Reaksi-Reaksi Spesifik Pada Nukleotida

Reaksi-Reaksi Spesifik Pada Nukleotida

NUKLEOTIDA

Nukleotida adalah molekul yang tersusun dari gugus basa heterosiklik, gula, dan satu atau lebih gugus fosfat. Basa penyusun nukleotida biasanya adalah berupa purina atau pirimidina sementara gulanya adalah pentosa (ribosa), baik berupa deoksiribosa maupun ribosa.

Nukleotida adalah monomer penyusun RNA, DNA, dan beberapa kofaktor, seperti CoA, FAD, FMN, NAD, dan NADP. Dalam sel, kofaktor ini memainkan peran penting dalam fiksasi energi (misalnya fotosintesis), metabolisme, dan transduksi sinyal seluler.

Nukleotida adalah bahan penyusun dua makromolekul penting (asam nukleat) dalam organisme yang hidup yang disebut DNA dan RNA. Nukleotida adalah bahan genetik dari suatu organisme dan bertanggung jawab untuk meneruskan karakteristik genetik dari generasi ke generasi. Selanjutnya, mereka penting untuk mengendalikan dan menjaga fungsi sel.

Sebuah nukleotida terdiri dari tiga unit. Ada molekul gula pentosa, basa nitrogen, dan gugus fosfat. Menurut jenis molekulnya, gula pentosa, basa nitrogen, dan sejumlah gugus fosfat, berbeda dengan nukleotida. Sebagai contoh, dalam DNA, ada gula deoksiribosa dan RNA, ada gula ribosa. Fosfat terkait dengan gugus -OH gula 5 karbon. Dalam nukleotida DNA dan RNA, biasanya ada satu gugus fosfat.

Namun, dalam ATP, ada tiga gugus fosfat. Keterkaitan antara kelompok fosfat adalah ikatan energi tinggi. Terutama, ada delapan jenis nukleotida dalam DNA dan RNA.

• Deoxy adenosin mono fosfat
• Deoxy guanosin mono fosfat
• Deoxy cytidine mono fosfat
• Deoxy timidin mono fosfat
• Adenosin mono fosfat
• guanosin mono fosfat
• cytidine mono fosfat
• Uridine mono fosfat

Di atas adalah delapan nukleotida tipe dasar. Dan nukleotida lainnya dapat derivatif. Nukleotida dapat dihubungkan satu sama lain untuk membentuk polimer. Keterkaitan ini terjadi antara gugus fosfat dari nukleotida dengan gugus hidroksil dari gula. Dengan membuat semacam ikatan fosfodiester, makromolekul seperti DNA dan RNA terbentuk.

Nukleotida merupakan struktur pembentuk inti sel – DNA dan RNA yang penting untuk perkembangan sel, fungsi-fungsi tubuh dan penggantian jaringan yang rusak. Nukleotida tersebut terdapat di semua sel tubuh. Nukleotida adalah molekul yang tersusun dari gugus basa heterosiklik, gula, dan satu atau lebih gugus fosfat. Basa penyusun nukleotida biasanya adalah berupa purina atau pirimidina sementara gulanya adalah pentosa (ribosa), baik berupa deoksiribosa maupun ribosa.

Nukleotida juga berperan dalam metabolisme sel. Contohnya saja nukleotida jenis Adenosin triposphat, yang merupakan pembawa energi utama ke dalam sel tubuh. Sel tubuh tidak akan berfungsi tanpa nukleotida ini. Nukleotida juga berfungsi untuk membantu sintesa lemak, karbohidrat, dan protein.

Nukleotida secara alami terbentuk didalam tubuh kita. Nuleotida khususnya terdapat di dalam jaringan tubuh yang berganti secara cepat, misalnya: jaringan kulit, sel darah merah dan putih, dan juga dalam sistem kekebalan tubuh.

Tubuh kita dapat membentuk nukleotida ini di dalam hati. Selain itu, kita juga bisa mendapatkannya dari luar tubuh melalui makanan yang kita konsumsi.

Nukleotida tersedia di dalam ASI, zat ini terbukti memberikan banyak manfaat bagi anak anda.

Terdapat 13 jenis nukleotida yang ditemukan di dalam ASI, 5 diantaranya terbukti memiliki fungsi-fungsi fisiologis. 5 Nukleotida tersebut adalah:

1. Sitidin
2. Adenosin
3. Uridin
4. Guanosin
5. Inosin

Nukleotida berperan penting dalan membangun kekebalan tubuh terhadap infeksi.

