Asam nuklat merupakan persenyawaan yang ada pada protoplasma yang fungsinya mensintesis atau mengontrol biosintesis dan membawa informasi genetika.
Asam nukleat merupakan polimer dari nukleotida:
1. Fosfat
2. gula pentosa
3. Basa organic
Asam nukleat terdiri dari 2 tipe, yaitu:
1. Asam deoksiribonukleat (ADN) atau deoxyribonukleat acid (DNA)
2. Asam ribonukleat (ARN) atau ribonucleic acid (RNA)
B. Struktur Kimia DNA dan RNA
1. Struktur 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 :
- Gula 5 karbon (2-deoksiribosa)
- 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) - gugus fosfat
Berikut susunan struktur kimia komponen penyusun DNA:
Baik purin ataupun pirimidin yang berkaitan dengan deoksiribosa membentuk suatu molekul yang dinamakan nukleosida atau deoksiribonukleosida yang merupakan prekursor elementer untuk sintesis DNA. Prekursor merupakan suatu unsur awal pembentukan senyawa deoksiribonukleosida yang berkaitan dengan gugus fosfat.DNA tersusun dari empat jenis monomer nukleotida.
Keempat basa nitrogen nukleotida di dalam DNA tidak berjumlah sama rata. Akan tetapi, pada setiap molekul DNA, jumlah adenin (A) selalu sama dengan jumlah timin (T). Demikian pula jumlah guanin (G) dengan sitisin(C) selalu sama. Fenomena ini dinamakan ketentuan Chargaff. Adenin (A) selalu berpasangan dengan timin (T) dan membentuk dua ikatan hidrogen (A=T), sedagkan sitosin (C) selalu berpasangan dengan guanin (G) dan membentuk 3 ikatan hirogen (C = G).
Stabilitas DNA heliks ganda ditentukan oleh susunan basa dan ikatan hidrogen yang terbentuk sepanjang rantai tersebut.karean perubahan jumlah hidrogen ini, tidak mengehrankan bahwa ikatan C=G memerlukan tenaga yang lebih besar untuk memisahkannya.
DNA merupakan makromolekul yang struktur primernya adalah polinukleotida rantai rangkap berpilin. Sturktur ini diibaratkan sebagai sebuah tangga.Anak tangganya adalah susunan basa nitrogen, dengan ikatan A-T dan G-C. Kedua “tulang punggung tangganya” adalah gula ribosa. Antara mononukleotida satu dengan yang lainnya berhubungan secara kimia melalui ikatan fosfodiester. DNA heliks ganda yang panjangnya juga memiliki suatu polaritas. Polaritas heliks ganda berlawanan orientasi satu sama lain. Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk heliks ganda berjajar secara antipararel. Jika digambarkan sebagai berikut :
2. Struktur RNA
RNA ( ribonucleic acid ) atau asam ribonukleat merupakan makromolekul yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetic. 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 tungga polinukleotida. Setiap ribonukleotida terdiri dari tiga gugus molekul, yaitu :
- 5 karbon
- basa nitrogen yang terdiri dari golongan purin (yang sama dengan DNA) dan golongan pirimidin yang berbeda yaitu sitosin (C) dan Urasil (U)
- 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
RNA terdiri dari tiga tipe, yaitu mRNA ( messenger RNA ) atau RNAd ( RNA duta ), tRNA ( transfer RNA ) atau RNAt ( RNA transfer ), dan rRNA ( ribosomal RNA ) atau RNAr ( RNA ribosomal ):
• RNAd
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.
• RNAr
RNAr merupakan komponen struktural yang utama di dalam ribosom.Setiap subunit ribosom terdiri dari 30 – 46% molekul RNAr dan 70 – 80% protein.
• RNAt
RNAt merupakan RNA yang membawa asam amino satu per satu ke ribosom.Pada salah satu ujung RNAt terdapat tiga rangkaian baa 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.
C. Model DNA
1. Anatomi DNA
DNA (deoxyribose nucleic acid) merupakan komponen penyusun kehidupan. Ia terdapat pada semua organisme hidup dari mulai bakteri terkecil sampai ikan paus raksasa. Molekul ini tidak hanya menentukan sifat fisik, seperti warna rambut dan warna mata, tapi juga kemungkinan penyakit yang dimiliki. DNA adalah material pembawa sifat yang dapat ditemukan pada sel. Ia menyediakan instruksi untuk membuat, menjaga, dan mengatur kerja sel dan organisme.
a. Penyusun Utama DNA
Sesuai dengan namanya, DNA, Deoxyribose Nucleic Acid. Penyusun utama DNA adalah gula ribose yang kehilangan satu atom oksigen (deoksiribose).
Gambar Perbedaan Ribose dan Deoksiribose
Perhatikan gambar di atas, pada deoksiribose, satu atom oksigen pada salah satu atom C ribose hilang.
Tiap pita/rantai double helix terbuat dari unit-unit berulang yang disebut nukleotida. Satu nukleotida terdiri dari tiga gugus fungsi; satu gula ribose, triphosphate, dan satu basa nitrogen.
Gambar Nukleotida
Satu hal yang perlu diingat adalah posisi triphosphate dan basa nitrogen yang terikat pada ribosa. Gugus triphosphat terikat pada atom C no 5′ dari ribosa (Lihat gambar di atas). Gugus triphosphate ini hanya dimiliki oleh nukleotida bebas. Sedangkan nukleotida yang terikat pada rantai DNA kehilangan dua dari gugus phosphate ini, sehingga hanya satu phosphate yang masih tertinggal.
Ketika nukleotida bergabung menjadi DNA, nukleotida-nukleotida tersebut dihubungkan oleh ikatan phosphodiester. Ikatan kovalen yang terjadi antara gugus phosphate pada satu nukleotida, dengan gugus OH pada nukleotida lainnya. Sehingga setiap rantai DNA akan mempunyai ‘backbone’ phosphate-ribosa-phosphate-ribosa-phosphate dan seterusnya.
Gambar Struktur DNA Sederhana
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa ‘backbone’ DNA akan mempunyai ujung 5′ (dengan phosphate bebas yang terikat), dan ujung 3′ (dengan gugus OH bebas). Pada gambar tersebut, tiap-tiap nukleotida dibuat berbeda warna agar lebih jelas.
b. Basa Nitrogen Pada DNA
Pada struktur DNA, gula ribosa dan gugus phosphate yang terikat adalah sama. Yang berbeda hanyalah pada basa nitrogen. Jadi sebetulnya perbedaan disebabkan oleh variasi susunan dari basa-basa nitrogen yang terdapat pada rantai DNA. Ada empat macam basa nitrogen. Adenin, Cytosine, Guainne, dan Thymine.
Gambar Basa Nitrogen
Ketika basa-basa nitrogen tersebut terikat dalam nukleotida, maka penamaan-pun berubah. Ingat kembali penjelasan di awal tentang nukelotida. Nukleotida terdiri dari gugus triphosphate dan satu basa nitrogen yang terikat pada satu molekul ribose. Nah.. basa-basa nitrogen ini apabila terikat pada ribose membentuk nukleotida maka penamaannya-pun berubah.
Adenin menjadi 2′deoxyadenosine triphosphate, cytosin menjadi 2′deoxycytidine triphosphate, guainne menjadi 2′deoxyguanosine triphosphate, dan Thymine menjadi 2′deoxythymidine triphosphate. Disingkat menjadi A, C, G, dan T.
Perhatikan bahwa ada dua pasang basa yang mirip. A dan G sama-sama mempunyai dua cincin karbon-nitrogen, disebut golongan purine. Sedangkan C dan T hanya mempunyai satu cincin karbon-nitrogen, masuk golongan pirimidin.
c. Penyebab Bentuk DNA Double Helix
Gambar Ikatan Hidrogen Antara Basa-Basa Nitrogen
Interaksi ikatan hidrogen antara masing-masing basa nitrogen menyebabkan bentuk dari dua rantai DNA menjadi sedemikian rupa, bentuk ini disebut double helix. Interaksi spesifik ini terjadi antara basa A dengan T, dan C dengan G. Sehingga jika double helix dibayang kan sebagai sebuah tangga spiral, maka ikatan basa-basa ini sebagai anak tangga-nya. Lebar dari ‘anak tangga’ adalah sama, karena pasangan basa selalu terdiri dari satu primidin dan satu purin.
Gambar Struktur DNA Double Helix lengkap
DNA dapat mengalami kerusakan, biasa disebut mutasi. Zat yang menyebabkan kerusakan pada DNA disebut mutagen, yang akan merubah susunan dan keteraturan dari DNA. Mutagen bisa berupa oksidator kuat, alkylating agen, dan juga radiasi elektromagnetik seperti sinar UV, dan sinar X. Tipe kerusakan tergantung dari jenis mutagen. Makhluk hidup yang mengalami mutasi bisa mengalami kematian dan bisa juga bertahan hidup, yang biasa dikenal dengan istilah mutan.
2. Fleksibilitas Struktur Heliks Ganda DNA
Model struktur fisik molekul DNA pertama kali diajukan pada tahun 1953 oleh J. D Watson dan F. H. C. Crick seperti yang terlihat pada gambar 1. A di bawah ini:
Gambar Struktur double helix DNA
Gambar di atas memiliki beberapa karakteristik seperti memiliki bentuk tangga berpilin (double helix) dengan diameter sebesar 2,37 nm, jarak antara dua pasangan basa berurutan adalah 0,34 nm. Sementara itu, di dalam setiap putaran spiral terdapat 10 pasangan basa sehingga jarak antara dua basa yang tegak lurus di dalam masing-masing rantai adalah 3,4 nm.
Model tangga berpilin ini 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 nitrogen menghadap ke arah dalam sumbu pilinan dengan susunan yang sangat khas sebagai pasangan-pasangan basa antara kedua rantai membentuk ikatan hidrogen.
DNA yang dominan ditemukan dalam setiap sel hidup berupa DNA dengan tipe B atau yang sesuai dengan model asli Watson dan Crick. Terdapat banyak variasi dari double helix DNA dimana pada tipe variasi tersebut terdapat banyak perbedaan. Di bawah ini terdapat gambar dari bermacam variasi bentuk DNA.
Gambar struktur variasi model DNA(Keterangan gambar : DNA-B (kiri), DNA-A (tengah), DNA-Z (kanan))
Perbedaan konformasi dan ciri-ciri ketiga double helix DNA di atas dapat tersaji dalam tabel di bawah ini:
Bermacam-macam bentuk DNA di atas sifatnya fleksibel, artinya dapat berubah dari satu ke yang lainnya bergantung kepada kondisi lingkungannya.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar