ASAM NUKLEAT

1.           Sejarah asam nukleat

Pengertian yang mendalam yang akhirnya menemukan asam nukleat dilakukan oleh Friedrich Miescher (1844-1895). Beliau dapat dikatakan sebagai orang pertama yang membangun pengetahuan mengenai kimia dari inti sel. Selanjutnya pada tahun 1868, di laboratorium Hoppe-Syler di Tubingen, beliau dapay mengisolasi asam nukleat yang didapat dari buangan suatu operasi dan menunjukkan adanya senyawa pospor yang kemudian dinamakan nuclein yang sekarang dikenal dengan neme nucleoprotein. Selanjutnya ditunjukkan bahwa asam nukleat merupakan salah satu senyawa pembentuk sel atau jaringan normal. Penelitian ini diteruskan oleh altman, yang pada tahun 1889 menjelaskan metode untuk mengisolasi asam nukleat bebas protein dari jaringan binatang dan ragi.

Hidrolisis asam nukleat pada jaringan timus, menghasilkan basa-basa purin (adenine dan guanin), basa-basa pirimidin (timin dan sitosin), deoksipentosa dan asam fosfat. Asam nukleat dari ragi sedikit berbeda, mengandung urasil sebagai pengganti timin dan pentose sebagai pengganti deoksi pentose. Hal ini membuat dugaan mungkin asam nukleat deoksipentosa karakteristik untuk binatang sedangkan asam nukleat pentose karakteristik untuk tumbuhan. Walaupun dugaan ini tidak berlangsung lama karena terbukti salah, ternyata bahwa asam ribonukleat dan asam deoksiribonukleat merupakan senyawa yang baik dalam binatang maupun tumbuhan. Bukti-bukti ini didapat dari pengamatan Casperrson dari analisis spektofotometri, analisis histokimia dari Brachet dan analisis kimia Davidson.

Elusidasi detail dari struktur nukleosida dan nukleotida telah banyak disumbangkan oleh Todd dan teman-temannya, yang pertama kali menemukan ikatan glukosida antara residu gula dan basa-basa pirimidin atau purin serta ikatan fosfodieter. Dari hasil studi-studi ini bersama dengan hasil studi dari Cohn akhirnya diperoleh informasi bahwa ikatan antar nukleotida terjadi pada atom karbon gula nomor 3 dan 5. Dari hasil-hasil ini akhirnya telah dibuat konsep-konsep struktur primer dari kedua jenis asam nukleat seperti yang kita kenal sekarang.

Penemuan-penemuan ini telah membangun konsep-konsep biologi asam nukleat pada fondasi yang baru.

Dalam awal tahun 1950 Chargaff mengingatkan adanya beberapa aturan dalam komposisi DNA, terutama dalam jumlah purin dan pirimidin. Jumlah dari basa-basa amino (adenine dan sitosin) sama dengan jumlah dari basa-basa keto (guanidine dan timin) : jumlah dari basa adenine sama dengan timin dan basa guanidine sama dengan basa sitosin. Pengamatan ini merupakan kunci penting dalam interpretasi analisis kristalografi sinar – X yang dilakukan oleh Astbury, Pauling dan Corey, serta Franklin dan Goshig. Kombinasi dari kedua set data di atas diintepretasikan secara brilian oleh Watson dan Crick dalam bentuk struktur double helik

2.           Pengertian Asam Nukleat

Asam nukleat adalah makromolekul biokimia yang berkompleks, berbobot molekul tinggi dan tersususn atas rantai nukluetida yang mengandung yang mengandung informasi ginetik, makromolekul merupakan rangkain rangkaian nukleotida (rangkaian nukleotida=polinukleotida) DNA dan RNA

 Asam nukleat terdiri dari dari dua kata yang menggambarkan identitasnya. Asam karena memang bersifat asam, dan nukleat mengisyaratkan letaknya yang berada di inti (nukleus). Akan tetapi, pada kenyataannya selain di inti, asam nukleat juga terdapat di sitoplasma (untuk makhluk prokariot).

Asam nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) and Asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus.

