dr. Retno Sintowati

Struktur :- Unit monomerik asam

nukleat adalah nukleotida.

- Setiap nukleotida mengandung :

~ sebuah basa nitrogen heterosiklik

~ sebuah gula pentosa

~ sebuah fosfat- Basa nitrogen : ~ purin ( adenin &

guanin ~ pirimidin ( timin &

sitosin )Gula pentosa : ~ D-Ribosa ~ 2-Deoksi ribosa

Nukleosida : basa purin / pirimidin + gula pentosa pada N9 / N1

Contoh nukleosida : Adenosin : Adenin + D- Ribosa pada N9 Guanosin : Guanin + D-Ribosa pada N9 Sitidin : Sitosin + D-Ribosa pada N1 Uridin : Urasil + D-Ribosa pada N1 Timidin

Asam Nukleat : polinukleotida ( polimer dari nukleotida )Ada 2 macam asam nukleat :1. DNA, adalah polimer dari : Asam 2-deoksi Adenilat ( dAMP ) Asam 2-deoksi Guanilat(dGMP) Asam 2-deoksi Sitidilat ( dCMP ) Asam Timidilat ( TMP )2. RNA, adalah polimer dari : Asam Adenilat ( AMP ) Asam Guanilat ( GMP ) Asam Sitidilat ( CMP ) Asam Uridilat ( UMP)

nukleotida.jpg

STRUKTUR DAN FUNGSI:- Merupakan dasar keturunan- Mengandung informasi genetika- Terdiri dari unit monomer : deoksiadenilat, deoksiguanilat,

deoksisitidilat dan timidilat yang dihubungkan oleh jembatan 3’,5’-fosfodiester membentuk polimer

- Info genetika terletak pada urut-urutan basa pada monomernya

- Konsentrasi basa A=T dan G=S- DNA berutas rangkap ( double stranded ), kedua utas

dihubungkan oleh ikatan hidrogen dan terpilin dalam bentuk heliks ganda.

- Kedua utas mempunyai polaritas antiparalel : 3’ ke 5’ dan 5’ ke 3’

- Pasangan nukleotida purin dan pirimidin pada utas yang berlawanan sangat spesifik :

~ A hanya berpasangan dengan T ( 2 ikatan hidrogen )

~ G hanya berpasangan dengan S ( 3 ikatan hidrogen )

Fosfat inorganik berikatan dengan monomer nukleotida, membentuk ikatan fosfodiester antara karbon-3’ sebuah gula dengan karbon-5’ gula berikutnya sepanjang rantai polinukleotida.

- Ikatan hidrogen menstabilkan pasangan basa pada DNA.

- Nukleotida deoksiguanosin dan deoksisitidin disatukan oleh 3 ikatan hidrogen, sedangkan pasangan A-T disatukan oleh 2 ikatan hidrogen.

- Karena interaksi yang saling bersusun ditambah kekuatan 3 ikatan hidrogen, maka daerah-daerah yang kaya akan ikatan G-C jauh lebih resisten/tahan terhadap proses denaturasi / proses “peleburan” daripada daerah yang kaya akan A-T.

- Struktur beruntai ganda DNA dapat dilebur (denaturasi) dengan :

1. Meningkatkan suhu 2. Menurunkan konsentrasi garamDNA yang kaya akan pasangan G-C akan

melebur pada suhu yang lebih tinggi daripada DNA yang kaya pasangan A-T.

Untai DNA berfungsi sebagai cetakan (template). Selama replikasi, untai heliks terpisah di daerah setempat. Masing-masing untai induk berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis untai baru.

Pada satu untai, oksigen dari setiap cincin gula adalah di atas karbon, sehingga karbon 5’ di atas karbon 3’ Untai berjalan dalam arah 5’ ke 3’.

Pada untai yang lain, oksigen dari setiap cincin gula adalah di bawah karbon, sehingga karbon 3’ di atas karbon 5’ Untai berjalan dalam arah 3’ ke 5’.

