METABOLISME
ASAM NUKLEAT
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. Sedangkan untuk katabolisme itu sendiri yaitu reaksi yang
mengurai molekul senyawa organik untuk mendapatkan energi. Dan 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, di laboratorium 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.
Ada dua jenis
asam nukleat yaitu DNA ( deoxyribonucleic acid ) atau asamdeoksiribonukleat dan
RNA (ribonucleic acid) atau asam ribonukleat. DNA oleh seorang dokter muda
Friedrich Miescher yang mempercayai bahwa rahasiakehidupan dapat diungkapkan
melalui penelitian kimia pada sel-sel.Sel yang dipilih oleh Friedrich adalah
sel yang terdapat pada nanah untuk dipelajari nyadan ia mendapatkan sel-sel
tersebut dari bekas pembalut luka yang diperolehnya dari dari ruang bedah.
Asam nukleat
terdapat dalam semua sel dan memiliki peranan yang sangat penting dalam
biosintesis protein. Baik DNA maupun RNA berupa anion dan pada umumnya
terikatpada protein yang mempunyai sifat basa, misalnya DNA dalam inti sel
terikat padahiston. 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
Asam nukleat
adalah biopolymer yang berbobot molekul tinggi dengan unit monomernya mononukleotida.
Asam nukleat terdapat pada semua sel hidup dan bertugas untuk menyimpan dan
mentransfer genetik, kemudian menerjemahkan informasi ini secara tepat untuk
mensintesis protein yang khas bagi masing-masing sel. Asam nukleat, jika
unit-unit pembangunnya deoksiribonukleotida , disebut asam deoksiribonukleotida
(DNA) dan jika terdiri- dari unit-unit ribonukleaotida disebut asam
ribonukleaotida (RNA).
Asam Nukleat
juga merupakan senyawa majemuk yang dibuat dari banyak nukleotida. 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.
Asam-asam
nukleat terdapat pada jaringan tubuh sebagai nukleoprotein, yaitu gabungan
antara asam nukleat dengan protein. Untuk memperoleh asam nukleat dari jaringan-jaringan
tersebut, dapat dilakukan ekstraksi terhadap nukleoprotein terlebih dahulu
menggunakan larutan garam IM. Setelah nukleoprotein terlarut, dapat diuraikan
atau dipecah menjadi protein-protein dan asam nukleat dengan menambah asam-asam
lemah atau alkali secara hati-hati, atau dengan menambah NaCl hingga jenuh akan
mengendapkan protein.
Cara lain untuk
memisahkan asam nukleat dari protein ialah menggunakan enzim pemecah protein,
misal tripsin. Ekstraksi terhadap jaringan-jaringan dengan asam triklorasetat,
dapat pula memisahkan asam nukleat. Denaturasi protein dalam campuran dengan
asam nukleat itu dapat pula menyebabkan terjadinya denaturasi asam nukleat itu
sendiri. Oleh karena asam nukleat itumengandung pentosa, maka bila dipanasi
dengan asam sulfat akan terbentuk furfural. Furfural ini akan memberikan warna
merah dengan anilina asetat atau warna kuning dengan p-bromfenilhidrazina. Apabila
dipanasi dengan difenilamina dalam suasana asam, DNA akan memberikan warna
biru. Pada dasarnya reaksi-reaksi warna untuk ribosa dan deoksiribosa dapat digunakan
untuk keperluan identifikasi asam nukleat.
Jenis-jenis Asam Nukleat
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.
Struktur DNA dan RNA
Asam nukleat
biasanya tersusun atas DNA dan RNA yang terdiri dari monomer nukleotida,dimana
nukleotida ini biasanya tersusun atas gugus fosfat, basa nitrogen,dan gula
pentosa serta kelompok basa purin dan piridin seperti: adenine, guanine,
sitosin, timin dan danurasil.
DNA (deoxyribonucleic acid)
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 karakteri/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
Gambar : Struktur DNA
RNA (Ribonukleat acid)
Meskipun banyak persamaan
dengan DNA , RNA juga 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.
