Reaksi-Reaksi Spesifik Pada 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.

Nukleotida merupakan struktur pembentuk inti sel – DNA dan RNA yang penting untuk perkembangan sel, fungsi-fungsi tubuh dan penggantian jaringan yang rusak. Nukleotida tersebut terdapat di semua sel tubuh. 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 juga berperan dalam metabolisme sel. Contohnya saja nukleotida jenis Adenosin triposphat, yang merupakan pembawa energi utama ke dalam sel tubuh. Sel tubuh tidak akan berfungsi tanpa nukleotida ini. Nukleotida juga berfungsi untuk membantu sintesa lemak, karbohidrat, dan protein.

Nukleotida secara alami terbentuk didalam tubuh kita. Nuleotida khususnya terdapat di dalam jaringan tubuh yang berganti secara cepat, misalnya: jaringan kulit, sel darah merah dan putih, dan juga dalam sistem kekebalan tubuh.

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 fosfoester.

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 berlangsung pada 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  4jenis 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.

            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:

1.              Memiliki gugus gula deoksiribosa.

2.               Basa nitrogennya guanin (G), sitosin (C), timin (T) dan adenin (A).

3.              Memiliki rantai heliks ganda anti paralel

4.              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.

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.

c. 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.

e. 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.

permasalahan

1. apa saja peranan nukleotida dalam DNA dan RNA ?

2. jelaskan bagaimana struktur dari nukleotida ?

3. mengapa bagaimana proses terjadinya ikatan fosfodiester pada nukleotida ?

4. jelaskan salah satu contoh dari nukleotida !