Asam nukleat merupakan polimer yang dibentuk oleh mononukleotida. Blueprint dari suatu organisme dikode oleh asam nukleat didalam organisme tersebut. Fungsi asam nukleat yang terpenting adalah dalam mekanisme molekuler , yaitu menyimpan, mereplikasi dan mentranskripsi informasi genetika.
Dipandang dari susunan kimianya, asam nukleat adalah polinukleotida, yang sesuai dengan namanya terdiri dari unit-unit nukleotida. Masing-masing nukleotida terdiri dari 3 komponen, gula, fosfat dan basa nitrogen yang merupakan derivat senyawa heterosiklik aromatik purin atau pirimidin.Basa nitrogen merupakan senyawa yang membawa informasi, sedangkan gula dan gugusan fosfat berperan dalam membentuk struktur molekul. Ada 2 jenis asam nukleat yang berbeda dalam jenis gula penyusunnya, yaitu asam ribonukleat (RNA) yang mengandung ribosa dan asam deoksiribonukleat (DNA) yang mengandung deoksiribosa.DNA maupun RNA merupakan suatu perangkat genetik.
DNA (Deoxyribonucleic acid)
Fungsi DNA
DNA merupakan polimer yang amat penting dalam kehidupan suatu sel karena DNA inilah yang mengekspresikan sifat genetika, DNA merupakan pembawa informasi genetik yang hasil akhir ekspresinya berupa suatu protein atau RNA. Gen adalah bagian dari DNA yang berperan sebagai pembawa informasi genetika melalui pembentukan molekul protein secara tidak langsung. Jika terjadi mutasi pada DNA suatu gen maka hasil ekspresinya dapat mengalami perubahan susunan asam amino pada posisi tertentu sehingga dapat mengakibatkan perubahan sifat maupun aktivitas protein yang dihasilkan.
DNA dari berbagai spesies mempunyai jumlah pasangan basa dan jumlah gen yang berbeda. Organisme tingkat tinggi mempunyai jumlah gen yang lebih banyak dibandingkan organisme tingkat rendah. DNA suatu spesies atau organisme tertentu mempunyai perbandingan dan urutan unit mononukleotida yang khas. Sel prokariotik yang hanya mengandung 1 kromosom mempunyai DNA yang merupakan suatu makromolekul tunggal sedangkan sel eukariotik mempunyai beberapa atau banyak kromosom dengan berat molekul yang besar pula.
Pada sel bakteri, selain dalam kromosom, kadang-kadang juga didapatkan DNA pada membran sel yang disebut dengan mesosom atau dalam sitoplasma diluar kromosom yang disebut plasmid. Pada sel eukariot yang diploid, hampir seluruh DNA nya terdapat di dalam inti walaupun adapula DNA yang terdapat di sitoplasma yang disebut DNA satelit ataupun didalam organel seperti mitokondria atau kloroplas. DNA juga dapat dimanfaatkan untuk melacak suatu penyakit keturunan maupun penyakit yang disebabkan infeksi, baik oleh bakteri, jamur ataupun virus.
Senyawa Kimia Pembentuk Molekul DNA
Gula pembentuk DNA, dalam hal ini adalah deoksiribosa akan terikat dengan basa nitrogen (purin atau pirimidin) melalui ikatan kovalen untuk membentuk nukleosida. Ikatan kovalen ini terjadi antara posisi C unit…………….posisi N-1 derivat basa pirimidin atau posisi N-9 untuk derivat basa purin. Ada 4 macam basa nitrogen yang merupakan komponen dari DNA yaitu Adenin (A) dan Guanin (G) yang merupakan derivat basa purin serta Sitosin (C) dan Timin (T) yang merupakan derivat basa pirimidin.
Penambahan gugusan fosfat pada nukleosida akan membentuk nukleotida. Gugus fosfat ini akan berikatan dengan gugusan hidroksil pada posisi C-5 unit gula. Beberapa nukleotida ada yang bebas tidak membentuk polinukleotida. Pada polinukleotida, unit nukleotida akan berhubungan satu sama lain melalui ikatan fosfodiester, antara gugus hidroksil C-3 pada nukleotida yang satu dan gugus hidroksil C-5 pada nukleotida yang lain. Pada suatu polinukleotida, salah satu ujung rantai mempunyai gugusan 5’OH dan ujung lainnya mempunyai gugusan 3’OH yang tidak terikat pada nukleotida lain. Menurut perjanjian urutan basa suatu nukleotida dituliskan dengan arah 5’ – 3’. Ini merupakan struktur primer suatu nukleotida.
