ASAM NUKLEAT SEJARAH PENEMUAN ASAM NUKLEAT 1879 Albrecht

ASAM NUKLEAT

SEJARAH PENEMUAN ASAM NUKLEAT 1879, Albrecht Kossel menemukan asam nukleat yang tersusun oleh suatu gugus gula, gugus fosfat, dan gugus basa

GULA RIBOSA • Gula pada asam nukleat adalah ribosa. • Ribosa (b-D-furanosa) adalah gula pentosa (jumlah karbon 5). • Perhatikan penomoran. • Dalam penulisan diberi tanda prime(') untuk membedakan penomoran pada basa nitrogen 5 4 1 3 2

PERHATIKAN • Ikatan gula ribosa dengan basa nitrogen (pada atom karbon nomor 1). • Ikatan gula ribosa dengan gugus fosfat (pada atom karbon nomor 5). • Gugus hidroksil pada atom karbon nomor 2

BASA NITROGEN • Basa nitrogen berikatan dengan ikatan-b pada atom karbon nomor 1' 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

BASA-BASA DALAM ASAM NUKLEAT

GUGUS FOSFAT Nukleosida (Gula Ribosa yang berikatan dengan basa nitrogen) + satu atau lebih gugus fosforil disebut nukleotida.

RIBONUKLEOTIDA • Gula ribosa yang berikatan dengan basa nitrogen (dalam contoh di samping adalah suatu pirimidin, urasil dan sitosin) pada atom karbon nomor 1‘nya disebut ribonukleosida (dalam contoh di samping adalah uridin dan sitidin). • Ribonukleosida yang terfosforilasi pada atom karbon nomor 5‘nya disebut ribonukleotida (dalam contoh di • Penyampaian ribonukleotida samping adalah uridilat atau biasana dalam bentuk singkatan sitidilat) (misalnya) U, atau UMP (uridin monofosfat)

RIBONUKLEOTIDA UTAMA Perhatikan atom N 9 (pada purin) dan N 1 (pada pirimidin) yang berikatan dengan atom C nomor 1’ dari ribosa

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

KERAGAMAN JUMLAH FOSFAT 2 1 3 Nucleosida mono-, di-, dan trifosfat

ASAM NUKLEAT 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.

KERANGKA GULA-FOSFAT • 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' • Perhatikan bahwa kerangka dasar polinukleotida memiliki muatan negatif.

BASA NITROGEN DAPAT BERPOSISI SYN- ATAU ANTI-

KONFORMASI KERANGKA DASAR GULA-FOSFAT • Polinukleotida memiliki kebebasan berotasi tak terbatas, kecuali pada kerangka cincin ribosanya.

NUKLEOTIDA DAN ASAM NUKLEAT Ribonukleotida adalah penyusun RNA Ribonukleotida RNA

KOMPOSISI BASA PENYUSUN ASAM NUKLEAT Organisme A G C T Escherichia coli 24, 7 26, 0 25, 7 23, 6 Khamir 31, 3 18, 7 17, 1 32, 9 Gandum 27, 3 22, 7 22, 8 27, 1 Salmon 29, 7 20, 8 20, 4 29, 1 Ayam 28, 8 20, 5 21, 5 29, 3

HASIL PENELITIAN CHARGAFF 1. 2. 3. 4. Asam nukleat yang diisolasi dari berbagai jaringan organisme yang sama memiliki komposisi basa yang sama Komposisi basa Asam nukleat beragam pada organisme yang berbeda Komposisi basa Asam nukleat suatu spesies tidak berubah oleh umur, nutrisi, dan lingkungan Jumlah residu adenin selalu setara dengan jumlah residu timin, sedangkan jumlah residu guaninn selalu setara dengan jumlah residu sitosin

KESIMPULAN PENELITIAN CHARGAFF Asam nukleat merupakan bahan penentu sifat mahluk hidup n Asam nukleat diturunkan/ditransfer dari induk ke keturunannya n

MASALAH RNA: KETIDAKSTABILAN n DNA, yang memiliki H sebagai pengganti OH di atom C nomor 2’, lebih stabil

RIBOSA vs 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). • Penggantian –OH oleh H di atom C nomor 2 mempengaruhi struktur! DNA RNA

DEOKSIRIBONUKLEOTIDA – PENYUSUN DNA • Gula 2'-deoksiribosa yang berikatan dengan basa nitrogen (dalam contoh di samping adalah purin - adenin dan guanin) pada atom karbon nomor 1‘nya disebut deoksiribonukleosida (dalam contoh di samping adalah deoksiadenosin dan deoksiguanosine). • Deoksiribonukleosida yang terfosforilasi pada atom karbon nomor 5‘nya disebut Deoksiribonukleotida (dalam contoh di samping adalah deoksiadenilat dan deoksiguanilat). Penyampaian Deoksiribonukleotida biasanya dalam bentuk singkatan (misalnya) A, atau d. A (deoksi. A), atau d. AMP (deoksiadenosin monofosfat)

DEOKSIRIBONUKLEOTIDA UTAMA

PENAMAAN NUKLEOTIDA (1)

PENAMAAN NUKLEOTIDA (2)

ASAM NUKLEAT 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.

IKATAN HIDROGEN ANTAR RANGKAIAN BASA DNA Watson-Crick base pairing

NUKLEOTIDA DAN ASAM NUKLEAT Deoksiribonukleotida adalah penyusun DNA H Deoksiribonukleotida DNA

STRUKTUR DNA • 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 berselangseling antara gugus deoksiribosa dan fosfat terletak di bagian luar. • Ikatan hidrogen antara basa purin dan pirimidin terletak d bagian dalam.

RANGKAIAN BENANG DNA • 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.

n seperti halnya protein, asam nukleat juga mempunyai struktur primer, sekunder dan tersier u asam nukleat mempunyai arah sense - Mempunyai individualitas ditentukan dari urutan basa nitrogennya disebut sebagai struktur primer - Informasi genetik ada pada struktur primer A C 3’ G 3’ P P 5’ T 3’ P 5’ C P 5’ ACGTC 3’ OH 5’

Struktur sekunder n Double helix u Watson n Crick menjawab struktur 3 D DNA dgn Xray diffraction pattern : hsl penelitian Rosalind Franklin u Mampu menyimpulkan bahwa : t mempunyai struktur double helix t dengan 10 basa setiap putaran t putaran 360 , t basa Nitrogen A-T , G – C t cekukan mayor and minor t double helix memutar ke kanan t self replication

Semikonservatif pd Replikasi DNA Mekanisme pengkopian DNA melibatkan pembukaan double helix Setiap rantai menjadi pola / templat untuk pita baru Semi konservatif apa beda dengan konservatif dan dispersive?

X-ray diffraction : ada 2 macam n Yg telah diterjemahkan struktur 3 D nya : B form n Bentuk yang umum adalah B form n A form RNA double helix u Gugus OH pd RNA tidak memungkinkan melipat lebih dekat membentuk A form yang lebih lebar n

Dalam kondisi normal (kondisi fisiologis) DNA relatif stabil Kadang menjadi tidak stabil krn proses 2 replikasi, transkripsi

n Disosiasi double helix DNA denaturasi u apabila DNA dipanaskan diatas melting temperaturnya (Tm) maka double helix akan terbuka u Tm tergantung pada rasio (G+C)/(A+T) u G/C content dapat dihitung dengan (G+C) / (Total Basa N) x 100%

RNA Ada 4 mcm n n n Hn RNA m. RNA r. RNA t. RNA sn. RNA

n n n hn. RNA heterogeonous nuclear RNA merupakan hasil transkripsi langsung dr DNA m. RNA u telah mengalami proses posttranskripsi menghilangkan intron informasi genetik dlm btk codon (urutan 3 nukleotida) r. RNA u Komponen ribosom dimana translasi berlangsung t. RNA u Menerjemahkan kode genetik u Menghubungkan antara asam nukleat dengan asam amino protein sn. RNA u Small nuclear RNA membantu proses splicing dalam post transkripsi proses

Transfer RNA (t. RNA) composed of a nucleic acid and a specific amino acid provide the link between the nucleic acid sequence of m. RNA and the amino acid sequence it codes for. An anticodon a sequence of 3 nucleotides in a t. RNA that is complementary to a codon of m. RNA Structure of t. RNAs

Fungsi biologis n n DNA sebagai pembawa informasi genetik u DNA komponen dr kromosom Fungsi yang lain: u Nukleotida sbg pembawa energi u Nukleotida sebagi koensim u enzim

DIMANA ASAM NUKLEAT BERPERAN? • DNA mengandung gen, informasi yang mengatur sintesis protein dan RNA. • DNA mengandung bagian-bagian yang menentukan pengaturan ekspresi gen (promoter, operator, dll. ) • Ribosomal RNA (r. RNA) merupakan komponen dari ribosom, mesin biologis pembuat protein • Messenger RNAs (m. RNA) merupakan bahan pembawa informasi genetik dari gen ke ribosom • Transfer RNAs (t. RNAs) merupakan bahan yang menterjemahkan informasi dalam m. RNA menjadi urutan asam amino • RNAs memiliki fungsi-fungsi yang lain, di antaranya fungsi-fungsi katalis

Metabolisme Asam Nukleat

n n Merupakan proses metabolisme informasi, yang berbeda dgn metabolisme-metabolisme yang telah dipelajari sebelumnya: metabolisme intermediate ensim berperanan dlm setiap reaksi yg terjadi. Proses perlekatan substrat dan menghasilkan produk Metabolisme informasi ada cetakan yang perlu diterjemahkan menjadi produk. Cetakan DNA atau RNA, proses juga melibatkan berbagai enzim

Proses utama dlm metabolisme informasi: 1. Replikasi DNA berperan sbg cetakan untuk sintesisnya sdr 2. Transkripsi Informasi yang ada pada DNA menentukan RNA yang diproduksi 3. Translasi RNA berperan sbg cetakan untuk sintesis suatu rantai polipeptida ttt

n n n Replikasi dan transkripsi hanya menggunakan 4 nukleotida Translasi mengubah bahasa nukleotida yg terdiri dari 4 nukleotida menjadi bahasa protein yang terdiri dari 20 huruf asam amino Persamaan replikasi, transkripsi dan translasi membutuhkan cetakan proses terdiri dari inisiasi, elongasi dan terminasi

Replikasi Secara konsep sederhana Proses mekanismenya komplek Kesederhanaannya krn konsep dr Watson & Crick Transfer informasi melibatkan pembukaan double helix DNA yang diikuti secara bersamaan dengan pembentukan dua pita baru pasangan dari pita DNA yang lama

• Replikasi dimulai pada suatu lokasi tertentu • arah dari replikasi tidak semuanya sama • Sintesis DNA selalu dengan arah 5’ 3” • leading strand disintesis secara kontinyu • langging strand disintesis secara diskontinyu okzaki fragment

Proses inisiasi replikasi DNA Urutan nukleotida yang secara spesifik terikat pada protein inisiasi n Mekanisme untuk mensintesi primer RNA dpt dielongasi oleh DNA polimerase n Inisiasi DNA replikasi pada E coli Ori C n

n n n Helicase membuka double helix DNA Primase mensintesis primer RNA Topoisomerase melepaskan torsi krn proses membukanya DNA polymerase dimer, melakukan elongasi baik pd lagging dan leading strand Sliding clamp memegang rantai polipeptida baru dengan cetakannya Single strand DNA binding Protein SSBP menstabilkan cetakan DNA memfasilitasi pengikatan nukleotida baru

n DNA polimerasi I menghilangkan RNA primer yang melekat pada lagging strand DNA dan mengganti dgn DNA, n DNA Ligase menyambung DNA antara okazaki fragment satu dgn yg lain

DNA polimerase n n n Pada sel bakteri dikenal ada 3 macam DNA polimerase I, II dan III DNA polimerase I mempunyai aktivitas eksonuklease proof reading

Transkripsi DNA n n n Suatu proses untuk membaca informasi yang disimpan dalam urutan nukleotida DNA RNA sintesis membutuhkan ensim RNA polimerase Mekanisme dibagi menjadi 3 u Inisiasi u Elongasi u Terminasi

Translasi DNA n n Translation adalah proses membaca kodon dan menggabungkan asam amino yang sesuai bersama-sama dengan ikatan peptida. Komponen proses translasi 1. m. RNA consist of genetic code 2. Ribosome 3. t. RNA together with a. a 4. Enzymes

Translation process consists of 3 main stages • Initiation • Elongation • Termination Initiation Activation of amino acids for incorporation into proteins.

Activation of amino acids for incorporation into proteins.

Genetic code 3 nucleotides - codon – mengkode untuk 1 asam amino dlm suatu protein Codon urutan 3 nukleotida dalam m. RNA yang menspesifikasikan penggabungan suata asam amino ttt mjd protein. The relationship between codons and the amino acids they code for is called the genetic code.

Not all codons are used with equal frequency. There is a considerable amount of variation in the patterns of codon usage between different organisms.

Relationships of DNA to m. RNA to polypeptide chain.

Translation is accomplished by the anticodon loop of t. RNA forming base pairs with the codon of m. RNA in ribosomes

Transfer RNA (t. RNA) composed of a nucleic acid and a specific amino acid provide the link between the nucleic acid sequence of m. RNA and the amino acid sequence it codes for. An anticodon a sequence of 3 nucleotides in a t. RNA that is complementary to a codon of m. RNA Structure of t. RNAs

Only t. RNAf. Met is accepted to form Twothe initiation factors complex. (IF 1 &IF 3) bind to a 70 S Allribosome. further charged t. RNAs require promote fully assembled the dissociation (i. e. , 70 S) ribosomes of 70 S ribosomes into free 30 S and 50 S subunits. The Shine-Dalgarno sequence help ribosomes m. RNA and IF 2, which carries and - GTP m. RNA aligns correctly for the start of translation. - the charged t. RNA bind toconsists a free 30 S Ribosome of subunit. - A site After these aminoacyl have all - bound, P site the peptidyl 30 S initiation - complex E site is exit complete.

Peptide bond formation catalyzed by an enzyme complex called peptidyltransferase Peptidyltransferase consists of some ribosomal proteins and the ribosomal RNA acts as a ribozyme. The process is repeated until a termination signal is reached.

Termination of translation occurs when one of the stop codons (UAA, UAG, or UGA) appears in the A site of the ribosome. No t. RNAs correspond to those sequences, so no t. RNA is bound during termination. Proteins called release factors participate in termination

Terima Kasih