8th: Reaksi-Reaksi Spesifik Pada Nukleotida


Pendahuluan

-        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.
-         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.


Nukelotida dan Nukleosida

Nukleotida  memiliki  tiga  karakteristik  komponen  yaitu:
a. basa  nitrogen  heterosiklik, 
b. gula  pentose, dan 
c. 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 prime  (‘). 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 fosfo-ester.


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 berlangsungpada 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’ → 3’.




b. 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  4 jenis  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.




c. 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.

d. 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. 


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. Di dalam  sel,  energi  dari  reaksi  eksergonik  hidrolisis  ATP  akan  digunakan  untuk  reaksi endergonik.  Reaksi  eksergonik  adalah  reaksi  yang  akan  menghasilkan  energi  sedangkan reaksi endergonik adalah reaksi yang memerlukan energi. ATP dapat mengalami regenerasi dengan  membentuk  siklus  melalui  reaksi  katabolisme  dan anabolisme.  Hidrolisis  ATP  akan menghasilkan adenosine diphosphate (ADP) dan gugus fosfat anorganik (Pi).
ATP + H2O ⇆ ADP + Pi + energi bebas



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.



Permasalahan

1. Jelaskan mengenai Model  DNA  oleh Watson  and  Crick!
2. Jelaskan perbedaan antara Nukleotida dan Nukleosida secara struktur!
3.  Pada artikel disebutkan bahwa RNA  dapat  dihidrolisis  oleh  alkali. Bagaimana mekanismenya?



Share This Story

You Might Also Like

3 komentar

  1. rinikimia201624 April 2018 pukul 09.04

    baiklah saya akan menjawab permasalahan no 2:
    Nukleotida : Gula + Basa. Nukleosida terdiri dari basa nitrogen yang terikat secara kovalen dengan gula (ribosa atau deoksiribosa) tetapi tanpa gugus fosfat. Bila gugus fosfat nukleotida dihilangkan dengan hidrolisis, struktur yang tersisa adalah nukleosida. Nukleotida adalah bahan penyusun dua makromolekul penting (asam nukleat) dalam organisme yang hidup yang disebut DNA dan RNA. Mereka adalah bahan genetik dari suatu organisme, dan bertanggung jawab untuk meneruskan karakteristik genetik dari generasi ke generasi. Sebuah nukleotida terdiri dari tiga unit. Ada sebuah molekul gula pentosa, basa nitrogen dan gugus fosfat. Tergantung pada jenis molekul gula pentosa, basa nitrogen dan jumlah gugus fosfat, nukleotida dapat berbeda. Sebagai contoh, dalam DNA, ada gula deoksiribosa dan RNA, ada gula ribosa. Ada terutama dua kelompok basa nitrogen yang dikenal sebagai piridin dan pirimidin.
    Nukleosida : Gula + Basa + Fosfat. Nukleotida terdiri dari basa nitrogen, gula (ribosa atau deoksiribosa) dan satu sampai tiga gugus fosfat. Nukleosida adalah gugus di mana molekul gula (biasanya ribosa atau deoksi gula ribosa) yang terkait dengan basa nitrogen melalui ikatan beta-glikosidik. Jika gugus fosfat melekat ke nukleosida, maka akan menjadi nukleotida yang sesuai. Jadi nukleotida juga dapat ditulis sebagai “nukleosida mono fosfat.” Ketika asam nukleat yang dicerna oleh enzim nucleotidase, nukleosida terbentuk. Nukleosida memiliki antikanker atau antivirus.
    Perbedaan utama antara keduanya adalah nukleosida tidak memiliki gugus fosfat. Bagian lain seperti molekul gula dan basa nitrogen adalah umum untuk keduanya. Biasanya, dalam sel-sel hidup nukleotida adalah unit fungsional, bukan nukleosida.
    Nukleotida adalah blok susunan asam nukleat (DNA dan RNA). Asam nukleat mengandung rantai nukleotida yang dihubungkan bersama dengan ikatan kovalen untuk membentuk tulang punggung gula-fosfat dengan basa nitrogen yang menonjol. Sebagai contoh, DNA mengandung dua rantai seperti saling berputar satu sama lain dalam bentuk heliks ganda yang terkenal. Kedua rantai di heliks ganda disatukan sepanjang panjangnya oleh ikatan hidrogen yang terbentuk di antara basa pada satu rantai dan basis di sisi lainnya.

    BalasHapus
  2. Unknown25 April 2018 pukul 05.47

    baiklah saya akan menjawab permasalahan anda yang ke 1 permasalhan nya yaitu

    Jelaskan mengenai Model DNA oleh Watson and Crick

    Heliks ganda adalah deskripsi bentuk molekuler dari molekul DNA (asam dioksiribo nukleat) yang beruntai ganda. Pada tahun 1953, Francis Crick dan James Watson pertama-tama menggambarkan struktur molekul DNA, yang mereka sebut "heliks ganda", di jurnal Nature.



    Untuk penemuan terobosan ini, Watson, Crick, dan rekan mereka Maurice Wilkins memenangkan Hadiah Nobel dalam bidang Fisiologi, atau Kedokteran, pada tahun 1962.



    Molekul DNA terdiri dari dua untaian pita yang saling berhadapan dan berputar, seperti tangga yang melengkung atau bengkok. Untaian ini tersusun atas molekul linear panjang, yang dibuat dari unit yang lebih kecil yang disebut nukleotida.



    Nukleotida ini saling mengikat hingga membentuk rantai atau pita yang panjang. Setiap nukleotida di untaian pita terbuat dari gugus gula (deoksiribosa) dan gugus fosfat yang berselang-seling.



    Pada masing-masing nukleotida di bagian gugus gula Ribosa, terikat satu dari empat jenis basa nitrogen: adenin (A), sitosin (C), guanin (G), atau timin (T).



    Basa nitrogen ini akan mengikatkan nukleotida dengan nukleotida pasangannya. Dalam ikatan basa nitrogen ini, adenin akan membentuk pasangan basa dengan timin (A-T), dan sitosin membentuk pasangan basa dengan guanin (C-G)m

    BalasHapus
  3. Imelda Khairunnisa27 April 2018 pukul 06.39

    Saya akan mencoba menjawab permasalahan yang Anda tampilkan pada No.3 yaitu:
    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.

    BalasHapus

Follow me
Socialize!