Model struktur DNA yang ditemukan oleh James D Watson dan Francis crick pada tahun 1953 berdasarkan analisis DNA dengan menggunakan sinar X adalah Sbb:
1.DNA terdiri dari 2 rantai polinukleotida yang berbentuk helix, berputar kekanan
Melingkari satu sumbu membentuk heliks ganda.
2. Kedua rantai berpasangan satu sama lain dalam posisi anti paralel, arah rantai yang satu berlawanan dengan arah rantai yang lain.
3. Kedua rantai heliks melingkar sedemikian rupa sehingga tidak dapat dipisahkan satu dengan gugus yang lain kecuali jika putaran masing-masing helik tersebut dibuka.
4. Gugus basa purin dan pirimidin dari kedua rantai heliks terletak di bagian dalam dari tekstur heliks ganda dan basa dari rantai yang satu berpasangan dengan basa dari rantai yang lain.
5. Basa tersebut berpasangan sedemikian rupa, dihubungkan dengan ikatan hidrogen sehingga basa A dari rantai yang satu berpasangan dengan basa T dari rantai yang lain oleh 2 ikatan hidrogen dan basa G denganC yang dihubungkan dengan 3 ikatan hidrogen.
6. Deretan basa rantai polinukleotida yang satu merupakan pasangan komplementer dari deretan basa dari rantai polinukleotida yang lain.
Pengemasan DNA dalam Kromosom
DNA memegang peranan penting dalam proses kehidupan suatu organisme sehingga tidak mengherankan jika organisme dilengkapi dengan suatu sistim pengamanan terhadap DNA dari faktor yang dapat merusaknya. Kemasan DNA dalam sel khususnya pada sel eukariot, merupakan salah satu perwujudan dari sistim pengaman tersebut.
Pada prokariot, DNA umumnya tidak terikat protein kecuali pada saat berlangsungnya replikasi ataupun transkripsi sehingga dikatakan bahwa DNA prokariot adalah DNA telanjang. Pada eukariot, DNA dikemas sebagai kromatin sutu struktur yang cukup rumit yang terletak didalam inti sel dan kromatin ini akan membentuk kromosom. Pada masa interfase, kromatin terlihat sebagai butiran-butiran yang dirangkai oleh seutas benang. Butiran tersebut dikenal sebagai nukleosum, sedangkan benang yang merangkai DNA adalah DNA penghubung (linker DNA). Nukleosum terdiri dari suatu oktamer yang disusun oleh 4 macam histon, yaitu masing-masing 2 molekul dari H2A, H2B, H3, H4 yang dililit oleh benang yang merangkai DNA dan lilitan tersebut diperkuat oleh histon jenis lain yaitu H1. Pada oktamer tersebut terdapat kurang lebih 200 pasangan basa dari DNA. Pada berbagai spesies, molekul H2A, H2B, H3 dan H4 hampir sama sedangkan molekul H1 bervariasi.
DNA Linier, DNA Sirkuler dan DNA Rantai Tunggal
Semula diduga bahwa semua molekul DNA adalah linier yang mempunyai 2 ujung bebas. Ternyata didapatkan pula DNA yang berbentuk sirkuler ( DNA virus SV 40 yang mempunyai DNA rantai ganda yang berbentuk sirkuler). Hampir semua DNA kromosom bakteri berbentuk sirkuler sedangkan DNA pada kromosom organisme tingkat tinggi jarang ditemukan DNA dalam bentuk sirkuler. Molekul DNA yang linier bukanlah molekul yang sederhana. Molekul DNA linier mempunyai cara khusus untuk mereplikasi ujungnya ataupun untuk mencegah terjadinya ligasi antara kedua ujungnya sehingga membentuk kromosom yang lebih besar.
Beberapa molekul DNA yang berbentuk linier ketika diisolasi dari partikel virus akan berbentuk sirkuler. Ini menunjukkan bahwa pada beberapa molekul DNA dapt terjadi konversi antara DNA linier dan sirkuler. DNA sirkuler dapat berubah menjadi DNA linier dengan ujung runcing (Sticky ends) yang untuk selanjutnya kedua ujung runcing yang komplementer tersebut dapat bergabung kembali sehingga terbentuk DNA sirkuler.
Semula diduga semua molekul DNA berbentuk rantai ganda, kecuali pada saat replikasi, ternyata ada virus yang menginfeksi E.Coli yaitu Ox 174 yang mempunyai DNA rantai tunggal walaupun DNA rantai tunggal ini hanya terjadi pada sebagian dari siklus hidup virus tersebut. DNA rantai ganda dari Ox 174 dikenal sebagai bentuk replikatif karena merupakan template untuk sintesis DNA dari progeni virus.
