Pertemuan14 REAKSI REAKSI SPESIFIK PADA NUKLEOTIDA

REAKSI REAKSI SPESIFIK PADA NUKLEOTIDA

Penamaan molekul asam nukelat didasarkan pada sifat molekulnya yaitu asam dan tempat pertama kali molekul ini ditemukan yaitu di dalam inti sel atau nukleus = nukleat . Nukleotida yang merupakan monomer asam nukleat (building block) memiliki banyak fungsi dalam metabolisme selular. Sebagai konstituen asam nukleat, deoxyribonucleic acid (DNA) dan ribonucleic acid (RNA), nukleotida berfungsi sebagai gudang informasi genetik.

Struktur protein dan metabolisme biomolekul dan komponen selular lainnya merupakan produk informasi yang sudah terprogram dalam nukleotida. RNA juga terdiri atas nukleotida yang memiliki banyak fungsi. Ribosomal RNA (rRNA) adalah komponen ribosom yang bertanggungjawab pada sintesis protein. Massenger RNA (mRNA) merupakan intermediet yang membawa informasi genetik dari suatu gen ke ribosom. Transfer RNA (tRNA) adalah molekul yang menerjemahkan informasi pada mRNA untuk menentukan asam amino spesifik. Selain gudang genetik, nukleotida juga merupakan bagian dari koenzim, donor gugus fosforil (ATP dan GTP), donor gula (UDP dan GDP-gula) atau donor lipid (CDP-asilgliserol). Bentuk energi pada metabolisme tubuh tergantung pada adanya transfer gugus fosforil.

Fungsi dari nukleat

Untuk Menyimpan, mentransmisi dan mentranslasi:

• informasi genetik

• metabolisme antara (intermedier metabolism)

• reaksi-reaksi informasi energi

• koenzim pembawa energi

• koenzim pemindah asam asetat, zat gula, senyawa amino dan biomolekul lainnya

• koenzim reaksi oksidasi reduksi

Nukleotida dan Nukleosida

Nukleotida merupakan nukleosida yang gugus gula pada posisi 5 – nya mengikat gugus fosfat dengan ikatan ester Berdasarkan kandungan gula pentosanya ada 2 jenis nukleotida yaitu:

            1.Nukleotida yang memiliki gugus gula ribosa

            2.Nukleotida yang memiliki gugus gula deoksiribosa

         Kedua jenis nukleotida ini bisa menjadi monomer polymer asam nukleat, RNA dan DNA  Nukleotida memiliki tiga karakteristik komponen yaitu basa nitrogen heterosiklik, gula pentosa dan gugus fosfat. Molekul nukleotida yang gugus fosfatnya mengalami hidrolisis dinamakan dengan nukleosida. Basa dan gula pentosa penyusun nukleotida merupakan bentuk senyawa heterosiklik.

Beberapa nukleotida lain terdapat bebas dan mempuyai fungsi penting dalam sel, yang berperan penting dalam transfer gugus fosfat untuk menerima dan mengantar energi.  misalnya:

1.      Adenosin 5’-monofosfat (AMP),

2.      Adenosin 5’-difosfat (ADP) dan

3.      Adenosin 5’-trifosfat (ATP).

Nukleotida lain yang berbentuk siklik seperti:

        Adenosin 3’-5’- siklik monofosfat (AMP siklik atau cAMP) berperan sebagai kurir sekunder dalam mengendalikan metabolisme hormon adrenalin 

Nukleotida bebas lain adalah: guanosin siklik monofosfat (GMP siklik=cGMP) yang berfungsi sebagai penghambat enzim yang dirangsang oleh cAMP

Anabolisme Asam Nukleat

       Hampir semua organisme mampu mensintesis nukleotida dr prekursor yg lebih sederhana, jalur de novo untuk nukleotida mirip utk setiap organisme.

       Nukleotida juga dapat disintesis dari hasil pemecahan nukleotida yang telah ada  salvage pathway  (recycle) yaitu dari degradasi pirimidin dan purin  dari sel yang mati (regenerasi) atau dari makana.

 Katabolisme Asam Nukleat :

         Asam Nukleat  akan dipecah menjadi molekul-molekul yang lebih kecil oleh berbagai enzim yang terdapat dalam saluran pencernaan .  DNA dan RNA dipecah dalam getah usus oleh enzim polinukleotidase atau fosfodiesterase menjadi mononukleotida.

