asam nukleat dan sintesis protein (1)

ASAM NUKLEAT

Asam nukleat adalah suatu polimer nukleotida yg berperanan dlm penyimpanan serta pemindahan informasi genetik

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

Molekul RNA disintesis dari DNA dan berperan dlm sintesis protein di dlm sitoplasma (ribosom)

Satu nukleotida terdiri atas 3 bagian yi gula berkarbon 5 (pentosa), basa organik heterosiklik (mengandung karbon, nitrogen dan berbentuk datar) dan gugus fosfat bermuatan negatif, yg membuat polimer bersifat asam.

1. GULA PENTOSA

•Yang termasuk gula pentosa adalah ribosa dan deoksiribosa•Turunan penting dari ribosa adalah 2'-deoksiribosa, sering hanya disebut deoksiribosa, yang pada karbon nomor 2‘nya OH digantikan oleh H.•Deoksiribosa ditemukan di DNA (deoxyribonucleic acid)•Ribosa ditemukan di RNA (ribonucleic acid).

KOMPONEN DALAM NUKLEOTIDA PADA DNA / RNA

• Gula pada asam nukleat adalah ribosa.

• Ribosa (-D-furanosa) adalah gula pentosa (jumlah karbon 5).

5

1

23

4

GULA RIBOSA

• Ikatan gula ribosa dengan basa nitrogen (pd atom karbon nomor 1’).

• Ikatan gula ribosa dengan gugus fosfat (pd atom karbon nomor 5’).

• Gugus hidroksil pada atom karbon nomor 2’

• Dalam penulisan diberi tanda prime(') untuk membedakan penomoran pada basa nitrogen

2. BASA NITROGEN• Basa nitrogen berikatan dengan ikatan-β 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

Perhatikan struktur cincinnya

Perhatikan atom N9 (pada purin) dan N1 (pada pirimidin) yang berikatan dengan

atom C nomor 1’ dari ribosa

Nukleosida (Gula Ribosa yang berikatan dengan basa nitrogen) + satu atau lebih gugus fosforil

disebut nukleotida.

• Gula ribosa yang berikatan dengan basa nitrogen pada atom karbon nomor 1‘ disebut ribonukleosida (dalam contoh di samping adalah uridin dan sitidin).

• Ribonukleosida yang terfosforilasi pada atom karbon nomor 5‘ disebut ribonukleotida (dalam contoh di samping adalah uridilat atau sitidilat)

• Hidrolisis RNA oleh enzim menghasilkan ribonukleosida 5’-mono-fosfat atau ribonukleosida 3'-monofosfat.

12

3

• Oleh karenanya kerangka dasar polinukleotida atau asam nukleat tersusun atas residu fosfat dan ribosa yang berselang-seling.

• Urutan basa dalam polinukleotida ditulis dari ujung yang memiliki gugus fosfat di atom karbon nomor 5' ke ujung yang memiliki gugus hidroksil di atom karbon nomor 3‘, atau biasa disebut ujung 5' ke 3': 5'-ATGCTAGC-3‘.

Monomer nukleotida dapat berikatan satu sama lain melalui ikatan fosfodiester antara -OH di atom C nomor 3‘ dengan gugus fosfat dari nukleotida berikutnya.

Kedua ujung poli- atau oligonukleotida yang dihasilkan menyisakan gugus fosfat di atom karbon nomor 5' nukleotida pertama dan gugus hidroksil di atom karbon nomor 3' nukleotida terakhir.

SIFAT ASAM NUKLEAT

Sifat-sifat fisika-kimia asam nukleat meliputi stabilitas asam nukleat, pengaruh asam, pengaruh alkali, denaturasi kimia, viskositas.

Stabilitas asam nukleat ditentukan oleh interaksi penempatan (stacking interactions) antara pasangan-pasangan basa. Artinya, permukaan basa yang bersifat hidrofobik menyebabkan molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela perpasangan basa sehingga perpasangan tersebut menjadi kuat.

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.

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 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).

• Turunan penting dari ribosa adalah 2'-deoksiribosa, sering hanya disebut deoksiribosa, yang pada karbon nomor 2‘nya OH digantikan oleh H.

• Deoksiribosa ditemukan di DNA (deoxyribonucleic acid)

• Ribosa ditemukan di RNA (ribonucleic acid).

• Penggantian –OH oleh H di atom C nomor 2 mempengaruhi struktur!

DNA RNA

Ribonukleotida adalah penyusun RNA

RNA

a.RNA

KESTABILAN RNARNA, yang memiliki OH di atom C nomor 2’, lebih stabil

Deoksiribonukleotida adalah penyusun DNA

DNADeoksiribonukleotida

H

STRUKTUR DNAUntai Ganda berpilin

Nukleotida : Gugus Fosfat Gula deoksiribosa Basa Nitrogen

• DNA terdiri atas dua rangkaian heliks anti-paralel (paralel berlawanan arah) yang melilit ke kanan suatu poros.

• Ukuran lilitan adalah 36 Å, yang mengandung 10.5 pasangan basa per putaran.

• Kerangka yang berselang-seling antara gugus deoksiribosa dan fosfat terletak di bagian luar.

• Ikatan hidrogen antara basa purin dan pirimidin terletak d bagian dalam.

• Basa penyusun suatu benang DNA yang antiparallel tidak sama melainkan bersifat komplemen terhadap benang pasangannya.

• Basa C berpasangan dengan G, sedangkan A dengan T. Hal ini sangat bemanfaat dalam kaitan untuk penyimpanan dan pemindahan.

Penyampaian Deoksiribonukleotida biasanya dalam bentuk singkatan (misalnya) A, atau dA (deoksiA), atau dAMP (deoksiadenosin monofosfat)

•Gula 5'-deoksiribosa yang berikatan dengan basa nitrogen pada atom karbon nomor 1‘ disebut deoksiribonukleosida.

• Deoksiribonukleosida yang terfosforilasi pada atom karbon nomor 5‘ disebut Deoksiribonukleotida.

• DNA mengandung gen, informasi yang mengatur sintesis protein dan RNA.

• DNA mengandung bagian-bagian yang menentukan pengaturan ekskresi gen (promoter, operator, dll.)

• Ribosomal RNA (rRNA) merupakan komponen dari ribosom, mesin biologis pembuat protein

• Messenger RNA (mRNA) merupakan bahan pembawa informasi genetik dari gen ke ribosom

• Transfer RNA (tRNA) merupakan bahan yang menterjemahkan informasi dalam mRNA menjadi urutan asam amino

• RNA memiliki fungsi-fungsi yang lain, di antaranya fungsi-fungsi katalis

BIOSINTESIS PROTEIN

Biosintesis protein melibatkan DNA sebagai pembuat rantai polipeptida.

DNA tidak dapat secara langsung menyusun rantai polipeptida karena harus melalui RNA.

DNA merupakan bahan informasi genetik yang dapat diwariskan dari generasi ke generasi.

Informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein.

Informasi ditransfer secara akurat dari DNA melalui RNA untuk menghasilkan polipeptida dari urutan asam amino yang spesifik.

Suatu konsep dasar hereditas yang mampu menentukan ciri spesifik suatu jenis makhluk menunjukkan adanya aliran informasi bahan genetik dari DNA ke asam amino (protein).

Konsep tersebut dikenal dengan dogma genetik.

Tahap pertama dogma genetik dikenal sebagai proses transkripsi DNA menjadi m-RNA.

Tahap kedua dogma genetik adalah proses translasi atau penerjemahan kode genetik pada m-RNA menjadi urutan asam amino.

PERHATIKAN TEORI DOGMA SENTRAL, PRODUK AKHIR GEN ADALAH PROTEIN

DNA SEBAGAI MATERI GENETIK m-RNA SEBAGAI PEMBAWA INFORMASI GENETIK SINTESIS PROTEIN TERJADI DI RIBOSOM m-RNA MEMBAWA KODON, SEDANGKAN t-RNA -

MEMBAWA ANTI KODON PESANAN ASAM AMINO DIKODE OLEH KODON m-RNA ASAM AMINO YANG SATU DENGAN YANG LAIN

DIRANGKAI DENGAN IKATAN PEPTIDA START KODON SELALU DIMULAI DENGAN METIONIN

DAN SINTESIS PROTEIN DIAKHIRI DENGAN STOP KODON

DOGMA OF MOLECULAR BIOLOGY

Produk akhir gen adalah protein

SINTESIS PROTEIN

Transkripsi dan Translasi Dua proses utama yg m’hubkan gen ke protein Gen memberi perintah utk m’buat protein t’tentu, ttp gen tdk m’bangun protein secara langsung Jembatan antara DNA dan sintesis protein adalah RNA Proses translasi suatu sel m’interpretasikan

pesan genetik dan m’btk protein yg sesuai pesan tsb berupa rangkaian kodon pd m-RNA dan interpreternya t-RNA (anti kodon)

EKSPRESI GEN

EKSPRESI GEN

GEN --- mRNA --- polipeptida/ protein

Upstream Downstream

DNA 5’ ------ ACTGCC ------ 3’ utas coding

3’ ------ TGACGG ------ 5’ utas cetakan

mRNA 5’ --- ACUGCC --- 3’

tRNA 3’-- UGA -- 5’ (bgn antikodon)

Thr (asam amino yg dibawa)

TRANSKRIPSI TRANSLASI

Utas coding = utas sense Urutan nukleotida di sini menentukan

urutan a.a pada rantai polipeptida yang dibentuk.

Kode genetik: 1 asam amino dikode oleh urutan 3 nt Urutan basa N dibaca dari 5’-3’

Utas template = utas cetakanSebagai utas cetakan bagi pembentukan mRNAmRNASesuai hukum berpasangan apabila di utas cetakan tertulis A

maka pada utas mRNA tertulis U, apabila tertulis G maka pada utas mRNA tertulis C

Urutan basa N dibaca dari 5’-3’Satu kodon t.d 3 nukleotida 1 asam amino

Gen: suatu segmen DNA yang berisi informasi/ kode genetik urutan asam amino dari suatu rantai polipeptida / protein

Gen: terdapat pada rantai DNAPeta gen: menunjukkan letak gen pd rantai DNAmRNA: Urutan kodon (kode genetik pada mRNA) menentukan urutan

a.a yg akan dirangkaiSatu kodon terdiri dari 3 nukleotida (triplet)

Kode genetik bersifat hampir universalUniversal berarti kodon yang sama berlaku untuk asam amino

yang sama pada semua mahluk hidup

KODE GENETIK

Kelompok nukleotida yang mengkode asam amino

disebut dengan Kodon. Kodon terdiri dari 3 nukleotida berdekatan

(triple kodon), menghasilkan 64 kodon spesifik

Total ada 43 = 64 kodon 3 kodon (UAA, UAG, UGA) : kodon terminasiKodon inisiasi: AUG (sebagian kecil organisme GUG) Jumlah asam amino dasar penyusun protein : 20, jadi

banyak asam amino yang punya lebih dari 1 kodonKodon pada mRNA akan dikenali oleh antikodon pd

tRNA yang akan membawa asam amino yang sesuai dengan kodon tersebut untuk dirangkai

Semua RNA (t-RNA, m-RNA dan r-RNA) yang berbeda terlibat dalam sintesis protein. Proses biosintesis protein disebut Penerjemahan, karena informasi harus dipindahkan dari bahasa empat huruf asam nukleat (U,C,A,G) menjadi bahasa 20-huruf unsur-unsur pokok asam amino protein.

MEKANISME BIOSINTESIS MEKANISME BIOSINTESIS PROTEINPROTEIN

Proses Biosintesis protein diuraikan Proses Biosintesis protein diuraikan

dalam beberapa fasedalam beberapa fase

Fase pembtk aminoasil-tRNA Fase inisiasi Fase elongasi Fase terminasi Pembentukan protein fungsional

FASE P’BTK AMINOASIL-tRNAFASE P’BTK AMINOASIL-tRNA

Pembentukan aminoasil-tRNA dikatalisis oleh enzim aminoasil-tRNA sintetase

Langkah 1Langkah 1 Asam amino + ATP aminoasil-AMP + PPi

Langkah 2Langkah 2 aminoasil-AMP + tRNA aminoasil-tRNA + AMP

Aminoasil AMP

Aminoasil AMP+

OH

Aminoasil t-RNA (t-RNA teraktifkan)

FASE INISIASIFASE INISIASI

Pembentukan Ribosom 80SPembentukan Ribosom 80S

1. Pengikatan subunit 1. Pengikatan subunit ribosom 40Sribosom 40S

ke mRNA ke mRNA (IF – 3) (IF – 3)

2. Melekatkan antikodon 2. Melekatkan antikodon tRNA pd kodon pertama tRNA pd kodon pertama mRNA mRNA

(GTP, IF-1 dan IF-2)(GTP, IF-1 dan IF-2)

3. Pegikatan ribosom 60S 3. Pegikatan ribosom 60S ke mRNAke mRNA

ribosom 80Sribosom 80S

Tempat P (peptidil-Tempat P (peptidil-tRNA)tRNA)

Tempat A (aminoasil-Tempat A (aminoasil-tRNA)tRNA)

4. Kodon pertama yg 4. Kodon pertama yg ditranslasi adl ditranslasi adl

AUG (met)AUG (met)

FASE ELONGASIFASE ELONGASIElongasi merup suatu proses Elongasi merup suatu proses

siklik di ribosom berupa siklik di ribosom berupa penambahan asam amino penambahan asam amino satu persatu ke rantai satu persatu ke rantai peptida yg sedang peptida yg sedang terbentuk. terbentuk.

1. P’ikatan aminoasil-tRNA ke1. P’ikatan aminoasil-tRNA ke tempat A (msh kosong) tempat A (msh kosong) aa-tRNA mbtk komplk dg aa-tRNA mbtk komplk dg EF-1 dan GTPEF-1 dan GTP2. Ggs 2. Ggs -amino pd aminoasil--amino pd aminoasil-

tRNA tRNA (tmpt A) dan ggs karboksil (tmpt A) dan ggs karboksil

pd peptidil-tRNA (tmpt P) pd peptidil-tRNA (tmpt P) peptidil tranferasepeptidil tranferase

3. Disosiasi t-RNA dr tempat P 3. Disosiasi t-RNA dr tempat P 4. Translokasi peptidil yg baru 4. Translokasi peptidil yg baru

tbtktbtk pd tempat A ke tempat P yg pd tempat A ke tempat P yg

kosong memerlukan EF-2 kosong memerlukan EF-2 dan GTP dan GTP

FASE TERMINASIFASE TERMINASI Tjd ketika kodon tanpa Tjd ketika kodon tanpa

makna makna

dikenali (muncul kodon dikenali (muncul kodon stop atau terminasi pd stop atau terminasi pd mRNAmRNA ( (UAA, UAG, UGA)UAA, UAG, UGA)

1. Stlh elongasi dlm proses 1. Stlh elongasi dlm proses polimerisasi polimerisasi protein, protein,

kodon terminasi (tanpa kodon terminasi (tanpa makna) muncul di tempat makna) muncul di tempat AA

2. Faktor pelepasan dan GTP 2. Faktor pelepasan dan GTP akan menghidrolisis ikatan akan menghidrolisis ikatan antara peptida dan t-RNA antara peptida dan t-RNA (tmpt A)(tmpt A)

Proses hidrolisis Proses hidrolisis protein + protein + tRNAtRNA

3. Ribosom 80S berdisosiasi 3. Ribosom 80S berdisosiasi mjd 40S dan 60S dan kmd mjd 40S dan 60S dan kmd didaur ulangdidaur ulang

PEMBENTUKAN PROTEIN PEMBENTUKAN PROTEIN FUNGSIONALFUNGSIONAL

Polipeptida yg t’btk dr proses sintesisPolipeptida yg t’btk dr proses sintesis

Membentuk protein fungsionalMembentuk protein fungsional

SekunderSekunder

TersierTersier

KuartenerKuartener

Antibiotika yg m’hambat sintesis protein

Antibotik Langkah yg dihambat

Kloramfenikol Peptidil tranferase ribosom

Sreptomisin Inisiasi kodon mRNA salah baca

Tetrasiklin Mencegah pencantelan aminoasil-tRNA

Puromisin Mengikat tempat A terminasi dini

Sikloheksimid Peptidil tranferase ribosom