Denaturasi dan Renaturasi DNA
Molekul DNA yang strukturnya terdiri dari 2 rantai polinukleotida dapat mengalami denaturasi baik sebagian ataupun seluruhnya, akibat pemanasan atau dengan memberikan larutan asam atau basa yang dapat mengionisasi basa nitrogennya. Suhu maupun PH yang diperlukan untuk memisahkan kedua rantai DNA tersebut tergantung banyaknya pasangan basa nitrogen (AT ataupun GC) pada DNA. Pada Molekul DNA yang mengalami denaturasi sebagian, hanya bagian yang kaya akan pasangan AT yang akan terpisah sedangkan bagian yang kaya GC tetap dalam bentuk heliks ganda.
Suhu menyebabkan 50% dari pasangan basa pada DNA mengalami denaturasi disebut (melting temperature).
Denaturasi yang terjadi pada DNA tersebut bukanlah suatu yang irriversibel. Jika larutan panas yang mengandung DNA yang mengalami denaturasi tersebut didinginkan secara perlahan-lahan, maka rantai tunggal tersebut akan berkomplementer dengan rantai lainnya untuk membentuk rantai ganda kembali dan proses penggabungan kembali 2 rantai DNA disebut renaturasi (annealing).
RNA (Ribinucleic Acid)
RNA merupakan suatu polimer dari asam nukleat yang saling berhubungan dengan ikatan fosfodiester membentuk satu rantai tunggal.Berbeda dengan DNA, RNA mengandung 4 macam basa nitrogen yang terdiri dari Adenin dan Guanin (purin), Sitosin dan Urasil (menggantikan posisi Timin) (pirimidin). Posisi basa U pada RNA menggantikan posisi basa T pada rantai DNAsewaktu terjadi proses transkripsi dari DNA menjadi RNA.Perbedaan lain dengan DNA, gula pada RNA adalah ribosa. Walaupun RNA merupakan polinukleotida berantai tunggal tetapi rantai RNA ini dapat melipat membentuk rantai ganda sehingga berbentuk seperti jepitan rambut (hair pinlike loops).
Urutan nukleotida yang terdapat pada molekul RNA merupakan informasi pada peristiwa translasi. Walaupun demikian hanya urutan tertentu yang merupakan informasi bagi sintesis asam amino dalam molekul protein. Jadi molekul RNA berfungsi sebagai cetakan (template) untuk sintesis protein. Molekul RNA yang berfungsi sebagai cetakan tersebut disebut mRNA (mesenger RNA). Rata-rata masa hidup mRNA dalam bakteri E.coli hanya beberapa menit kemudian akan dihancurkan oleh enzim ribonuklease. Sifat mRNA adalah heterogen karena membawa informasi yang berbeda-beda sesuai dengan panjang pendeknya protein yang dikode. Pada mRNA terdapat kodon yang akan berinteraksi dengan antikodon pada tRNA (transfer RNA).
Molekul tRNA berperan dalam penambahan asam amino selama proses translasi sehingga terjadi polimerisasi asam amino. tRNA mengikat asam amino secara spesifik pada ujung 3’ yang mempunyai 3 urutan nukleotida yang spesifik yaitu CCA. tRNA juga memiliki urutan basa spesifik yang disebut antikodon yang mampu berkomplementer dengan kodon yang terdapat pada mRNA. Panjang molekul tRNA bervariasi 73 – 94 nukleotida.
rRNA (ribosomal RNA) berperan dalam menyusun struktur ribosom tempat berlangsungnya proses translasi. Jadi dapat dikatakan bahwa fungsi dari RNA adalah dalam proses sintesis protein. Semua tipe RNA tersebut diatas dikode oleh DNA dalam kromosom. Pada sel eukariot, sintesis RNA terjadi didalam inti kemudian molekul RNA tersebut akan ditransfer ke sitoplasma untuk memulai fungsinya.
cDNA (Complementary DNA)
Retrovirus, seperti HIV merupakan suatu virus yang mengandung RNA sebagai perangkat genetiknya tetapi akan bereplikasi melalui pembentukan DNA intermediate. Virus ini mempunyai enzim RNA directed DNA Polymerase ( reverse transcriptase ) yang dapat mensintesa Dndengan RNA sebagai template. DNA yang terbentuk dikenal sebagai cDNA.
Saat ini enzim reverse transcriptase seringkali digunakan sebagai sarana rekayasa genetika karena mempunyai kemampuan untuk mentrankripsi mRNA menjadi c DNA.
0 komentar: