Struktur Asam Nukleat

Nukleotida dan Nukleosida• Nukleotida : Gugus Fosfat, Gula Pentosa, Basa

Nitrogen• Nukleosida : Gula Pentosa dan Basa Nitrogen

Gugus Fosfat• Menghubungkan gugus –OH (hidroksil) pada

atom karbon nomor 5 pada gula pentosa dan gugus -OH pada atom nomor 3 pada gula pentosa di nukelotida berikutnya

• Sehingga Asam Nukleat bermuatan negatif kuat dan bersifat asam

Gula Pentosa

• Berupa gula ribosa (pada RNA) dan gula deoksiribosa (pada DNA)

Basa Nitrogen• Cincin aromatik

heterosiklik yang mengandung atom karbon (C) dan nitrogen (N)

• Purin Bisiklik• Pirimidin Monosiklik

Perbedaan Struktur DNA dan RNA

Ikatan Fosfodiester Pada Nukleotida• Gugus 5’-hidroksil pada

pentosa unit nukleotida yang satu digabungkan dengan gugus 3’-hidroksil pada pentosa nukleotida berikutnya

• Gugus fosfat bersifat sangat polar, karena gugus fosfat bersifat asam dan bermuatan negatif sehingga bersifat hidrofilik.

• Basa purin dan pirimidin bersifat hidrofobik.

Ikatan Fosfodiester pada DNA dan RNA

Ikatan Hidrogen pada Basa Nitrogen • Basa purin selalu berikatan dengan basa pirimidin• Pasangan basa Adenin-Timin memiliki 2 ikatan

hidrogen, sedangkan pasangan basa Guanin-Cytosin memiliki 3 ikatan hidrogen

• Ikatan hidrogen terbentuk karena adanya exocyclic amino

Gambar 9. Ikatan hidrogen antara Guanine (G) dan Cytosine (C)

Sumber: sciencebiotech.net

Gambar 10. Ikatan hidrogen antara Adenine (A) dan Thymine (T)

Sumber: sciencebiotech.net

Struktur DNA (Deoxyribonucleic Acid)

• Memiliki dua rantai polinukleotida yang saling berpilin membentuk heliks ganda (double helix)

• Rantai tersebut tersusun secara berlawanan (antiparalel) dengan susunan 5’ 3’ dan 3’ 5’.

• Struktur untaian gandanya (double helix) ditentukan oleh ikatan hidrogen. Gambar 11. Struktur DNA double heliks

Sumber: http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/basics/dna 

Aturan Chargaff

a) Komposisi basa dari DNA dari suatu organisme adalah tetap pada semua sel dan mempunyai karakteristik tertentu

b) Komposisi basa dari DNA bervariasi dari suatu organisme dengan organisme lainnya, yang dinyatakan dengan dissymmetry ratio, yaitu (A + T) / (G + C)

c) Komposisi basa dari suatu spesies tidak berubah oleh umur, nutrisi, ataupun lingkungan

d) Jumlah adenine dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan jumlah thymine (A = T)

e) Jumlah guanine dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan jumlah cytosine ( G = C)

f) Jumlah total basa purin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan jumlah totalbasa pirimidin (A + G) = (T + C)

Double Helix• DNA memiliki struktur tangga berpilin atau lebih

dikenal dengan istilah double helix atau ulir rangkap. • Double helix memiliki dua lekukan eksternal pada

strukturnya, yaitu lekukan besar (major groove) dan lekukan kecil (minor groove) yang berfungsi sebagai tempat melekatnya molekul protein tertentu

Gambar 12. Dua Lekukan pada DNA (Minor Groove dan Minor Groove)

• Pada tahun 1953, berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Watson dan Crick, menyimpulkan interpretasi dari struktur kristal DNA., yaitu :

1. Double helix terdiri dari dua polinukleotida

2. Basa nitrogen berada di dalam heliks

3. Basa dari dua polinukleotida berinteraksi melalui ikatan hidrogen

4. Terdapat 10 basa dalam satu putaran heliks

5. Kedua rantai polinukleotida adalah antiparalel

6. Double helix berputar ke arah kanan

Gambar 13. Struktur DNA Right-handed dan Left-handed

Struktur DNA

DNA Primer

DNA Sekunder

DNA Tersier

DNA Kuarterner

DNA primer• DNA primer tersusun dari

monomer-monomer nukleotida

• Setiap nukleotida terdiri dari satu basa nitrogen berupa senyawa purin atau pirimidin, satu gula pentosa berupa 2’-deoksi-D-ribosa dalam bentuk furaosa, dan satu molekul fosfat.