Asam nukleat dinamai demikian karena keberadaan umumnya di dalam inti (nukleus) sel. Jenis asam nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada rantai asam nukleat tersebut (misalnya, DNA atau asam deoksiribonukleat mengandung 2-deoksiribosa). Selain itu, basa nitrogen yang ditemukan pada kedua jenis asam nukleat tersebut memiliki perbedaan: adenina, sitosina, dan guanina dapat ditemukan pada RNA maupun DNA, sedangkan timina dapat ditemukan hanya pada DNA dan urasil dapat ditemukan hanya pada RNA.

3.           Macam-macam Asam Nukleat

Asam nukleat terdiri dari dari dua kata yang menggambarkan identitasnya. Asam karena memang bersifat asam, dan nukleat mengisyaratkan letaknya yang berada di inti (nukleus). Akan tetapi, pada kenyataannya selain di inti, asam nukleat juga terdapat di sitoplasma (untuk makhluk prokariot).

Ada dua macam asam nukleat yaitu Asam deoksiribonukleat atau deoksiribonucleic acid (DNA) asam ribonukleat atau ribonucleic acid (RNA) dilihat dari strukturnya kedua asam nukleat ini terutama terutama terletak pada komponen gula pentosanya. Pada RNA gula pentosanya adalah ribosa, sedangkan pada DNA gula pentosanya mengalami kehilangan satu atom O pada posisi C nomor 2, sehingga dinamakan gula 2 deoksiribosa

Perbedaan struktur lainya adalah pada basa N-nya. Basa N baik DNA maupun RNA, mempunyai truktur aromatic heterosiklik (mengandung C dan N) dan dapat dikelompokkan menjadi dua  golongan yaitu Purin dan Pirimidin. Basa purin memiliki dua buah cincin (bisiklik), sedangkan basa pirimidin hanya mempunyai satu buah cincin (monosiklik). Pada DNA dan RNA terdiri atas adenine (A) dan guanine (G), akan tetapi pada pirimidin terdapat perbedaan antara DNA dan RNA. Kalau pada DNA basa pirimidin terdiri atas sitosin (S) dan timin (T), pada RNA tidak ada timin dan sebagia gantinya terdapat urasil (U), timin berbeda dengan urasil hanya karena adanya gugus metal pada posisi nomor 5 sehing timin dapat juga dikatakan sebagai 5 metilurasil

Komponen nukleotida ini ada 3: pospat, gula, dan basa DNA/RNA.

Ujung pospat dari nukleotida itu bersifat (-) sehingga ia bersifat asam. Sementara basa-basa tersebut dibagi menjadi golongan pirimidin dan purin.

Primidin :    Cytosin (C);  Timin (T), di RNA bukan timin, melainkan Urasil (U)

Purin       :    Adenin (A); Guanin (G)

1.             DNA

Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (bahasa Inggris: deoxyribonucleic acid), adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di dalam inti sel.

Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme. Di antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus tidak termasuk organisme) seperti HIV (Human Immunodeficiency Virus).

DNA merupakan polimer yang terdiri dari tiga komponen utama,

·         gugus fosfat

·         gula deoksiribosa

·         basa nitrogen, yang terdiri dari:[1]

o      Adenina (A)

Adenina adalah salah satu dari dua basa N purina yang digunakan dalam membentuk nukleotida dari asam nukleat DNA dan RNA. Pada DNA, adenina (A) berikatan dengan timina (T) melalui dua ikatan hidrogen untuk membantu menstabilkan struktur asam nukleat. Pada RNA berberkas ganda (dsRNA), adenin berikatan dengan urasil (U).

Bersama dengan gula ribosa adenin membentuk nukleosida yang disebut adenosina, sementara bersama dengan deoksiribosa adenin membentuk deoksiadenosina. Adenosina dapat berikatan dengan gugus fosfat anorganik (PO43-). Jika mengikat satu gugus fosfat dinamakan adenosina monofosfat (AMP), dua gugus fosfat dinamakan adenosina difosfat (ADP), dan tiga gugus fosfat dinamakan adenosina trifosfat (ATP). ATP merupakan salah satu senyawa penting dalam metabolisme semua organisme hidup sebagai pembawa energi kimia untuk berbagai reaksi biokimiawi. Pada teknik PCR, deoksiadenosina trifosfat (dATP) merupakan satu dari empat nukleotida bebas yang perlu disediakan sebelum proses dimulai.

o      Guanina (G)

Guanina merupakan satu dari dua basa N purina yang menyusun DNA dan RNA. Dalam DNA pilin ganda, guanina berikatan dengan sitosina melalui tiga ikatan hidrogen. Guanina membentuk nukleosida bersama dengan gula ribosa yang dinamakan guanosina. Bentuk deoksiguanosina yang berikatan dengan tiga gugus fosfat anorganik (dGTP) merupakan salah satu bahan baku dalam teknik PCR.