Nukleotida
dan Nukleosida
Fungsi
Asam Nukleat
DNA mengandung
gen, informasi yang mengatur sintesis protein dan RNA. DNA mengandung
bagian-bagian yang menentukan pengaturan ekspresi gen (promoter, operator,
dll.). Ribosomal RNA (rRNA) merupakan komponen dari ribosom, mesin biologis
pembuat protein Messenger RNAs (mRNA) merupakan bahan pembawa informasi genetik
dari gen ke ribosom. Transfer RNAs (tRNAs) merupakan bahan yang menterjemahkan
informasi dalam mRNA menjadi urutan asam amino RNAs memiliki fungsi-fungsi yang
lain, di antaranya fungsi-fungsi katalis 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, dan mentranslasi
informasi genetik; dan reaksi-reaksi informasi energi; koenzim pembawa energi;
zat gula, senyawa amino dan biomolekul lainnya; koenzim reaksi oksidasi reduksi.
Sintesis
RNA dan DNA
Sintesis RNA
Sintesis RNA
biasanya dikatalisis oleh enzim DNA-RNA polymerase menggunakan sebagai
template, sebuah proses yang dikenal sebagai transkripsi. Inisiasi transkripsi
dimulai dengan pengikatan enzim ke urutan promotor dalam DNA (biasanya ditemukan
"upstream" dari gen).
DNA helix ganda
dibatalkan oleh aktivitas helikase enzim. Enzim kemudian berlanjut sepanjang
untai template dalam arah 3 'to 5', mensintesiskan molekul RNA komplementer
dengan elongasi terjadi di 5 'ke 3' arah. Urutan DNA juga menentukan dimana
berakhirnya sintesis RNA akan terjadi. RNA sering dimodifikasi oleh enzim setelah
transkripsi. Misalnya, poli dan topi 5 'ditambahkan ke mRNA eukariotik intron pra-dan
dikeluarkan oleh spliceosome.
Ada juga
sejumlah polimerase RNA RNA-tergantung yang menggunakan RNA sebagai template
mereka untuk sintesis untai baru RNA. Sebagai contoh, sejumlah virus RNA
(seperti virus polio) menggunakan jenis enzim untuk mereplikasi materi genetic mereka.
Juga, RNA-dependent RNA polimerase merupakan bagian dari jalur interferensi RNA
di banyak organisme.
Transkripsi
merupakan sintesis RNA dari salah satu rantai DNA, yaitu rantai cetakan atau
sense, sedangkan rantai komplemennya disebut rantai antisense. Rentangan DNA
yang ditranskripsi menjadi molekul RNA disebut unit transkripsi. Informasi dari
DNA untuk sintesis protein dibawa oleh mRNA. RNA dihasilkan dari aktifitas
enzim RNA polimerase. Enzim polimerasi membuka pilinan kedua rantai DNA hingga
terpisah dan merangkaikan nukleotida RNA. Enzim RNA polymerase merangkai
nukleotida-nukleotida RNA dari arah 5‟ ke 3‟, saat terjadi perpasangan basa di
sepanjang cetakan DNA. Urutan nukleotida spesifik di sepanjang cetakan DNA. Urutan
nukleotida spesifik di sepanjang DNA menandai dimana transkripsi suatu gen dimulai
dan diakhiri.
Transkripsi
terdiri dari 3 tahap yaitu: inisiasi (permulaan), elongasi (pemanjangan),
terminasi (pengakhiran) rantai mRNA.
1. Inisiasi
Daerah DNA di
mana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter.
Suatu promoter menentukan di mana transkripsi dimulai, juga menentukan yang
mana dari kedua untai heliks DNA yang digunakan sebagai cetakan.
2. Elongasi
Saat RNA
bergerak di sepanjang DNA, RNA membuka pilinan heliks ganda DNA, sehingga
terbentuklah molekul RNA yang akan lepas dari cetakan DNAnya.
3. Terminasi
Transkripsi
berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut
terminator. Terminator yang ditranskripsi merupakan suatu urutan RNA yang
berfungsi sebagai sinyal terminasi yang sesungguhnya. Pada sel prokariotik,
transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir sinyal terminasi; yaitu,
polimerase mencapai titik terminasi sambil melepas RNA dan DNA. Sebaliknya, pada sel eukariotik polimerase
terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam mRNA. Pada titik
yang lebih jauh kira-kira 10 hingga 35 nukleotida, mRNA ini dipotong hingga
terlepas dari enzim tersebut.
Sintesis
DNA
Sintesis DNA
disini dimaksud adalah replikasi DNA yaitu proses perbanyakan bahan genetic.
Pengkopian rangkaian molekul bahan genetik( DNA atau RNA) sehingga dihasilkan
molekul anakan yang sangat identik.
Model ini memberikan
gambaran bahwa untaian DNA induk berperanan sebagai cetakan (template) bagi
pembentukan untaian DNA baru. Model ini memberikan gambaran bahwa untaian DNA
induk berperanan sebagai cetakan (template) bagi pembentukan untaian DNA baru.
Komponen
utama Replikasi, adalah sebagai berikut :
1. DNA
cetakan, yaitu molekul DNA atau RNA yang akan
direplikasi.
2. Molekul
deoksiribonukleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP,
dan dGTp. Deoksiribonukleotida terdiri atas tiga komponen yaitu: (i) basa purin
atau pirimidin,(ii) gula 5-karbon( deoksiribosa) dan (iii) gugus fosfat.
3. Enzim
DNA polimerase, yaitu enzim utama yang mengkatalisi
proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA.
4. Enzim
primase, yaitu enzim yang mengkatalisis sintesis
primer untuk memulai replikasi DNA.
5. Enzim
pembuka ikatan untaian DNA induk, yaitu enzim helikase dan enzim lain
yang membantu proses tersebut yaitu enzim girase.
6. Molekul
protein yang menstabilkan untaian DNA yang sudah terbuka,yaitu protein
7. SSB
(single strand binding protein).
8. Enzim
DNA ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk
menyambung fragmenfragmen DNA.
Meknisme
dasar replikasi, adalah sebagai berikut :
1.
Denaturasi (pemisahan) untaian DNA induk,
2.
Peng-"awal"-an( initiation, inisiasi) sintesis DNA.
3.
Pemanjangan untaian DNA,
4.
Ligasi fragmen-fragmen DNA, dan
5.
Peng-"akhir"-an (termination, terminasi) sintesis DNA.
Sintesis
untaian DNA yang baru akan dimulai segera setelah kedua untaian DNA induk
terpisah membentuk garpu replikasi Pemisahan kedua untaian DNA induk dilakukan
oleh enzim DNA helikase. Sintesis DNA berlangsung dengan orientasi 5'-P
ke 3'-OH. Oleh karena ada dua untaian DNA cetakan yang orientasinya berlawanan,
maka sintesis kedua untaian DNA baru juga berlangsung dengan arah geometris
yang berlawanan namun semuanya tetap dengan orientasi 5' ke 3'.
Pada untaian
DNA awal, polimerisasi DNA berlangsung secara kontinu sehingga molekul DNA baru
yang disintesis merupakan satu unit. Pada untaian DNA awal, polimerisasi DNA
berlangsung secara kontinu sehingga molekul DNA baru yang disintesis merupakan
satu unit. Fragmen-fragmen DNA pendek yang disintesis tersebut disebut fragmen
Okazaki, karena fenomena sintesis DNA secara diskontinu tersebut pertama
kali iungkapkan oleh Reiji Okazaki pada tahun 1968.
Transkripsi
dan Translasi
Transkripsi
Transkripsi
adalah proses penyalinan kode-kode genetik yang ada pada urutan DNA meniadi
molekul RNA. Transkripsi adalah proses yang mengawali ekspresi sifat-sifat
genetik yang nantinya akan muncul sebagai fenotipe. Urutan nukleotida pada
salah satu untaian molekul RNA digunakan sebagai cetakan (template) untuk sintesis
molekul RNA yang komptementer.
Mekanisme Dasar Transkripsi
adalah sebagai berikut :
• Transkripsi (sintesis
RNA) dilakukan melalui beberapa tahapan yaitu:
1.
Faktor-faktor
yang mentendalikan transkripsi menempel pada bagian promoter.
2.
Penempelan
faktor-faktor pengendali transkripsi menyebabkan terbentuknya kompleks promoter
yang terbuka (open promoter complex).
3.
RNA
pofimerase membaca cetakan (DNA template) dan mulai melakukan pengikatan nukleotida
yang komplementer dengan cetakannya.
4.
Setelah
terjadi proses pemanjangan untaian RNA hasil sintesis, selanjutnya diikuti dengan
proses pengakhiran (terminasi) transkripsi yang ditandai dengan pelepasan RNA
polimerase dari DNA yang ditranskripsi.
Karakter Kimiawi Transkripsi adalah sebagai berikut :
1.
Prekursor
untuk sintesis RNA adalah empat macam ribonukleotida yaitu 5'-trifosfat ATP GTP
CTP dan UTP (pada RNA tidak ada thymine).
2.
Reaksi
polimerisasi RNA pada prinsipnya sama dengan polimerisasi DNA, yaitu dengan
arah 5' 3'.
3.
Urutan
nukleotida RNA hasil sintesis ditentukan oleh cetakannya yaitu urutan DNA yang
ditranskripsi. Nukleotida RNA yang digabungkan adalah nukleotida yang
komplementer dengan cetakannya. Sebagai contoh, jika urutan DNA yang
ditranskripsi adalah ATG, maka urutan nukleotida RNA yang digabungkan adalah
UAC.
4.
Molekul
DNA yang ditranskripsi adalah molekul untai-ganda tetapi yang berperanan
sebagai cetakan hanya salah satu untaiannya.
5.
Hasil
transkripsi berupa molekul RNA untai tunggal.
Translasi
Translasi
adalah proses penerjemah urutan nucleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi
rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein. Hanya
molekul mRNA yang ditranslasi, sedangkan rRNA dan tRNA tidak ditranslasi.
Molekul mRNA merupakan transkrip (salinan) urutan DNA yang menyusun suatu gen
dalam bentuk ORF (open reading frame, kerangka baca terbuka).
Molekul rRNA
adalah salah satu molekul penyusun ribosom, yakni organel tempat berlangsungnya
sintesis protein, tRNA adalah pembawa asam-asam amino yang akan disambungkan
menjadi rantai polipeptida.
Dalam proses
translasi, rangkaian nukleotida pada mRNA akan dibaca tiap tiga nukleotida
sebagai satu kodon untuk satu asam amino, dan pembacaan dimulai dari urutan
kodon metionin (ATG pada DNA atau AUG pada RNA).
Kodon (kode genetik)
Kodon (kode genetik) adalah
urutan nukleotida yangterdiri atas 3 nukleotida yanq berurutan (sehingga sering
disebut sebagai triplet codon, yang menyandi suatu kodon asam amino tertentu,
misalnya urutan ATG (AUG pada mRNA) mengkode asam amino metionin, Kodon
inisiasi translasi merupakan kodon untuk asam amino metionin yang mengawali
struktur suatu polipeptida (protein). Pada prokaryot, asam amino awal tidak
berupa metionin tetapi formil metionin (fMet).
Ada beberapa aspek yang
perlu diketahui mengenai kode genetik, yaitu:
•
Kode
genetik bersifat tidak saling tumpang-tindih (non-overlappind kecuali pada
kasus tertentu, misalnya pada
bakteriofag
•
Tidak
ada sela (gap) di antara kodon satu dengan kodon yang lain.
•
Tidak
ada koma di antara kodon.
•
Kodon
bersifat degenerotea, buktinya ada beberapa asam amino yang mempunyai lebih dari
satu kodon.
•
Secara
umum, kodon bersifat hampir universal karena pada beberapa organel jasad tinggi
ada beberapa kodon yang berbeda dari kodon yang digunakan pada sitoplasm.
•
Dalam
proses translasi, setiap kodon berpasangan dengan antikodon yang sesuai yang terdapat
pada molekul tRNA.
•
Sebagai
contoh, kodon metionin (AUG) mempunyai komplemennya dalam bentuk antikodon UAC
yang terdapat pada tRNAMet
•
Pada
waktu tRNA yang membawa asam amino diikat ke dalam sisi A pada ribosom, maka
bagian antikodonnya berpasangan dengan kodon yang sesuai yang ada pada sisi A
tersebut.
•
Oleh
karena itu, suatu kodon akan menentukan asam amino yang disambungkan ke dalam
polipeptida yang sedang disintesis di dalam ribosom
Dalam proses translasi,
setiap kodon berpasangan dengan antikodon yang sesuai yang terdapat pada
molekul tRNA. Sebagai contoh, kodon metionin (AUG) mempunyai komplemennya dalam
bentuk antikodon UAC yang terdapat pada tRNAMet. Pada waktu tRNA yang membawa
asam amino diikat ke dalam sisi A pada ribosom, maka bagian antikodonnya
berpasangan dengan kodon yang sesuai yang ada pada sisi A tersebut. Oleh karena
itu, suatu kodon akan menentukan asam amino yang disambungkan ke dalam
polipeptida yang sedang disintesis di dalam ribosom.