Gambar 15. Struktur DNA primer

(Sumber:http://pustaka.unpad.ac.id/wp-content/uploads/2011/09/pustaka_unpad_pcr.pdf)

DNA sekunder• DNA sekunder berbentuk

heliks ganda yang tersusun dari dua untai polinukleotida secara antiparalel, berputar ke kanan dan melingkari suatu sumbu (Watson dan Crick, 1953)

• Struktur DNA sekunder, terdapat tipe DNA bentuk A, bentuk B dan bentuk Z. Gambar 16. Struktur DNA sekunder

(Sumber:http://pustaka.unpad.ac.id/wpcontent/uploads/2011/09/pustaka_unpad_pcr.pdf)

Tabel 1. Perbedaan Tipe DNA-B, DNA-A, dan DNA-Z

Ciri-Ciri DNA-B DNA-A DNA-Z

Tipe helix Berpilin ke kanan Berpilin ke kanan Berpilin ke kiri

Diameter helical (nm) 2,37 2,55 1,84

Jarak antara dua pasangan basa (nm) 0,34 0,29 0,37

Jarak antara dua pasangan basa dalam

satu pilinan (nm)3,4 3,2 4,5

Jumlah pasangan basa dalam satu pilinan 10 11 12

Topologi lekukan mayor Lebar, dalam Sempit, dalam Rata

Topologi lekukan minor Sempit, tidak dalam Dangkal, lebar Sempit, dalam

Bentuk DNA-B

• DNA putar kanan.• Memiliki lekukan mayor

yang lebih besar daripada bentuk-bentuk DNA lainnya dengan kedalaman 0,85 nm dan lebar 1,1-1,2 nm.

• Lekukan minornya memiliki kedalaman 0,75 nm dan lebar 0,6 nm.

• DNA bentuk B juga tahan pada keadaan kelembaban yang tinggi hingga sekitar 93%.

Gambar 17. Struktur DNA sekunder yang terdiri atas berturut-turut DNA bentuk A, DNA bentuk B dan DNA bentuk Z

Bentuk DNA-A

• DNA putar kanan. • DNA bentuk A merupakan DNA

bentuk B yang berubah bentuk pada kelembaban 75%.

• Pasangan basa menjadi miring dengan sudut 13° dari sumbu heliks.

• Lekukan mayor bentuk A lebih dalam, yaitu sekitar 1,35 nm, dan lebih sempit, yaitu sekitar 0,27 nm, daripada bentuk B.

• Lekukan minor bentuk A berukuran lebih lebar (sekitar 1,1 nm) dan lebih dangkal (sekitar 0,28 nm) daripada bentuk B.

Gambar 17. Struktur DNA sekunder yang terdiri atas berturut-turut DNA bentuk A, DNA bentuk B dan DNA bentuk Z

Bentuk DNA-Z• DNA putar kiri. • Bentuk Z ini merupakan

perubahan dari DNA bentuk B yang berada dalam konsentrasi NaCl yang tinggi.

• Memiliki gugus berulang (repeating unit) yang terdiri dari 2 pasangan basa nitrogen, sebagai anak tangga, dan susunan fosfat-gula, sebagai tulang punggung, yang berbentuk zigzag.

Gambar 17. Struktur DNA sekunder yang terdiri atas berturut-turut DNA bentuk A, DNA bentuk B dan DNA bentuk Z

DNA Tersier• Terbagi menjadi 2, yaitu

supercoiled (DNA supercoiling) dan relaxed circle (circular DNA).

• Supercoiling : DNA yang helainya berbentuk kumparan terpilin

• circular DNA : DNA yang tidak memiliki akhir karena kedua untai polinukleotida membentuk struktur tertutup yang tidak berujung.

DNA Tersier

Gambar 19. Struktur tersier DNA yang terdiri atas bentuk superkoil dan bentuk sirkuler

DNA Kuarterner• DNA kuarterner berbentuk kromosom • Kromosom adalah bentuk kumpulan dari

gulungan kromatin yang mengelompok dan berkumpul membentuk 2 pilinan besar yang saling menyilang.

• Gambar Kromosom

Struktur RNA (Ribonucleic Acid)• Struktur polinukleotida rantai

tunggal yang berpilin (single helix)

• Nukleotida tersusun atas gugus fosfat, gula ribosa, dan basa nitrogen

• Purin : adenine (A) dan guanine (G)

• Pirimidin : cytosine (C) dan urasil (U)

• Molekul RNA lebih pendek dari molekul DNA, namun sebagian besar sel memiliki RNA jauh lebih banyak daripada DNA.

• Terdiri atas tiga golongan utama yaitu rRNA (ribosom RNA), mRNA (messenger RNA), dan tRNA (transfer RNA).

Gambar 20. Struktur RNASumber : www.wissensschau.de

RNA Ribosomal (rRNA)

• Komponen utama ribosom dan menyusun sampai 65% berat ribosom

• Memiliki jumlah terbesar dari total RNA, sekitar 80%.

• rRNA mengandung basa adenin,guanin,sitosin, dan urasil.

• Terdapat dua jenis rRNA yaitu Large Sub Unit (LSU) dan Small Sub Unit (SSU)

• Letak LSU dan SSU RNA ribosom berhimpitan dengan mRNA berada diantara keduanya.

Gambar 21. Struktur rRNASumber: www.wissensschau.de

RNA Messenger (mRNA)• Urutan nukleotida komplementer dengan pesan genetik dalam

untai cetakan DNA (kodon).• mRNA memiliki basa adenin, guanin, sitosin dan urasil,• Daerah koding 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). • Ujung Poly(A) yaitu ujung RNA-m yang terdiri daru adenin yang

membantu dalam translasi.

Gambar 22. Struktur coding mRNA

RNA Transfer (tRNA)

• tRNA : antikodon yang memiliki kodon komplemen dari mRNA atau kodon

• tRNA terdiri dari satu untai ribonukleotida, molekul yang kecil dan berlipat-lipat.

• tRNA mengandung basa adenin, guanin,dan urasil yang termetilasi

• Terdapat struktur sekunder dan struktur tersier pada tRNA

Struktur RNA

RNA Primer

RNA Sekunder

pada tRNA

RNA Tersier

pada tRNA

RNA Kuarterner

RNA Primer

• Struktur utama dari RNA mengacu pada urutannya unit informasi genetik, yang disebut nukleotida

• Struktur primer dari nukleotida biasanya terdiri atas rantai tunggal nukleotida, yang belum termodifikasi.

RNA Sekunder pada tRNA

• tRNA sekunder berbentuk menyerupai clover, yaitu terdiri atas dua struktur RNA yaitu stem (batang) dan loop (lingkaran)

• Struktur sekunder merupakan single strand yang terlipat ke dalam struktur ‘clover-leaf’ dengan 3 cekungan (loop) dan sebuah acceptor stem (ujung 3’), dimana pada acceptor stem inilah asam amino terikat.

Gambar 23. Stem dan Loop pada RNA

Sumber: www.mikeblaber.org 

Gambar 24. Struktur Sekunder tRNASumber: http://www.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/

 

RNA Tersier pada tRNA• Struktur RNA Tersier dipengaruhi

oleh interaksi basa pada sites yang berbeda, melibatkan interaksi tiga atau lebih basa nitrogen

• Adenosin yang tidak berpasangan mempengaruhi interaksi sehingga terbentuk struktur RNA tersier yang stabil

• Membentuk struktur 3 dimensi yang terlihat seperti huruf “L” terbalik

Gambar 26. Struktur tersier RNA

Gambar 25. Struktur Tersier tRNA(Sumber: http://www.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/ )

RNA Kuarterner

• RNA kuarterner memiliki peran penting dalam makromolekul seperti ribosom, berfungsi untuk membangun protein dalam sel.

• Dalam proses pembentukannya, RNA kuarterner paling lambat struktur yang paling kompleks dibandingkan dengan struktur RNA lainnya.

• Gambar RNA kuarterner