BAB II
PEMBAHASAN
Asam
nukleat adalah suatu polimer nukleotida yang berperan dalam penyimpanan
serta pemindahan informasi genetik (polinukleotida). Asam nukleat terdiri
dari Asam deoksiribonukleat (DNA) dan Asam
ribonukleat (RNA).
A.
Komponen Penyusun Asam Nukleat
1.
Basa Nitrogen Heterosiklik
Basa
nitrogen heterosiklik yang merupakan penyusun asam nukleat adalah turunan
Purina dan pirimidina.
2.
Purina dan turunannya
Purina
atau purin adalah senyawa heterosiklik majemuk yang mempunyai lingkar
pirimidina dan imidazol yang berimit. Turunan purina yang merupakan penyusun
asam nukleat adalah adenine atau 6-aminopurina dan guanine atau
2-amino-6-oksipurina.
3.
Pirimidina dan turun-turunannya
Pirimidina
atau pirimidin termasuk senyawa heterosiklik sederhana lingkar 6, dengan 2 atom
nitrogen sebagai heteroatomnya. Turunan-turunan pirimidina yang meupakan
penyusun asam nukleat adalah sitosin atau 2-oksi-4-aminopirimidina yang
disingkat C, timin atau 2, 4-dioksi-5-metilpirimidina yang disingkat T dan
urasil atau 2, 4-dioksipirimidina yang disingkat U.
4.
Pentosa atau Gula Penyusun
Pentose yang
menyusun asam nukleotida adalah ribose dan 2-deoksiribosa. Dalam struktur kimia
asam nukleat, kedua pentose tersebut terdapat dalam bentuk lingkar furanosa.
Ribose merupakan penyusun RNA dan 2-deoksiribosa merupakan penyusun DNA.
5.
Fosfat Penyusun
Fosfat
penyusun asam nukleat adalah asam fosfat atau asam ortofosfat. Fosfat ini
berupa kristal berbentuk orto-rombik, tak stabil dan melebur pada suhu 42,350C.
Fosfat ini tergolong asam lemah atau sedang dan bervalensi tiga jenis garam
natrium. Garam natrium tersebut dapat terbentuk pada suhu kamar yaitu, Natrium
fosfat Na3PO4, Natrium hidrogen fosfat Na2HPO4, dan Natrium dihidrogen
fosfat NaH2PO4.
B.
Nukleotida dan Nukleosida
Suatu
basa yang terikat pada satu gugus gula disebut nukleosida, sedangkan nukleotida
adalah satu nukleosida yang berikatan dengan gugus fosfat. Di dalam molekul DNA
atau RNA, nukleotida berikatan dengan nukleotida yang lain melalui
ikatan fosfodiester.
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. Monomer nukleotida dapat berikatan satu
sama lain melalui ikatan fosfodiester antara -OH di atom C nomor 3‘nya 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.
C.
DNA
DNA (deoxyribonucleic
acid) atau asam deoksiribosa nukleat (ADN) merupakan tempat penyimpanan
informasi genetik. Pada tahun 1953, Frances Crick dan James Watson menemukan
model molekul DNA sebagai suatu struktur heliks beruntai ganda, atau yang lebih
dikenal dengan heliks ganda Watson-Crick. DNA merupakan makromolekul
polinukleotida yang tersusun atas polimer nukleotida yang berulang-ulang,
tersusun rangkap, membentuk DNA haliks ganda dan berpilin ke kanan.
Setiap nukleotida terdiri dari tiga gugus
molekul, yaitu:
1.
Gula 5 karbon (2-deoksiribosa)
2.
Basa nitrogen yang terdiri golongan purin yaitu adenin (Adenin = A) dan
guanin (guanini = G), serta golongan pirimidin, yaitu sitosin (cytosine = C)
dan timin (thymine = T)
3.
Gugus fosfat
Model
tangga berpilin menggambarkan struktur molekul DNA sebagai dua rantai
polinukleotida yang saling memilin membentuk spiral dengan arah pilinan ke
kanan. Fosfat dan gula pada masing-masing rantai menghadap ke arah luar
sumbu pilinan, sedangkan basa N menghadap ke arah dalam sumbu pilinan dengan
susunan yang sangat khas sebagai pasangan – pasangan basa antara kedua rantai.