Secara kimiawi, guanina dapat berada pada dua bentuk tautomer yang dinamakan tautomerisme keto-enol.

Nama guanina diambil dari guano karena pertama kali diisolasi dari guano (pupuk kotoran burung).

o      Sitosina (C)

Sitosina merupakan satu dari dua basa N pirimidina yang dimiliki DNA dan RNA. Nukleosida ribosanya dinamakan sitidina dan nukleosida deoksiribosanya dinamakan deoksisitidina. Sitosina berikatan dengan guanina pada DNA pilin ganda melalui tiga ikatan hidrogen.

Sitidina dapat membentuk nukleotida bila mengikat satu, dua, atau tiga gugus fosfat anorganik (PO43-) membentuk CMP, CDP, dan CTP (masing-masing dinamakan sitidina mono-, di-, atau trifosfat). CTP dapat menjadi kofaktor dalam reaksi enzimatik biokimiawi dan mentransfer satu gugus fosfat bagi ADP untuk membentuk ATP. Deoksisitidina trifosfat (dCTP) diperlukan dalam PCR sebagai bahan baku sintesis DNA.

Pada keadaan tertentu, sitosina dapat mengalami deaminasi menjadi urasil. Mutasi ini biasanya dapat dikenali oleh enzim-enzim yang terlibat dalam reparasi DNA. Sebagaimana pada urasil, metilasi juga dapat terjadi pada sitosin dengan bantuan enzim DNA-metil-transferase.

o      Timina (T)

Timina atau 5-metilurasil merupakan salah satu dari dua basa N pirimidina yang menyusun DNA. RNA tidak memiliki timina dan, dengan sedikit perkecualian, urasil menggantikan posisinya. Pada DNA berpilin ganda, timina akan berikatan dengan adenina melalui dua ikatan hidrogen untuk membentuk struktur yang stabil.

Timina bersama dengan gula deoksiribosa membentuk nukleosida yang disebut deoksitimidina atau timidina. Timidina dapat membentuk nukleotida apabila mengalami fosforilasi menjadi dTMP, dTDP, atau dTTP (deoksitimidina mono-, di-, atau trifosfat). dTTP diperlukan dalam PCR sebagai salah satu bahan baku nukleotida.

Sebuah unit monomer DNA yang terdiri dari ketiga komponen tersebut dinamakan nukleotida, sehingga DNA tergolong sebagai polinukleotida.

Rantai DNA memiliki lebar 22-24 Å, sementara panjang satu unit nukleotida 3,3 Å[2]. Walaupun unit monomer ini sangatlah kecil, DNA dapat memiliki jutaan nukleotida yang terangkai seperti rantai. Misalnya, kromosom terbesar pada manusia terdiri atas 220 juta nukleotida[3].

Rangka utama untai DNA terdiri dari gugus fosfat dan gula yang berselang-seling. Gula pada DNA adalah gula pentosa (berkarbon lima), yaitu 2-deoksiribosa. Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester antara atom karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. Salah satu perbedaan utama DNA dan RNA adalah gula penyusunnya; gula RNA adalah ribosa.

DNA terdiri atas dua untai yang berpilin membentuk struktur heliks ganda. Pada struktur heliks ganda, orientasi rantai nukleotida pada satu untai berlawanan dengan orientasi nukleotida untai lainnya. Hal ini disebut sebagai antiparalel. Masing-masing untai terdiri dari rangka utama, sebagai struktur utama, dan basa nitrogen, yang berinteraksi dengan untai DNA satunya pada heliks. Kedua untai pada heliks ganda DNA disatukan oleh ikatan hidrogen antara basa-basa yang terdapat pada kedua untai tersebut. Empat basa yang ditemukan pada DNA adalah adenina (dilambangkan A), sitosina (C, dari cytosine), guanina (G), dan timina (T). Adenina berikatan hidrogen dengan timina, sedangkan guanina berikatan dengan sitosina. Segmen polipeptida dari DNA disebut gen, biasanya merupakan molekul RNA

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 :

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

Gugus fosfat, menyusun struktur nukleutida (nukleusida monofosfat)

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 (Sumber: evolution.berkeley.edu)

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).

2.             RNA

Asam ribonukleat terdiri dari dari benag panjang ribonukleotida molekul ini lebih pendek dari DNA dan ditemukan dalam jumlah yang jauh lebih banyak didalam kebanyakan sel

2.1 Macam-macam RNA

RNA dapat dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu RNA genetik dan RNA non-genetik.

v   RNA genetik

RNA genetik memiliki fungsi yang sama dengan DNA, yaitu sebagai pembawa keterangan genetik. RNA genetik hanya ditemukan pada makhluk hidup tertentu yang tidak memiliki DNA, misalnya virus. Dalam hal ini fungsi RNA menjadi sama dengan DNA, baik sebagai materi genetik maupun dalam mengatur aktivitas sel.

v     RNA non-genetik

RNA non-genetik tidak berperan sebagai pembawa keterangan genetik sehingga RNA jenis ini hanya dimiliki oleh makhluk hidup yang juga memiliki DNA. Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA non-genetik dibedakan menjadi mRNA, tRNA, dan rRNA.

1)   mRNA (messenger RNA) atau ARNd (ARN duta)

mRNA merupakan RNA yang urutan basanya komplementer (berpasangan) dengan salah satu urutan basa rantai DNA. RNA jenis ini merupakan polinukleotida berbentuk pita tunggal linier dan disintesis oleh DNA di dalam nukleus. Panjang pendeknya mRNA berhubungan dengan panjang pendeknya rantai polipeptida yang akan disusun. Urutan asam amino yang menyusun rantai polipeptida itu sesuai dengan urutan kodon yang terdapat di dalam molekul mRNA yang bersangkutan. mRNA bertindak sebagai pola cetakan pembentuk polipeptida. Adapun fungsi utama mRNA adalah membawa kode-kode genetik dari DNA di inti sel menuju ke ribosom di sitoplasma. mRNA ini dibentuk bila diperlukan dan jika tugasnya selesai, maka akan dihancurkan dalam plasma.

2)   tRNA (transfer RNA) atau ARNt (ARN transfer)

RNA jenis ini dibentuk di dalam nukleus, tetapi menempatkan diri di dalam sitoplasma. tRNA merupakan RNA terpendek dan bertindak sebagai penerjemah kodon dari mRNA. Fungsi lain tRNA adalah mengikat asam-asam amino di dalam sitoplasma yang akan disusun menjadi protein dan mengangkutnya ke ribosom. Bagian tRNA yang berhubungan dengan kodon dinamakan antikodon.

3)   rRNA (ribosomal RNA) atau ARNr (ARN ribosomal)

RNA ini disebut ribosomal RNA karena terdapat di ribosom meskipun dibuat di dalam nukleus. RNA ini berupa pita tunggal, tidak bercabang, dan fleksibel. Lebih dari 80% RNA merupakan rRNA. Fungsi dari RNA ribosom adalah sebagai mesin perakit dalam sintesis protein yang bergerak ke satu arah sepanjang mRNA. Di dalam ribosom, molekul rRNA ini mencapai 30-46%.

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).

Table perbedaan DNA dan RNA

	DNA (Deoxyribo Nukleat Acid)	RNA (Ribo Nukleat Acid)
-    Letak	Dalam inti sel, mitokondria, kloroplas, senriol.	Dalam inti sel, sitoplasma dan ribosom.
- Bentuk	Polinukleotida ganda yang terpilin panjang	Polinukleotida tunggal dan pendekl
-    Gula	Deoxyribosa	Ribosa
-    Basanya	Golongan purin : adenine dan guanine  Golongan pirimidin :     cytosine dan timin	Golongan purin : adenine dan guanine Golongan pirimidin : cytosine dan urasil
-    Fungsi	-   mengontrol sifat yang menurun -          sintesis protein -          sintesis RNA	-       sintesis protein
-    Kadarnya	Tidak dipengaruhi sintesis protein. Letak basa nitrogen dari kedua pita ADN saling berhadapan dengan pasangan yang tetap yaitu Adenin selalu berpasangan dengan Timin, Cytosin dengan Guanin. Kedua pita itu diikatkan oleh ikatan hidrogen.	Dipengaruhi sintesis protein. Macam ARN : ARN duta ARN ribosom ARN transfer