METABOLISME ASAM NUKLEAT
METABOLISME
ASAM NUKLEAT
I.
PENDAHULUAN
Metabolisme adalah semua reaksi kimia yang
terjadi di dalam organisme, termasuk yang terjadi di tingkat selular. Secara
umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik, yaitu
anabolisme dan katabolisme. Katabolisme itu sendiri yaitu reaksi yang mengurai
molekul senyawa organik untuk mendapatkan energi. Adapun anabolisme merupakan
reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu, untuk
diserap oleh sel tubuh.
Berawal tahun 1868 Friedrich Miescher (1844-1895) adalah
orang yang mengawali pengetahuan mengenai kimia dan inti sel. Pada tahun 1868,
dilaboratorium Hoppe-Syler di Tubingen,
beliau memilih sel yang terdapat pada nanah bekas pembalut luka, kemudian
sel-sel tersebut dilarutkan dalam asam encer dan dengan cara ini diperoleh inti
sel yang masih terikat pada sejumlah
protein. Dengan menambahkan enzim pemecah protein ia dapat memperoleh inti sel
saja dan dengan cara ekstraksi terhadap inti sel diperoleh suatu zat yang larut dalam basa tetapi tidak larut dalam
asam. Kemudian zat ini dinamakan ”nuclein”
sekarang dikenal dengan nama nucleoprotein. Selanjutnya dibuktikan bahwa
asam nukleat merupakan salah satu
senyawa pembentuk sel dan jaringan normal.
Asam nukleat adalah biopolymer yang berbobot molekul tinggi
dengan unit monomernya mononukleotida. Asam
nukleat terdapat dalam semua sel dan memiliki peranan yang sangat penting dalam biosintesis protein. Bila nukleotida
mengandung ribose, maka asam nukleat yang terjadi adalah RNA (Ribnucleic acid =
asam ribonukleat) yang berguna dalam
sintesis protein. Bila nukleotida mengandung deoksiribosa, maka asam nukleat
yang terjadi adalah DNA (Deoxyribonucleic acid = asam deoksiribonukleat) yang
merupakan bahan utama pementukan inti sel. Dalam asam nukleat terdapat 4 basa
nitrogen yang berbeda yaitu 2 purin dan
2 primidin. Baik dalm RNA maupun DNA purin selalu adenine dan guanine. Dalam
RNA primidin selalu sitosin dan urasil,
dalam DNA primidin selalu sitosin dan timin.
Baik DNA maupun RNA
berupa anion dan pada umumnya terikatpada protein yang mempunyai sifat basa,
misalnya DNA dalam inti sel terikat pada histon. Senyawa gabungan antara asam nukleat dengan
protein ini disebut nukleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan suatu polimer
seperti protein, tetapi yang menjadi
monomer bukan asam amino, melainkan nukleotida.
Asam nukleat tersusun
atas monomer-monomer berupa nukeotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah
gugus fosfat, sebuah gula pentosa, dan sebuah basa N. dengan demikian, setiap
nukeotida pada asam nukleat dapat dilihat sebagai nukleosida monofosfat. Namun,
pengertian nukleotida secara umum sebenarnya adalah nukleosida dengan sebuah
atau ebih gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul ATP (adenosine trifosfat) adalah
nukleotida yang merupakan nukleosida dengan tiga gugus fosfat.
Jika gula pentosanya
adalah ribose seperti halnya pada RNA, maka nukleosidanya dapat berupa
adenosine, guanosin, sitidin, dan uridin. Begitu pula, nukleotidanya akan ada
empat macam, yaitu adenosine monofosfat, guanosin monofosfat, sitidin
monofosfat, dan uridin monofosfat. Sementara itu, jika gula pentosanya adalah
deoksiribosa seperti halnya DNA, maka nukleosidanya terdiri atas
deoksiguanosin, deoksisitidin, dan deoksitimin.
Gambar nulkleat
II.
PEMBAHASAN
2.1 Asam
Nukleat
Asam nukleat merupakan molekul raksasa yang memiliki fungsi
khusus yaitu, menyimpan informasi genetik dan menerunkannya kepada keturunanya.
Susunan asam nukleat yang menentukan apakah mahluk itu menjadi hewan, tumbuhan, maupun manusia.