Jadi untai berjalan dalam arah yang berlawanan antiparalel

Efek alkali pada DNA dan RNA. Untai DNA tetap utuh, tetapi terpisah. Untai RNA mengalami degradasi menjadi nukleotida

Kromatin : kompleks DNA dan protein yang terdapat di inti sel

Jika kromatin diekstraksi dari sel akan tampak seperti manik-manik pada benang manik-manik = inti nukleosom

Kromatin t.d :~ Molekul DNA beruntai ganda

yg sgt panjang~ Histon (massa protein dasar

yg agak kecil, hampir sama besar)

~ Protein nonhiston (jml sedikit, lebih besar dari histon)

~ RNA (sejml kecil)

Ada 5 klp histon :- H1 terikat paling

longgar dg kromatin shg mudah dikeluarkan dg larutan garam.

- H2A, H2B kaya AA Lisin

- H3, H4 kaya Arginin

Inti nukleosom sbg subunit dari kromatin t.d :~ 2 molekul dari

msg-msg klas histon ( H2A, H2B, H3, H4)

~ 140 pasangan basa DNA untai ganda

- DNA yang melingkar membungkus inti nukleosom bersambungan dg inti nukleosom sebelahnya.

- DNA yg menghubungkan inti-inti nukleosom membentuk kompleks dg histon H1.

- Benang-benang nukleosom memilin menjadi kumparan heliks tubuler, disebut struktur solenoid

- Bila dikeluarkan dari kromatin, histon berinteraksi khusus :

H3 & H4 r tetrame (H3-H4)2H2A & H2B dimer (H2A-H2B)

oligomer (H2A-H2B)n- H1 & protein non histon tdk

ikut dlm penyusunan kembali kromatin.

Genom : kandungan genetik total dalam satu sel

Genom haploid ( sel sperma atau sel telur ) tiap sel pada manusia mengandung 3 milyar pasangan basa. (3 x 109) bp

Keseluruhan genom haploid mengandung DNA yg cukup untuk mengkode hampir 1,5 juta pasangan gen.

Genom diploid sel manusia mempunyai : BM : 3 X 10¹², dibagi menjadi 23 ps kromosom.

DNA dari semua 46 kromosom dalam sebuah sel manusia diploid mengandung 6 milyar pasangan basa (3 x 109) bp. Apabila disambung ujung ke ujung akan terentang dg jarak 2 meter.

1 sel: 2m DNA Panjang total DNA: 8 x jarak bumi bulan

STRUKTUR DAN SIFAT KIMIAMrpk polimer dari ribonukleotida purin dan

pirimidin yang dihubungkan oleh ikatan 3’, 5’-fosfodiester

Perbedaan DNA dan RNA :1. Gula DNA : 2-deoksi ribosa RNA : ribosa2. Basa pirimidin DNA : timin RNA : urasil3. Utas DNA : rangkap RNA : tunggal4. RNA kandungan A tidak perlu = U G tidak perlu = C5. RNA dapat dihidrolisa oleh alkali menjadi 2’,3’

siklik diester dari mononukleotida.

Rangkaian ribonukleotida dalam molekul RNA bersifat melengkapi rangkaian deoksiribonukleotida dalam satu utas untai pd molekul DNA.

Untai yang ditranskripsikan ke dalam molekul RNA disebut untai cetakan DNA ( template strand ). Untai DNA yang lain disebut untai pengkode ( coding strand ). Dinamakan untai pengkode karena sama dengan rangkaian transkrip primer yg mengkode protein gen tsb, kecuali T diganti U.

Contoh :Untai DNA : Kode 5’- TGG AAT TGT GAG CGG ATA –3’ Cetakan 3’- ACC TTA ACA CTC GCC TAT – 5’Transkrip RNA : 5’- UGG AAU UGU GAG CGG AUA –

3’

RNA memiliki struktur sekunder dan tersier karena dapat terbentuk pasangan basa di daerah dimana untai tersebut melengkung terhadap dirinya sendiri. Pasangan basanya juga spt DNA, saling melengkapi ( komplementer ) dan antiparalel.