Dalam
hal ini, basa A pada satu rantai akan berpasangan dengan basa T pada rantai
lainnya, sedangkan basa G berpasangan dengan basa C. Pasangan-pasangan basa ini
dihubungkan oleh ikatan hidrogen yang lemah (nonkovalen). Basa A dan
T dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap dua, sedangkan basa G dan C
dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap tiga. Adanya ikatan hidrogen tersebut
menjadikan kedua rantai polinukleotida terikat satu sama lain dan
salingkomplementer. Artinya, begitu sekuens basa pada salah satu rantai
diketahui, maka sekuens pada rantai yang lainnya dapat ditentukan.
Oleh karena basa
bisiklik selalu berpasangan dengan basa monosiklik, maka jarak antara kedua
rantai polinukleotida di sepanjang molekul DNA akan selalu tetap. Dengan
perkataan lain, kedua rantai tersebut sejajar. Akan tetapi, jika rantai yang
satu dibaca dari arah 5’ ke 3’, maka rantai pasangannya dibaca dari arah 3’ ke
5’. Jadi, kedua rantai tersebut sejajar tetapi berlawanan
arah (antiparalel).
Replikasi
DNA
Replikasi
adalah peristiwa sintesis DNA. Saat suatu sel membelah secara mitosis,
tiap-tiap sel hasil pembelahan mengandung DNA penuh dan identik seperti
induknya. Dengan demikian, DNA harus secara tepat direplikasi sebelum
pembelahan dimulai. Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai
nukleotida baru dari rantai nukleotida lama. Proses komplementasi pasangan basa
menghasilkan suatu molekul DNA baru yang sama dengan molekul DNA lama sebagai
cetakan.
Kemungkinan
terjadinya replikasi dapat melalui tiga model, yaitu :
1.
Model pertama adalah model konservatif, yaitu dua rantai DNA lama tetap
tidak berubah, berfungsi sebagai cetakan untuk dua dua rantai DNA baru.
2.
Model kedua disebut model semikonservatif, yaitu dua rantai DNA lama
terpisah dan rantai baru disintesis dengan prinsip komplementasi pada
masing-masing rantai DNA lama tersebut.
3.
Model ketiga adalah model dispersif, yaitu beberapa bagian dari kedua
rantai DNA lama digunakan sebgai cetakan untuk sintesis rantai DNA baru.
Dari
ketiga model replikasi tersebut, model semikonservatif merupakan model yang
tepat untuk proses replikasi DNA. Replikasi DNA semikonservatif ini berlaku
bagi organisme prokariot maupun eukariot. Perbedaan replikasi antara organisme
prokariot dengan eukariot adalah dalam hal jenis dan jumlah enzim yang
terlibat, serta kecepatan dan kompleksitas replkasi DNA. Pada organisme
eukariot, peristiwa replikasi terjadi sebelum pembelahan mitosis, tepatnya pada
fase sintesis dalam siklus pembelahan sel.
D.
RNA
RNA (
ribonucleic acid ) atau asam ribonukleat merupakan makromolekul yang berfungsi
sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik. RNA sebagai penyimpan
informasi genetik misalnya pada materi genetik virus, terutama golongan
retrovirus. RNA sebagai penyalur informasi genetik misalnya pada proses
translasi untuk sintesis protein. RNA juga dapat berfungsi sebagai enzim (
ribozim ) yang dapat mengkalis formasi RNA-nya sendiri atau molekul RNA lain. RNA
merupakan rantai tunggal polinukleotida.
Setiap
ribonukleotida terdiri dari tiga gugus molekul, yaitu :
1.
5 karbon
2.
Basa nitrogen yang terdiri dari golongan purin (yang sama dengan
DNA) dan golongan pirimidin yang berbeda yaitu sitosin (C) dan Urasil (U)
3.