Begitu pula susunan dalam sel, apakah sel itu menjadi sel otot maupun sel
darah. Beberapa fungsi penting asam nukleat adalah menyimpan, menstransmisi, danmentranslasi
informasi genetik; metabolisme
antara(intermediary metabolism)
dan reaksi-reaksi informasi energi; koenzim pembawa energi; koenzim
pemindah asam asetat, zat gula,
senyawa amino dan biomolekul lainnya;
koenzim reaksi oksidasi reduksi.
Asam nukleat dalam sel ada dua jenis yaitu DNA
(deoxyribonucleic acid) atau asam deoksiribonukleat dan RNA (ribonucleic acid )
atau asam ribonukleat. Baik DNA maupun RNA berupa anion dan pada umumnya
terikat oleh protein dan bersifat basa. Misalnya DNA dalam inti sel terikat
pada histon. Senyawa gabungan antara protein danasam nukleat disebut
nucleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan polimer sepertiprotein tetapi unit penyusunnya adalah nukleotida.
Salah satu contoh nukleutida asam nukleat bebas adalah ATP yang berfungsi
sebagai pembawa energy.
2.1.1 DNA
DNA
(deoxyribose nucleic acid) merupakan komponen penyusun kehidupan. Zat inilah
yang membuat lebah adalah seekor lebah dan kanguru adalah kanguru. DNA adalah
apa yang membuat tiap-tiap individual (apapun jenis dan spesiesnya) unik.
DNA 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.
Asam ini adalah polimer yang terdiri atas molekul-molekul
deoksiribonukleotida yang terikat satu sama lain sehingga membentuk rantai
polinukleotida yang panjang. Molekul DNA yang panjang ini terbentuk oleh ikatan
antara atom C nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul deoksiribosa dengan
perantaraan gugus fosfat. Secara kimia DNA mengandung karakteristik/sifat
sebagai berikut:
- Memiliki gugus gula deoksiribosa.
- Basa nitrogennya guanin (G), sitosin (C), timin (T) dan adenin (A).
- Memiliki rantai heliks ganda anti paralel
- Kandungan basa nitrogen antara kedua rantai sama banyak dan berpasangan
Pada tahun 1953, berdasarkan
hasil penelitian dari Rosalind Franklin, James Watson and Francis Crick,
DNA diketahui berbentuk double helix. Terdiri dari dua pita yang berpilin
menjadi satu. Double helix terdiri dari dua rantai, satu berwarna biru, dan
satunya kuning. Contoh helix misalnya pada rajutan tali, seperti pada gambar
sebelah kanan.
Gambar 1. Contoh Double helix
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.
2.1.2 RNA
Asam ribonukleat adalah
salah satu polimer yang terdiri atas molekul-molekul ribonukleotida. Seperti
DNA, asam ribonukleat ini terbentuk oleh adanya ikatan antara atom C nomer 3
dengan atom C nomer 5 pada molekul ribosa dengan perantaraan gugus fosfat. Dibawah
ini adalah gambar struktur sebagian dari molekul RNA :
Meskipun banyak persamaannya dengan DNA
, RNA mempunyai beberapa perbedaan dengan DNA yaitu :
1. Bagian pentosa RNA adalah ribosa,
sedangkan bagian pentosa DNA adalah deoksiribosa.
2.
Bentuk molekul DNA adalah heliks ganda. Bentuk molekul RNA bukan heliks
ganda, tetapi berupa rantai tunggal yang
terlipat sehingga menyerupai rantai ganda.
3.
RNA mengandung basa Adenin, Guanin dan Sitosin seperti DNA , tetapi
tidak
mengandung Timin. Sebagai gantinya, RNA
mengandung Urasil. Dengan demikian bagian basa pirimidin RNA berbeda dengan bagian basa pirimidin DNA.
4. Jumlah Guanin adalah molekul RNA
tidak perlu sama dengan Sitosin, demikian pula jumlah adenin tidak harus sama
dengan Urasil.
Ada 3 macam RNA, yaitu tRNA (transfer
RNA), mRNA (messenger RNA) dan rRNA (ribosomal RNA). Ketiga macam RNA ini
mempunyai fungsi yang berbeda-beda, tetapi ketiganya secara bersama-sama
mempunyai peranan penting dalam sintesis protein.
2.2 Sintesis RNA dan DNA
Asam nukleat tersusun atas monomer-monomer berupa nukeotida,
yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa, dan
sebuah basa N. dengan demikian, setiap nukeotida pada asam nukleat dapat
dilihat sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pengertian nukleotida secara umum
sebenarnya adalah nukleosida dengan sebuah atau ebih gugus fosfat. Sebagai
contoh, molekul ATP (adenosine trifosfat) adalah nukleotida yang merupakan
nukleosida dengan tiga gugus fosfat.
Nukleosida terdiri atas nukleosida
purin dan nukleosida purimidin. Nukleosida purin merupakan kelompok nukleosida
yang mengandung basa purin, sedangkan nukleosida pirimidin merupakan kelompok
nukleosida yang mengandung basa piimidin. Jika gula pentosanya adalah ribose
seperti halnya pada RNA, maka nukleosidanya dapat berupa adenosine, guanosin,
sitidin, dan uridin. Begitu pula, nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu
adenosine monofosfat, guanosin monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin
monofosfat. Sementara itu, jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti
halnya DNA, maka nukleosidanya terdiri atas deoksiguanosin, deoksisitidin, dan
deoksitimin.
2.2.1 Sintesis Nukleotida Purin
Nukleosida purin
terdiri atasatas AMP (Adenosin Monofosfat) dan GMP (Guanosin Monofosfat). AMP
adalah ester dari asam fosfat dan nukleosida yang disebut adenosin. AMP terdiri
dari gugus fosfat, gula ribose dan adenin nucleobase.Adapun GMP adalah ester
dari asam fosfat dengan nukleosida guanosin. GMP terdiri dari gugus fosfat, yaitu
gula pentose ribosa dan guanin nucleobase, karena itulah disebut monofosfat
ribonucleosida.AMP dan ADP disintesis dari IMP (Inosin Monofosfat).
a. Pembentukan IMP
Inosin monofosfat disintesis melalui jalur de Novo
dengan menggunakan ribose-5-fosfat dan enzim PRPP-sintetase menghasilkan phosphoribose-1- pyrophosphate
(PRPP).
b. Konversi IMP menjadi AMP dan GMP
IMP dikonversi menjadi baik AMP atau GMP oleh jalur
berbeda. IMP dikonversikan menjadi AMP dengan mereaksikan IMP dengan asam amino
aspartat dan fumarat. Adapun IMP dikonvesikan menjadi GMP dengan menggunakan
asam amino glutamine dan glutamate.
- pembentukan AMP dari IMP
- Pembentukan GMP dari IMP
2.2.2 Sintesis Nukleotida Pirimidin
Nukleotida pirimidin
terdiri atas UMP (Uridin Monofosfat),
CTP (Sitidin Monofosfat), dan TMP (Timidin Monofosfat). Sintesis nukleotida
pirimidin dimulai dari pembentuan carbamoyl phosphate dan glutamate dari
glutamine. Selanjutnya carbamoyl phosphate ini yang akan diubah menjadi UMP,
CTP, dan TMP. Carbamoyl phosphate bereaksi dengan aspartat membentuk senyawa
Orotate. Senyawa orotate sellanjutnya bergabung dengan PPRP menghasilkan
Oritidin Monofosfat dan reaksi lebih lanjut akan menghasilkan Uridin Monofosfat
(UMP). Untuk menghasilkan CTP, UMP diubah terlebih dahulu menjadi UTP dan
kemudian diraksikan dengan glutamine hingga menghasilkan CTP dan glutamate.
Adapun pembentukan TMP dilakukan oleh enzim timidilate sintetase sehingga
UMP terkonversi menjadi TMP. Berikut adalah reaksi-reaksinya.
- Reaksi pembentukan carbamoyl phosphate
- Reaksi pembentukan senyawa Orotate
- Reaksi pembentukan UMP
- Reaksi pembentukan CTP
UMP + ATP <--> UDP +
ADP UDP + ATP <--> UTP + ADP
Nukleotida-nuleotida
yang terbentuk inikemudian akan
disintesis menjadi DNA atau RNA. Dalam RNA primidin selalu sitosin dan urasil,
dalam DNA primidin selalu sitosin dan timin.
Selanjutnya
DNA dan RNA yang terbentuk akan mengalami elongasi (pemanjangan/polimerisasi)
dan berhenti pada tahap terminasi.
2.3 Katabolisme Asam Nuleat
Katabolisme
adalah reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana
dengan bantuan enzim. Tahapan katabolisme asam nukleat yaitu
berturut-turut menjadi nukleotida, nuleosida, purin, pirimidin, dan asam urat.
2.3.1 2.3.2 Katabolisme Asam Nukleat Menjadi Nukleotida
Asam-asam nukleat terdapat pada
jaringan tubuh sebagai nukleoprotein.Nukleoprotein dalam pencernaaan akan
dipecah jadi molekul yang lebih kecil yaitu asam nukleat dan protein. Asam nukleat dan protein selanjutnya
terpisah ke jalur metabolism masing-masing. Asam nukleat yang tersusun atas
monomer-monomer berupa nukleotida dipecah sehingga menghasilkan nukleotida.
2.3.3 2.3.3 Katabolisme Nukleotida Menjadi
Nukleosida
Nukleosida merupakan
sebutan dari nukleotida tanpa gugus fosfat. Dengan demikian, nukleosida
tersusun dari gula ribosa/deoksiribosa dan basa nitrogen. Tahapan
penguraian nukleotida menjadi nukleosida adalah sebagai berikut.
- Di dalam usus halus terjadi pemutusan ikatan fosfodiester oleh endonuklease (pankreas) menghasilkanoligonukleotida.
- Oligonukleotida dipecah lebih lanjut oleh fosfodiesterase menghasilkan monofosfat.
- Kemudian dipecah lebih lanjut oleh nukleotidase menghasilkan nukleosida and orthophosphate. Nukleosida yang terbentuk adalah Sitidin, Uridin, Adenosin, dan Guanosin
2.3.4 Katabolisme Purin Menjadi Asam Urat
Nukleosida
purin yang dihasilkan dari degradasi nukleotida akan terdegradasi lebih lanjut
menghasilkan asam urat yang selanjutnya
diekskresikan dalam urin. Proses pembentukan asam urat dapat melalui dua jalur.
Pertama, Tahap penguraian nukleosida purin menjadi asam urat dimulai dari
proses deaminasi adenosine menjadi inosin, kemudian membelah membentuk
hipoxantin. Hipoxantin dioksidasi menjadi xantin dan selanjutnya xantin diubah
menjadi asam urat. Kedua, tahap yang dimulai dari guanosin. Guanosin diubah
menjadi guanine yang selanjutnya dideaminasi menghasilkan xantin. Langkah selanjutnya,
xantin dioksidasi menjadi asam urat. Berikut adalah reaksi penguraian
nukleosida menjadi asam urat.
2.3.3 2.3.5 Katabolisme Pirimidin
Pada katabolisme
pirimidin terjadi reaksi-reaksi sebagai berikut.
1. Konversi
sitidin menjadi uridin oleh enzim sitidin deaminase
2. Fosforilasi
deoksitimidin menjadi timin dan deoksiribosa-1-fosfat
III.
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan dari makalah ini adalah sebagai
berikut.
- Asam nukleat tersusun atas monomer-monomer berupa nukleotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa, dan sebuah basa N.
- Nukleotida Purin terdiri atas AMP (Adenosin Monofosfat) dan GMP (Guanosin Monofosfat).
- Nukleotida Pirimidin terdiri atas UMP (Uridin Monofosfat), CTP (Cytosin Triphospat), dan TMP (Tymidine Monofosfat).
- Tahapan sintesis Asam Nukleat berturut-turut dimulai dari nukleosida, nukleotida, dan kemudian asam nukleat DNA atau RNA.
- Tahapan degradasi asam nukleat dalam tubuh berturut-turut menghasilkan nukleotida, nukleosida, basa purin dan pirimidin, serta asam urat.
DAFTAR
PUSTAKA
Freeman, W.H. 2000. Nucleic Acid Synthesis. National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
King, M.1996. Nucleic
Acid Metabolism.http://themedicalbiochemistrypage.org.
info @ themedicalbiochemistrypage.org.
Rahmadestiassani, A. 2010. Transkripsi, Translasi Dan ReplikasiUniversitas Nasional, Jakarta
hhmhhm
BalasHapuskontennya bagus, tapi aksesoris tambahan yang tidak perlu seperti tulisan nama anda yang memutar mutari cursor saya sangat mengganggu ._.
BalasHapus