1. Messenger RNA ( mRNA )2. Transfer RNA ( tRNA )3. Ribosomal RNA ( r RNA )

mRNA- Ukuran dan stabilitas paling heterogen- Fungsi sbg duta yg membawa info gen ke

tempat pembuatan protein- Berutas tunggal- mRNA eukariotik memiliki struktur cap di ujung

5’ (ujung tertutup). Cap t.d. :guanosin trifosfat termetilasi yg

melekat ke gugus hidroksil 5’ pada ribosa ujung 5’.Gugus hidroksil 2’ pada ribosa 1 dan 2 juga termetilasi.

- Ujung 3’ mRNA mengikat residu adenilat ( nukleotida adenosin ) yang panjangnya 20-250 nukleotida disebut ekor poli (A)

- Ukuran plg kecil dibanding mRNA dan rRNA- Rata-rata mengandung 80 nukleotida, mpy koefisien sedimentasi 4S- Semua molekul tRNA dapat membentuk struktur mirip daun semanggi- Memiliki urutan CCA di ujung 3’, yaitu tempat melekatnya AA yang dibawa tRNA- Fungsi membawa AA ke ribosom utk bergabung pd posisi sesuai urutan nukleotida mRNA- 1 tRNA untuk 1 AA, shg dalam 1 sel minimal memiliki 20 jenis molekul tRNA

Struktur tRNA

A. Bentuk daun semanggiB. Bentuk lipatan 3 dimensi

- Ribosom : struktur nukleoprotein sitoplasma tmp berlgsgnya sintesis protein dr cetakan mRNA

- Pd ribosom, mRNA & tRNA slg interaksi utk mentranslasi ke dlm molekul spesifik

- Ribosom sitoplasma pd eukariot mengandung 4 jenis rRNA ( 18, 28, 5 dan 5,8S )

- rRNA 18S bergab dg protein ribosomal 40S - rRNA 28, 5 dan 5,8S bergab dg protein

ribosomal 60S - Subunit 40S & 60S bergab ribosom 80S

( dlm sitoplasma ) - Ribosom mitokondria eukariot ( 55S ) lebih

kecil dari ribosom sitoplasma.

Ribosom prokariotik

Ribosom eukariotik

SINTESIS DAN REPLIKASI

Sintesis DNA melalui proses replikasi.

Msg-msg dr kedua untai DNA induk berfungsi sbg cetakan utk sintesis sebuah untai yg bersifat komplementer

bersifat semikonservatif,

yaitu msg-msg untai induk berpasangan dg untai baru membentuk 2 pasang kromosom anak.

Pembukaan rantai indukHelikase membuka

pilinan DNA indukProtein pengikat untai

tunggal mencegah untai-untai bergabung lagi & melindunginya dr enzim pemutus DNA untai tunggal

Topoisomerase memutus dan menyambung untai DNA.

Topoisomerase utama pd bakteri : DNA girase

- Mrp enzim yg mengkatalisis sintesis DNA- E.coli mpy 3 DNA polimerase : Pol I, Pol II, Pol III. Pol III adalah enzim replikatif.- Kerjanya : menyalin untai cetakan DNA dlm arah 3’

ke 5’ menghsl untai baru dlm arah 5’ ke 3’- Deoksiribonukleotida trifosfat sbg prekursor

(substrat) utk penambahan nukleotida ke rantai yg sdg tumbuh.

Nukleotida yg baru masuk : - membtk pasangan basa dg nukleotida

komplementer pd untai cetakan.- Membtk ikatan ester dg gugus 3’ hidroksil bebas

di ujung rantai yg sdg tumbuh.- Pirofosfat dilepaskan + E utk mendorong

polimerisasi

DNA polimerase tdk dpt memulai sintesis untai baru.

Utk inisiasi diperlukan Primer RNA (oligonukleotida / RNA yg pendek t.d 10-200 nukleotida ).

Primer disintesis oleh RNA polimerase (Primase) dlm arah 5’ ke 3’ yg menyalin untai cetakan DNA.

Sintesis DNA di Garpu ReplikasiKedua untai induk disalin pd wkt yg sama dlm arah

garpu replikasi, sdg DNA polimerase menghsl rantai hanya dlm arah 5’ ke 3’. Shg sintesis hrs berlangsung dr 5’ ke 3’ menuju garpu pd 1 untai dan dr 5’ ke 3’ menjauhi garpu pd untai satunya.

OKAZAKI membuktikan :Sintesis pd 1 untai ( untai pendahulu = leading

strand ) secara kontinu dlm arah 5’ ke 3’ menuju garpu.

Untai yg lain ( disebut untai tertinggal = lagging strand ) disintesis secara diskontinu dlm fragmen pendek.

Fragmen ini disbt fragmen Okazaki, dibtk dlm arah 5’ ke 3’ (menjauhi garpu), tp kmdn disatukan shg secara keseluruhan sintesis berlangsung menuju garpu replikasi.

Pjg fragmen Okazaki pd E. coli : 1000-2000 nukleotida

Fungsi DNA Ligase :Pol I mengeluarkan primer RNA, kmd mengisi celah

yg kosong. DNA ligase menyatukan 2 rantai polinukleotida gugus 3’hidroksil di ujung fragmen diligasi ke gugus fosfat di ujung 5’ fragmen berikutnya.

Proses replikasi pd eukariot serupa dg pd prokariot, hy berbeda pd jml DNA eukariotik >1000 x DNA E.coli & hub DNA dg histon dlm nukleosom.

Siklus Sel EukariotikT.d 4 fase : G1, S, dan G2 menghabiskan sebag bsr

wkt, aktifitas metabolik normal. Fase M sgt singkat.G1 (fase gap/celah I) : persiapan utk duplikasi

kromosomS : DNA bereplikasi, garpu replikasi majunukleosom

terurai, sintesis histon & protein lain >>, duplikasi kromosom, nukleosom terbtk cepat di blkg garpu.

G2 ( fase gap II) : persiapan membelah, sintesis tubulin

M : mitosis

Kromosom eukariot mpy banyak titik awal replikasi (point of origin)

Di titik awal muncul gelembung sintesis dlm 2 arah cepat selesai.

Fase S selesai dlm 10-14 jam

Ada 5 DNA polimerase pd eukariotik : α, β, γ, δ, ε.

Pol α & δ enzim primer dlm replikasiPol α menghsl untai yg tertinggal (diskontinu) memiliki aktifitas primase (primer

RNA Frag.Okazaki)Pol δ menghsl untai pendahulu yg kontinu mpy helikase (m’buka pilinan DNA

induk)F.O eukariotik lebih pendek ( ± 200 nukleotida )Pol α, β, ε berperan dlm perbaikan DNAPol γ dlm mitokondria ( replikasi DNA

mitokondria )

Spesies agar bisa hidup terus harus bisa memperbaiki kerusakan DNA yg disebabkan kesalahan replikasi dan gangguan sekitar. Ketepatan replikasi terletak pada pasangan spesifik basa nukleotida.

Jenis-jenis kerusakan DNA :I. Pengubahan basa tunggal a. Depurinasi b. Deaminasi sitosin menjadi urasil c. Deaminasi adenin menjadi hipoxantin d. Alkilasi basa e. Insersi / delesi nukleotida f. Penyatuan analog basa

II. Pengubahan dua basa : a. Dimer timin yg diinduksi oleh sinar UV b. Pertalian silang zat alkilasi bifungsionalIII. Pemutusan rantai : a. Radiasi pengion (mis. Sinar X) b. Disintegrasi radioaktif unsur tulang

punggungIV. Pertalian silang : a. Antar basa dlm untai yg sama atau

berlawanan b. Antara DNA dg molekul protein (mis.

Histon) .

Mutagen : agen yg merusak DNA shg tjd mutasi dan merusak sel.

Karsinogen : mutagen yg menyebabkan sel normal mjd sel kanker.

Kerusakan DNA dpt disebabkan radiasi/zat kimia.

Mekanisme Reparasi1. Pembelahan langsung dimer timin oleh

enzim fotoreaktif ( photoliase ) yg memutus ikatan antara basa-basa dg E dr sinar UV.

2. Nukleotida tidak dikeluarkan dari DNA yg rusak.Pembuangan basa yang berubah memerlukan insisi, eksisi, perbaikan replikasi dan ligasi.

3. DNA yang rusak direplikasi perbaikan sesudah replikasi.

Penyakit karena kelainan kemampuan reparasi DNA a.l :

- Xeroderma pigmentosum : sgt sensitif thd SM/UV kanker kulit multipel kematian dini. Autosomal resesif.

- Ataksia teleangiektasia : ataksia serebral, neoplasma limforetikuler, autosomal resesif.

- Anemia Fanconi : peningkataan frekuensi kanker, ketidakstabilan kromosom, autosomal resesif

SINTESIS RNASintesis RNA dari model pembentuk DNARangkaian mol RNA merupakan

komplemen dari utas sense DNA tetapi T diganti U

Yang berperan dalam Sintesis RNA -E : RNA polimerase-σ : faktor sigma :faktor protein yang

spesifik-ρ : faktor RHO :faktor pengakhiran

Sebagian besar mol RNA yang ditranskripsi mengalami modifikasi dan pengolahan sebelum berfungsi pada sintesis protein.

Pengolahan terjadi dalam inti dan setelah transportasi dari inti ke sitoplasma.

Pengolahan meliputi :- -reaksi nukleolitik - -ligasi - -penambahan terminal pada nukleotida- -modifikasi nukleosida

Merupakan pra zat mRNA.Mrp RNA nukleus, mpy ukuran sgt

heterogen dan cukup besar disbt heterogenous nuclear RNA

Mengandung ekor poli A pada terminal 3’ dan diikatkan dalam inti

Banyak mol mRNA tidak mengandung ekor poli A

Tidak semua mRNA mamalia mempunyai struktur penutup pada terminal 5’ dan ekor poli A pada terminal 3’

Struktur penutup dibentuk dalam inti sebelum transpor ke sitoplasma.

Ekor poli A ditambah dalam inti atau dalam sitoplasma.

Fungsi struktur penutup diduga membantu mengenal tempat yang cocok pada model pembentuk mRNA untuk mulai sintesis protein.

Molekul tRNA ditranskripsi mengalami pengolahan nukleolitik oleh ribonuklease.

Modifikasi molekul tRNA- Metilasi nukleosida- Penyusunan kembali untuk fungsi normal- Pelipatan yang cocok untuk menghasilkan

sifat berutas rangkap parsial- Pengikatan terminal CCA yang khas pada

ujung 3’

Dalam sel mamalia 2 mol r RNA besar dan satu mol r RNA kecil ditranskripsi dari 1 mol pra zat besar.

Pra zat diolah dalam nukleolus untuk menyediakan ribosom untuk sitoplasma. Gen r RNA mamalia terletak dalam nukleoli.

Gen rRNA ditranskripsi sebagai unit- unit yang mengandung suatu RNA ribosom : 18S, 5S, 5,8S dan 28S.

Banyak antibiotik dan analog nukleotida menghambat sintesis DNA dan RNA.

Dipakai secara eksperimen dan klinis untuk pengobatan penyakit-penyakit ganas.

Mrp enzim yg mampu mendegradasi asam nukleat, t.d :

- Deoksiribonuklease : degradasi DNA-- Ribonuklease : degradasi RNA- Endonuklease : membelah ikatan

fosfodiester shg menghsl terminal 3’ hidroksil dan 5’ fosforil atau 5’ hidroksil dan 3’ fosforil.

- Eksonuklease : nuklease yg mampu menghidrolisa nukleotida hanya bila tdp pd terminal molekul

Fungsi genetik DNA ada 2 :1. Replikasi diri shg informasi dlm struktur

primer dpt diteruskan secara benar kepada sel anaknya.

2. Informasi harus diekspresikan melalui RNA yg bertindak sbg cetakan untuk sintesis protein.

Transkripsi : pemindahan informasi menggunakan bahasa 4 aksara asam nukleat (A,T,G,C). Satu utas DNA sbg cetakan sintesis RNA (komplementer) mRNA

Translasi : menterjemahkan bahasa 4 aksara asam nukleat ke dlm bahasa 20 aksara asam amino yg menyusun protein.

Translasi selalu satu arahMutasi : perubahan / modifikasi pada

urutan DNA shg protein yg dihasilkan tidak/kurang berfungsi.

Transisi : penggantian purin dengan purin lain atau pirimidin dengan pirimidin lain.

Transversi : perubahan dari purin ke pirimidin atau sebaliknya.