                              mononukleosidase

Mononukleotida -------------------> Nukleosida  

                           nukleosidase

Nukleosida ---------------------> gula dan basa purin/pirimidin

DEGREDASI NUKLEOTIDA

·         Di dalam usus halus tjd pemutusan ikatan fosfodiester oleh endonuklease (pankreas)  oligonukleotida

·         Dipecah lebih lanjut dg fosfodiesterase (ensim exonuclease non spesifik)  monofosfat

·Dipecah lbh lanjut fosfomonoesterase dikenal sebagai nukleotidase  menghasilkan  nukleosida and orthophosphate.  Nucleosida phosphorylase menghasilkan  basa dan dan ribose-1-phosphate.

·

Jika basa atau nukleosida tidak digunakan kembali utk salvage pathways, basa akan lebih lanjut didegradasi:

 asam urat            ureidopropionat

 (purin)                   (pyrimidine).

Metabolisme DNA dan RNA

Merupakan proses metabolisme informasi, yang berbeda dgn metabolisme-metabolisme yang telah dipelajari sebelumnya: metabolisme intermediate, enzim 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:

·         Replikasi DNA berperan sbg cetakan untuk sintesisnya sdr

Transfer informasi melibatkan pembukaan double helix DNA yang diikuti secara bersamaan dengan pembentukan dua pita baru pasangan dari pita DNA yang lama.

·         Transkripsi  Informasi yang ada pada DNA menentukan RNA yang diproduksi

Suatu proses untuk membaca informasi yang disimpan dalam urutan nukleotida DNA …….RNA

RNA sintesis membutuhkan ensim RNA polimerase

Mekanisme dibagi menjadi 3

Inisiasi

Elongasi

Terminasi

·         Translasi  RNA berperan sbg cetakan untuk sintesis suatu rantai polipeptida ttt

·Translasi  adalah proses membaca kodon dan menggabungkan asam amino yang sesuai bersama-sama dengan ikatan peptida.

·Komponen proses translasi:

-mRNA  consist of genetic code

-Ribosome

-tRNA together with a.a

-Enzymes

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

 Ribonukleosida dan deoksinukleosida dalam sel tidak hanya berbentuk 5’-monofosfat

tetapi juga dapat berbentuk 5’-difosfat dan 5’-trifosfat. Nukleosida 5’-difosfat dan 5’-trifosfat (NDP dan NTP) merupakan asam kuat yang terdisosiasi dengan tiga dan empat proton dari kondensasi gugus fosforik. Oleh karena itu, NDP dan NTP dapat membentuk kompleks divalent dengan Mg2+ dan Ca2+. Dalam sitoplasma, NDP dan NTP ditemukan dalam bentuk kompleks Mg2+. Gugus fosforik dapat mengalami hidrolisis dengan bantuan enzim membentuk molekul fosfat anorganik. ATP adalah salah satu contoh NTP yang memiliki gugus fosfat dan pirofosfat serta berperan pada transfer energi kimia pada reaksi enzimatik. ATP bisa mengalami defosforilasi menjadi ADP, sebaliknya ADP dapat mengalami refosforilasi menjadi ATP pada proses respirasi. Selain sisten ATP-ADP, transfer gugus fosfat pada sel dapat melibatkan GTP, UTP dan CTP. Akan tetapi, sistem GTP, UTP dan CTP hanya berlangsung pada bagian biosintesis spesifik.

DNA dan RNA

a. Ikatan Fosfodiester

Molekul nukleotida akan membentuk asam nukleat dengan membentuk ikatan fosfodiester dimana gugus 5’-fosfat pada unit nukleotida akan berikatan dengan gugus 3’- hidroksil pada unit nukleotida lainnya. Ikatan kovalen pada asam nukleat terdiri atas gugus fosfat dan gula pentosa yang linear dengan basa nitrogen heterosiklik sebagai interval cabangnya. Semua ikatan fosfodiester dapat membentuk rantai panjang yang linear dengan polaritas spesifik pada 5’-end dan 3’-end. Ujung nukleotida yang memiliki posisi 5’ dinamakan 5’-end sedangkan ujung lainnya yang memiliki posisi 3’ dinamakan 3’-end. Berdasarkan konvensi, rantai single asam nukleat selalu digambarkan dengan 5’-end pada kiri dan 3’-end pada kanan sehingga arahnya 5’ ke 3’.