Hal tersebut merupakan salah satu alasan mengapa anak yang diberikan ASI jarang terkena batuk, pilek, dan berbagai penyakit lain. Nukleotida mencegah infeksi saluran pencernaan. Terjadinya diare pada anak-anak biasanya disebabkan oleh infeksi virus di saluran perncernaan (gastroenteritis). Terkadang diare juga disebabkan oleh bakteri atau parasit. Nukleotida tidak hanya dapat melindungi anak anda dari infeksi saluran cerna yang parah, tapi juga membantu pencegahan dan penyembuhan diare.

DNA

Molekul DNA merupakan molekul double-helix yang memiliki dua untai polinukleutida (double-stranded). Setiap polinukleutida dari DNA terdiri atas nukletida-nukleutida yang dihubungkan oleh ikatan phospodiester. Nukleutida pada molekul DNA mengandung tiga komponen penting, yaitu :

1.)  Gula pentosa yang disebut deoxyribose (gula ribosa yang kehilangan atom oksigen pada atom C nomor 2)

2.)  Gugus fosfat, menyusun struktur nukleutida (nukleusida monofosfat)

3.)  Basa nitrogen berupa basa purin (adenine dan guanin) dan basa pirimidin (timin dan sitosin). Basa adenine dari untai yang satu akan berpasangan dengan basa timin dari untai yang lainnya. Sedangkan basa guanine dari untai yang satu akan berpasangan dengan basa sitosin dari untai lainnya.

Struktur DNA

Nukleutida berdasarkan kandungan basa nitrogen yang menyusunnya dibedakan atas Adenosine monophosphate (AMP), Guanine monophosphate (GMP), Cytidine monophosphate (CMP), Thymidine monophosphate (TMP) dan Uridine monophosphate (UMP).

Struktur nukleutida dapat juga dikatakan tersusun atas gugus fosfat dan nukleusida (gabungan antara gula pentose dan basa nitrogen). Nukleusida-nukleusida tersebut dihubungkan dengan gugus fosfat melalui ikatan glikosidik. Macam-macam nukleusida berdasarkan kandungan basa nitrogen yang menyusunnya dibedakan atas Adenosine (A), Guanosine (G), Cytidine (C), Thymidine (T) dan Uridine (U).

Model Struktur DNA Watson-Crick

Struktur DNA yang sangat kecil dan rumit dapat digambarkan dengan model struktur DNA yang diusulkan oleh Watson James dan Crick Francis. Model struktur DNA tersebut dikenal dengan nama model tangga berpilin (double helix). Kedua untai polinukleutida saling memilin di sepanjang sumbu yang sama. Kedua untai polinukleutida satu sama lain arahnya sejajar tetapi berlawanan arah (antiparalel) basa-basa nitrogen menghadap ke arah sumbu dan masing-masing basa nitrogen berpasangan satu sama lain (antara untai yang satu dengan untai yang lain). Basa Adenin pada satu untai berpasangan dengan basa timin pada untai lainnya, dan basa guanin pada satu untai berpasangan dengan basa sitosin pada untai lainnya. oleh karena itu kedua untai polinukleutida dikatakan komplementer satu sama lain.     Setiap pasangan basa berjarak 3,4 A dengan pasangan basa berikutnya.Tedapat 10 pasangan basa bitrogen di dalam satu kali pilinan (360). Jumlah ikatan hidrogen antara basa nitrogen Adenin dan Timin sebanyak rangkap dua, sedangkan antara basa nitrogen guanosin dan sitosin sebanyak rangkap tiga. oleh karena itu nisbah G+C yang tinggi maka semakin tinggi pula stabilitas molekul DNA gugus fosfat dan gula pentosa terletak di sebelah luar sumbu. Nukleutida-nukleutida penyusun polinukleutida yang berurutan satu sama lain dihubungkan oleh ikatan fosfodiester. ikatan fosfodiester menghubungkan atom C nomor 3′ dengan atom C nomor 5′ pada gula deoksiribosa.

Atom C nomor 3′ di salah satu ujung untai polinukleutida tidak lagi memiliki ikatan fosfodiester, tetapi mengikat gugus OH sehingga ujung 3′ disebut ujung OH. sedangakn di ujung lainnya, yaitu atom C nomor 5′ akan mengikat gugus fosfat, sehingga ujung 5′ disebut ujung P. Arah antiparalel kedua ujung dilihat dari arah ujung 3′ dan ujung 5′. Jika untai yang satu memiliki arah dari ujung 5′ ke 3′, maka untai yang lain (untai komplementernya) memiliki arah dari ujung 3′ ke 5′.

RNA

Molekul RNA merupakan hasil instruksi DNA yang disintesis melalui mekanisme transkripsi DNA untuk selanjutnya ditransfer keluar dari inti sel masuk ke dalam sitoplasma. Molekul RNA memiliki perbedaan yang mendasar dengan molekul DNA, yaitu :

Gula pentosa penyusun nukleutida bukan deoxyribosa seperti yang dimiliki DNA, tetapi berupa gula ribosa.

RNA tidak memiliki basa nitrogen jenis timin, tetapi digantikan dengan basa urasil (U). Ketika suatu untai tunggal RNA akan disintesis melalui mekanisme transkripsi DNA, basa urasil akan dimunculkan sebagai hasil transkripsi (penyalinan) dari basa adenine untai DNA.

Molekul RNA merupakan molekul untai tunggal polinukleutida (single-stranded), tidak seperti DNA yang merupakan molekulk double-stranded (untai ganda).

Struktur RNA

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.

PENAMAAN

Nama-nama nukleotida disingkat menjadi kode empat-huruf standar. Huruf pertama berupa huruf kecil dan menandakan bawa nukleotida yang dipertanyakan adalah sebuah ribonukleotida (r) atau deoxyribonucleotid (d). Huruf ke-2 menandakan nukleosida yang berhubungan dengan nukleobasa:

G: Guanina

A: Adenina

T: Timina

C: Sitosina

U: Urasil biasanya tidak ada dalam DNA, tetapi menggantikan timina pada RNA

Huruf ke-3 dan ke-4 menandakan panjang dari rantai fosfat yang terikat (Mono-, Di-, Tri-) dan keberadaan sebuah fosfat (P).

Sebagai contoh, deoksi-sitidin-trifosfat disingkat sebagai dCTP.

Nukleotida dan Nukleosida

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. Struktur nukleotida dan nukleosida dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Basa nitrogen heterosiklik yang menyusun nukleotida yaitu purin dan pirimidin. Ada

empat basa nitrogen yang merupakan unit pembentuk DNA yaitu adenin (A), guanin (G), sitosin (C) dan timin (T). Sedangkan pembentuk RNA yaitu adenin (A), guanin (G), sitosin (C) dan urasil (U). Adenin dan guanin merupakan basa nitrogen jenis purin sedangkan sitosin, timin dan urasil adalah derivat pirimidin.

Gula pentosa penyusun nukleotida memiliki bentuk furanosa. Dalam nukleotida

penomoran atom karbon pada gula pentosa menggunakan tanda

primer (‘). Gula pentosa penyusun asam nukleat yaitu 2-deoxy-D-ribosa dan D-ribosa.

Basa nitrogen heterosiklik terikat secara kovalen dengan pentosa dalam ikatan N-β-

glikosil. Ikatan N-β-glikosil terjadi antara karbon 1’ pada pentosa dengan nitrogen nomor 1 pada pirimidin dan nitrogen nomor 9 pada purin. Gugus fosfat terikat pada karbon 5’ gula pentosa melalui mekanisme esterifikasi sehingga dinamakan ikatan fosfoester.

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 divalen 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’ menjadi 3’.

DNA

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. Rosalind Franklin membuat struktur tiga dimensi berdasarkan studi X-ray Diffraction yang kemudian diperbaiki oleh James Watson dan Francis Crick. Double heliks terjadi karena adanya ikatan dua basa nitrogen yang ada pada dua rantai membentuk pasangan basa. Molekul dupleks DNA terdiri dari rantai paralel dan antiparalel dimana satu rantai 3’ ke 5’ dan rantai lainnya 5’ ke 3’. Pasangan basa membentuk ikatan planar yang menghasilkan interaksi hidrofobik yang menstabilkan molekul. Model DNA Watson and Crick menyatakan bahwa adenin membentuk dua ikatan hidrogen dengan timin dan guanin membentuk tiga ikatan hidrogen dengan sitosin.

RNA

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 mengandung timin. Jika struktur tiga dimensi DNA adalah double heliks, maka struktur RNA adalah rantai tunggal. RNA dapat dihidrolisis oleh alkali menjadi 2’,3’ diester siklik mononukleotida.

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.

ATP dan ADP

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.

 

PERMASALAHAN :

1.    Apakah hubungan keterkaitan antara DNA dan RNA ?

2.    Jelaskan perbedaan yang signifikan Nukleotida dan Nukleosida !

3.    Apa yang dimaksud dengan kodon dan antikodon? Jelaskan !

4.    Sebutkan beberapa tipe RNA !