Reaksi-Reaksi Spesifik Pada Nukleotida

Reaksi-Reaksi Spesifik Pada 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. Dalamsel, kofaktor ini memainkan peran penting dalam fiksasi energi (misalnya fotosintesis), metabolisme, dan transduksi sinyal seluler.

Elemen struktur dari nukleotida yang paling umum

Kode nukleotid
Kode	Ekuivalen	Komplementer
A	A	T atau U
C	C	G
G	G	C
T or U	T	A
M	A atau C	K
R	A atau G	Y
W	A atau T	W
S	C atau G	S
Y	C atau T	R
K	G atau T	M
V	A atau C or G	B
H	A atau C or T	D
D	A atau G or T	H
B	C atau G or T	V
X atau N	A atau C atau G atau T	X

Nama-nama nukleotida disingkat menjadi kode empat-huruf standar. Huruf pertama berupa huruf kecil dan menandakan bawa nukleotida yang dipertanyakan adalah sebuahribonukleotida (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 menggantikantimina 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 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. Struktur protein dan metabolisme biomolekul dan komponen selular lainnya merupakan produk informasi yang sudah terprogram dalam nukleotida.  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.

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.

Fungsi Nukleotida

1.      Berperan dalam reaksi pemindahan fosfat ATP/berperan dalam reaksi pemindahan fosfat ATP /Nukleosida trifosfat lain.Nukleosida trifosfat lain.

2.      Berperan pada reaksiBerperan pada reaksi-reaksi sintesis protein, KH, lipid, asam nukleat, lintasan transduksi sinyal intralipid, asam nukleat, lintasan transduksi sinyal intra dan antar sel.dan antar sel.

3.      Membentuk koenzim misal FAD, NAD+, NADP, koenzim A & S koenzim A & S-adenosilmetioni.

4.      Menyelenggarakan fungsi regulasi ADP mengatur  kecepatan reaksi fosforilasi oksidatif mitokondria, cAMP & cGMP berfungsi sebagai “Messenger kedua”.

5.      Sebagai prekusor unit monomer asam nukleat DNA & RNA

DNA (Deoxyribonucleic Acid): DNA merupakan tempat penyimpanan informasi genetik. DNA adalah molekul polinukleotida yang tersusun dari polimer nukleotida yang berulang-ulang, tersusun rangkap, serta membentuk ikatan seperti rantai ganda dan berpilin ke kanan (double helix). Setiap nukleotida terdiri atas tiga gugus molekul berikut.

·         Komponen gula berupa deoksiribosa.

·         Basa nitrogen yang terdiri atas purin dan pirimidin. Purin terdiri atas adenin (A) dan guanin (G), serta pirimidin terdiri atas sitonin (C) dan timin (T).

·         Gugus fosfat.

Rangkaian kimia antara deoksiribosa dengan basa nitrogen (purin atau pirimidin) disebut nukleosida. nukleosida tersebut akan berikatan dengan fosfat membentuk nukleotida. Gabungan nukleotida dalam suatu rantai polimer panjang akan membentuk DNA. Pada setiap molekul DNA, jumlah adenin selalu sama dengan jumlah timin, jumlah guani selalu sama dengan jumlah sitosin. Adenin selalu berpasangan dengan timin dan guanin selalu berpasangan dengan sitosin. Adenin dan timin membentuk dua ikatan hidrogen sedangkan sitosin dan guanin membentuk tiga ikatan hidrogen.

DNA terletak dalam nukleus dan berperan dalam membentuk sifat genetik suatu individu. selain itu, DNA dapat berfungsi sebagai heterokatalitik (mensintesis molekul lain seperti RNA) dan otokatalitik (replikasi diri).

RNA (Ribonucleic Acid): makromolekul yang berupa rantai tunggal polinukleotida, berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik. setiap ribonukleotida terdiri dari;

·         komponen gula berupa ribose

·         basa nitrogen yang terdiri atas golongan purin dan golongan pirimidin (sitosin dan urasil)

·         gugus fosfat

RNA mempunyai tiga tipe, yaitu rRNA (ribosom RNA), mRNA (messenger RNA/ dRNA) dan tRNA (transfer RNA). DNA dan RNA bertanggung jawab terhadap proses sintesis protein. RNA terdapat dalam jumlah banyak di sitoplasma dan ribosom, serta hanya terdapat sedikit di nukleus. Kadar RNA dalam sitoplasma dapat berubah-ubah dipengaruhi oleh sintesis protein.

Nukleotida pembentuk ADN disebut deoksiribonukleotida (nukleotida yang berikatan dengan gula deoksiribosa) sebanyak 4 macam sesuai dengan jenis basa nitrogen, yaitu:

deoksiadenosinmonofosfat / dAMP (basa nitrogen adenin)

deoksiguanosinmonofosfat /dGMP (basa nitrogen guanin)

timidinmonofosfat / TMP (basa nitrogen timin)

deoksisitidinmonofosfat / dCMP (basa nitrogen citosin)

Inilah bentuk dasar deoksiribonukleotida penyusun ADN. Nukleotida penyusun ARN disebut ribonukleotida. Jadi hanya berbeda pada jenis gula ribosa dan basa nitrogenya urasil.

Nukleotida pembentuk ARN disebut ribonukleotida (nukleotida yang berikatan dengan gula ribosa) sebanyak 4 macam sesuai dengan jenis basa nitrogen, yaitu:

adenosinmonofosfat / AMP (basa nitrogen adenin)

guanosinmonofosfat /GMP (basa nitrogen guanin)

uridinmonofosfat / UMP (basa nitrogen urasil)

sitidinmonofosfat / CMP (basa nitrogen citosin)

Para nukleotida itulah yang akan digunakan pada proses replikasi untuk membentuk rantai baru ADN, juga digunakan pada proses transkripsi sewaktu pencetakan ARNd oleh ADN.

Perhatikan contoh bagaimana nukleotida dirangkai membnetuk ADN pada gambar di samping. Pertamakali deoksitimidintrifosfat akan berpasangan dengan adenin pada rantai ADN. Ketika telah berpasangan dengan adenin dua molekul fosfat akan lepas sehingga terbentuk deoksitimidinmonofosfat pada langkah pemanjangan (extension/elongasi). Jika basa nitrogen tidak cocok (error) akan dilakukan penggantian dengan nukleotida yang sesuai (langkah proofreading). Proses ini berlangsung dengan bantuan ADN polimerase.

Lantas bagaimana hubungannya dengan peran enzim dalam replikasi ADN dan transkripsi ARNd? Sebagaimana diketahui ada beberapa enzim berperan di sini, yaitu:

• ADN polimerase
• helikase
• ligase
• ARN polimerase

ADN polimerase adalah enzim penting dalam replikasi ADN maupun dalam perbaikan ADN. Enzim ini mengkatalisasi reaksi polimerisasi deoksiribonukleotida menjadi rantai ADN, dengan kata lain enzim ini mengkatalisasi reaksi pembentukan ADN dengan berperan dalam elongasi dan proofreading dan membaca rantai ADN utuh sebagai cetakan (template) lalu menggunakannya untuk membentuk rantai ADN baru. Molekul polimer yang baru terbentuk merupakan komplemen atau pasangan yang identik dengan rantai yang digunakan sebagai cetakannya. Lihat video animasinya di sini.

Helicase adalah enzim yang berperan dalam proses replikasi ADN. Enzim ini menggunakan energi dari ATP untuk memutus ikatan hidrogen antar rantai ADN double helix menjadi rantai tunggal.

Ligase (dari kata kerja Latin lig?re yang berarti “untuk mengikat” atau “terikat bersama-sama”) adalah enzim yang dapat mengkatalisis penggabungan dua molekul dengan membentuk ikatan kimia baru. Ligase ADN merupakan enzim yang digunakan untuk menggabungkan fragmen nukleotida ADN dan ARN. Jadi berperan dalam replikasi dan transkripsi. Selain iitu ligase berfungsi padaperbaikan ADN dengan mengikatkan kembali rantai nukleotida yang terputus. Nama umum lain untuk ligase adalah sintetase.

ARN polimerase adalah enzim yang digunakan dalam pembentukan ARN. Pada sel, enzim ini diperlukan untuk membangun rantai ARN gen ADN sebagai cetakannya melalui proses yang disebut transkripsi. Enzim ini penting untuk kehidupan dan ditemukan di semua organisme dan banyak virus.

PERMASALAHAN :

1.      Bagaimana proses katabolisme dan anabolisme nukleotida?

2.      Apa-apa saja kelainan penyakit yang disebabkan oleh DNA dan RNA ?

3.      Sebut dan jelaskan fungsi dan peranan nukleotida?

4.      Mengapa kadar RNA dalam sitoplasma dapat berubah-ubah dipengaruhi oleh sintesis protein?