DNA

Suatu organisme menterjemahkan informasi spesifik berupa jenis asam amino yang akan menyusun protein dari nukleotida yang menyusun DNA. Kode pada DNA terdiri dari banyak kombinasi 4jenis basa nitrogen pada nukleotida. Informasi yang diterjemahkan dari DNA akan digunakan pada setiap metabolisme pada organisme. Rantai tunggal DNA selalu memiliki gugus 5’ fosfat bebas pada satu ujung dan gugus 3’ hidroksil pada ujung lainnya. Molekul DNA pada organisme berupa dua rantai doble heliks. Jika suatu rantai DNA memiliki kode GTCCAT maka susunannya adalah 5’ pGpTpCpCpApT – OH 3’. Aturan

Chargaff menyatakan bahwa proporsi A selalu sama dengan T dan proporsi G selalu sama

dengan C (A=T dan G=C) sehingga proporsi purin sama dengan pirimidin.

RNA

Molekul RNA pada sitoplasma yang menjadi template sintesis protein dinamakan dengan messenger RNA (mRNA). Molekul ribosomal RNA (rRNA) berkontribusi pada formasi dan fungsi ribosom sedangkan transfer RNA (tRNA) melakukan translasi informasi RNA menjadi polimer asam amino. RNA juga memiliki struktur sekunder dimana antar basa nitrogen penyusunnya memiliki ikatan hidrogen.

RNA memiliki struktur yang mirip dengan DNA tetapi memiliki dua perbedaan. Pertama, molekul RNA mengandung gula ribosa dimana karbon nomor 2 berikatan dengan gugus hidroksil, sedangkan pada struktur DNA gugus hidroksil tersebut diganti dengan atom hidrogen. Kedua, molekul RNA mengandung basa nitrogen urasil sedangkan DNA.

ATP dan ADP

Pada respirasi selular, glukosa dan molekul organik lainnya dipecah menjadi molekul yang lebih kecil lewat beberapa tahap. Elektron dari senyawa organik biasanya ditransfer ke NAD+ sebagai koenzim. Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD+) akan berfungsi sebagai agen pengoksidasi dengan membentuk Nicotinamide Adenine Dinucleotide Hydrate (NADH).

 Energi yang dihasilkan akan digunakan untuk regenerasi ATP.Adenosine triphosphate (ATP) memiliki struktur adenosin yang terikat dengan tiga gugus fosfat seperti pada Gambar 3.12. Adenosin adalah nukleosida yang mengandung basa nitrogen adenin dan gula pentosa ribosa. Tiga gugus fosfat yang terikat pada gula pentosa dilabeli dengan nama α, β, dan γ. Gugus fosfat tersebut merupakan gugus konstituen yang kaya akan energi. Ikatan energi tinggi fosfoanhidrat jika mengalami hidrolisis akan menghasilkan energi. Energi yang dilepaskan berasal dari perubahan kimia ke tingkat energi yang lebih rendah. Hidrolisis ATP terlibat dalam metabolisme selular seperti mekanika, transport dan kimia.

PERMASALAHAN

1.      Tolong saudara jelaskan perbedaan spesifik antara Nukleotida yang memiliki gugus gula ribosa dengan Nukleotida yang memiliki gugus gula deoksiribosa?

2.      Mengapa Kedua jenis nukleotida tersebut (Nukleotida yang memiliki gugus gula ribosa dengan Nukleotida yang memiliki gugus gula deoksiribosa) bisa menjadi monomer polymer asam nukleat, RNA dan DNA ?

3.      Pada degredasi nukleotida Di dalam usus halus tjd pemutusan ikatan fosfodiester. Jelaskan bagaimana ikatan fosfodiester tersebut?

4.      Jelaskan bagaimana Nukleotida yang berbentuk siklik seperti:  Adenosin 3’-5’- siklik monofosfat (AMP siklik atau cAMP) dapat berperan sebagai kurir sekunder dalam mengendalikan metabolisme hormon adrenalin?