ü Gugus fosfat
Purin dan pirimidin yang berkaitan dengan ribosa
membentuk suatu molekul yang dinamakan nukleosida atau ribonukleosida, yang
merupakan prekursor dasar untuk sintesis DNA. Ribonukleosida yang berkaitan
dengan gugus fosfat membentuk suatu nukleotida atau ribonukleotida. RNA
merupakan hasil transkripsi dari suatu fragmen DNA, sehingga RNA merupakan
polimer yang jauh lebih pendek dibandingkan DNA.
Tipe RNA
1.
RNAd atau RNAm
RNAd
merupakan RNA yang urutan basanya komplementer dengan salah satu urutan basa
rantai DNA. RNAd membawa pesan atau kode genetik (kodon) dari kromosom (di
dalam inti sel) ke ribosom (di sitoplasma). Kode genetik RNAd tersebut kemudian
menjadi cetakan utnuk menetukan spesifitas urutan asam amino pada rantai
polipeptida. RNAd berupa rantai tunggal yang relatif panjang.
2.
RNAr
RNAr merupakan komponen struktural yang utama
di dalam ribosom. Setiap subunit ribosom terdiri dari 30 – 46% molekul RNAr dan
70 – 80% protein.
3.
RNAt
RNAt merupakan RNA yang membawa asam amino
satu per satu ke ribosom. Pada salah satu ujung RNAt terdapat tiga rangkaian
basa pendek ( disebut antikodon ). Suatu asam amino akan melekat pada ujung
RNAt yang berseberangan dengan ujung antikodon. Pelekatan ini merupakan cara
berfungsinya RNAt, yaitu membawa asam amino spesifik yang nantinya berguna
dalam sintesis protein yaitu pengurutan asam amino sesuai urutan kodonnya pada
RNAd.
E.
Sifat-Sifat Asam Nukleat
1.
Stabilitas asam nukleat
Ketika
melihat struktur tangga berpilin molekul DNA atau struktur sekunder RNA,
sepintas akan terlihat bahwa struktur tersebut menjadi stabil karena adanya
ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen di antara pasangan-pasangan basa hanya akan
sama kuatnya dengan ikatan hidrogen antara basa dan molekul air apabila DNA
berada dalam bentuk rantai tunggal. Jadi, ikatan hidrogen jelas tidak
berpengaruh terhadap stabilitas struktur asam nukleat, tetapi hanya sekedar
menentukan spesifitas perpasangan basa.
a.
Penentu stabilitas struktur asam nukleat terletak
pada interaksipenempatan (stacking interactions) antara
pasangan-pasangan basa. Permukaan basa yang bersifat hidrofobik menyebabkan
molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela perpasangan basa sehingga perpasangan
tersebut menjadi kuat.
2.
Pengaruh asam
Di dalam asam pekat dan suhu tinggi, misalnya
HClO4 dengan suhu lebih dari 100ºC, asam nukleat akan mengalami hidrolisis
sempurna menjadi komponen-komponennya. 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.
3.
Pengaruh alkali
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. 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.
4.
Denaturasi kimia
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.
5.
Viskositas
DNA kromosom dikatakan mempunyai nisbah
aksial yang sangat tinggi karena diameternya hanya sekitar 2 nm, tetapi
panjangnya dapat mencapai beberapa sentimeter. Dengan demikian, DNA tersebut
berbentuk tipis memanjang. Selain itu, DNA merupakan molekul yang relatif kaku
sehingga larutan DNA akan mempunyai viskositas yang tinggi. Karena sifatnya
itulah molekul DNA menjadi sangat rentan terhadap fragmentasi fisik. Hal ini
menimbulkan masalah tersendiri ketika kita hendak melakukan isolasi DNA yang
utuh.
6.
Kerapatan apung
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.
Karena dengan teknik sentrifugasi tersebut
pelet RNA akan berada di dasar tabung dan protein akan mengapung, maka DNA
dapat dimurnikan baik dari RNA maupun dari protein. Selain itu, teknik tersebut
juga berguna untuk keperluan analisis DNA karena kerapatan apung
DNA (ρ) merupakan fungsi linier bagi kandungan GC-nya. Dalam
hal ini, ρ = 1,66 + 0,098% (G + C).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar