotida yang persis berkomplemen dengan sekuen untai pasangannya. Masing-masing untai dapat berperan sebagai cetakan untuk sintesis dari untai komplemen baru yang identik dengan pasangan awalnya.

Asam NukleatTelah dijelaskan sebelumnya bahwa untai tunggal RNA juga dpt melipat ke rantainya sendiri dan membentuk pasangan basa komplementer yg menghasilkan struktur sekunder yg unik (ikatan hidrogen dlm molekulnya sendiri =intramolekuler). Adanya modifikasi struktur RNA menyebabkan adanya perbedaan fungsi Berdasarkan fungsinya, dikenal 3 jenis RNA yi RNA transfer (tRNA); RNA duta atau messenger (mRNA) dan RNA ribosom (rRNA) Struktur mRNA dikatakan sebagai struktur primer, sedangkan struktur tRNA dan rRNA dikatakan sebagai struktur sekunder t RNA mempunyai ukuran paling kecil (panjang 75-80 nukleotida) dan berperan membawa asam amino ke ribosom untuk di-polimerisasi membentuk rantai polipeptida

Asam NukleatRNA ribosom merupakan komponen struktural dari ribosom RNA duta membawa sekuens ribonukleotida hasil transkripsi kode genetik pada salah satu untai DNA sehingga panjang dan komposisi mRNA sangat bervariasi Sifat-sifat fisikakimia asam nukleat meliputi stabilitas asam nukleat, pengaruh asam, pengaruh alkali, denaturasi kimia, viskositas, dan kerapatan apung. Stabilitas asam nukleat ditentukan oleh interaksi penempatan (stacking interactions) antara pasanganpasangan basa. Artinya, permukaan basa yang bersifat hidrofobik menyebabkan molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela perpasangan basa sehingga perpasangan tersebut menjadi kuat. Di dalam asam pekat dan suhu tinggi, misalnya HClO4 dengan suhu lebih dari 100C, asam nukleat akan mengalami hidrolisis sempurna menjadi komponenkomponennya. 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

Asam NukleatPengaruh 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. 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.

Asam NukleatMolekul DNA sangat rentan terhadap fragmentasi fisik karena relatif kaku sehingga larutan DNA mempunyai viskositas yang tinggi. 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.

Asam Nukleat

Dengan teknik sentrifugasi tersebut DNA, RNA, dan protein akan terpisah. Pelet RNA akan berada di dasar tabung dan protein akan mengapung sehingga DNA dapat dimurnikan, baik dari RNA maupun protein. Selain itu, teknik tersebut juga berguna untuk keperluan analisis DNA karena kerapatan apung DNA () merupakan fungsi linier bagi kandungan GC-nya. Dalam hal ini, = 1,66 + 0,098% (G + C). Selain sifat fisik-kimia di atas, 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.

Asam NukleatAsam nukleat dapat mengabsorpsi sinar UV karena adanya basa nitrogen yang bersifat aromatik. Panjang gelombang untuk absorpsi maksimum baik oleh DNA maupun RNA adalah 260 nm atau dikatakan maks = 260 nm. Meskipun maks untuk DNA dan RNA konstan, namun ada perbedaan nilai absorbansi (hipokromisitas). Molekul dsDNA dikatakan relatif hipokromik (kurang berwarna) bila dibandingkan dengan ssDNA. Sebaliknya, ssDNA dikatakan hiperkromik terhadap dsDNA. Konsentrasi DNA dihitung atas dasar nilai A260-nya Molekul dsDNA dengan konsentrasi 1 mg/ml mempunyai A260 sebesar 20, sedangkan konsentrasi yang sama untuk molekul ssDNA atau RNA mempunyai A260 lebih kurang sebesar 25. Nilai A260 untuk 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 A260 pirimidin. Pada dsDNA, yang selalu mempunyai kandungan purin dan pirimidin sama, nilai A260 -nya sudah pasti.

Asam NukleatTingkat kemurnian asam nukleat dapat diestimasi melalui penentuan nisbah A260 terhadap A280 Molekul dsDNA murni mempunyai nisbah A260 /A280 sebesar 1,8. Sementara itu, RNA murni mempunyai nisbah A260 /A280 sekitar 2,0. Nisbah protein (maks = 280 nm) , kurang dari 1,0. Oleh karena itu, suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai A260 /A280 lebih dari 1,8 dikatakan terkontaminasi oleh RNA. Sebaliknya, suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai A260 /A280 kurang dari 1,8 dikatakan terkontaminasi oleh protein Selain bahan-bahan kimia, panas juga dapat menyebabkan denaturasi asam nukleat Denaturasi termal pada DNA dan RNA ternyata sangat berbeda

Asam NukleatPada RNA denaturasi berlangsung perlahan dan bersifat acak karena bagian rantai ganda yang pendek akan terdenaturasi lebih dahulu daripada bagian rantai ganda yang panjang. 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 C hingga 100C untuk molekul-molekul DNA yang panjang DNA yang mengalami denaturasi termal dapat dipulihkan (direnaturasi) dengan cara didinginkan. Renaturasi yang terjadi antara daerah komplementer dari dua rantai asam nukleat yang berbeda dinamakan hibridisasi.

Terima Kasih