Sebelum
inisiasi translasi di lakukan, diperlukan molekul tRNA (aminoasil
tRNA)
yang berfungsi membawa asam amino spesifik.
Inisiasi
translasi (eukariyot)
• Kodon
inisiasi adalah metionin
• Molekul
tRNA inisiator disebut sebagai tRNA
•
Ribosom bersama-sama dengan tRNA dapat
menemukan kodon awal dengan cara berikatan dengan ujung 5' (tudung), kemudian
melakukan pelarikan (scanning) transkrip ke arah hilir (dengan arah 5' 3') sampai menemukankodon awal (AUG).
• Menurut
model scanning tersebut, ribosom memulai translasi pada waktu menjumpai sekuens
AUG yang pertama kali
Pemanjangan polipeptida
• Proses pemanjangan
polipeptida disebut sebagai proses elongation yang secara umum mempunyai
mekanisme yang serupa pada prokaryot dan eukaryot.
• Proses pemanjangan
terjadi dalam tiga tahapan, yaitu: (1) pengikatan aminoasil-tRNA pada sisi A
yang ada di ribosom,( 2) pemindahan rantai polipeptida yang tumbuh dari tRNA
yang ada pada sisi P ke arah sisi A dengan membentuk ikatan peptida, dan (3) translokasi
ribosom sepanjang mRNA ke posisi kodon selanjutnya yang ada di sisi A.
Terminasi
•
Translasi
akan berakhir pada waktu salah satu dari ketiga kodon terminasi (UAA, UGA, UAG)
yang ada pada mRNA mencapai posisi A pada ribosom.
•
Dalam
keadaan normal tidak ada aminoasil-tRNA yang membawa asam amino sesuai dengan
ketiga kodon tersebut.
•
Oleh
karena itu, jika ribosom mencapai salah satu dari ketiga kodon terminasi tersebut,
maka proses translasi berakhir
METABOLISME
PURIN DAN PIRIMIDIN
Basa purin dan
pirimidin ditemukan di dalam nukleotida dan dalam asam nukleat. Basa-basa
tersebut dibentuk de novo oleh jalur yang menggunakan asam amino sebagai
precursor dan menghasilkan nukleotida. Sebagian besar sintesis de novo terjadi
di hati, dan
basa bernitrogen serta nukleosida kemudian
diangkut ke jaringan lain oleh sel darah merah. Otak juga membentuk nukleotida
dalam jumlah yang bermakna.
Biosintesis
purin dan pirimidin diatur dan dikoordinasikan dengan ketat oleh mekanisme
umpan-balik yang menjamin agar waktu dan jumlah produksikedua zat tersebut
selalu sesuai dengan kebutuhan fisiologisnya yang bervariasi. Penyakit genetic
metabolism purin mencakup gout, sindrom Lesch-Nyhan, defisiensi adenosine
deaminase dan difisiensi purin nukleotida fosforilase. Sebaliknya, selain
asiduria orotat, hanya sedikit kelainan katabolisme pirimidin yang secara
klinis bermakna.
Jaringan tubuh
dapat menyintesis purin dan pirimidin dari zat-zat antara amfibolik. Asam
nukleat dan nukleotida yang dimakan yang karenanya bersifat nonesensial secara
dietetik diuraikan disaluran cerna menjadi mononukleotida sehingga dapat
diserap atau diubah menjadi basa purin dan pirimidin. Basa purin kemudian
dioksidasi menjadi asam urat yang dapat diabsorpsi atau diubah menjadi basa
purin atau pirimidin. Basa purin kemudian dioksidasi menjadi asam urat yang
akan diabsorbsi maupun diekskresikan dalam urine. Jika hanya sedikit atau tidak
ada purin/pirimidin dalam makanan untuk dijadikan asam nukleat jaringan,
senyawa yang disuntikkan dapat digunakan untuk membentuk asam nukleat. Oleh
kaena itu, penggbungan [3H]timidin (senyawa yang disuntikkan) menjadi DNA ini
dapat digunakan untuk mengukur laju sintesis DNA.
Pembentukan Nukleotida Purin dan
Pirimidin
Gambar 1. Biosintesis purin. A. Reaksi dalam jalur
biosintesis. B. Asal atom pada basa purin . RR = ribonukleotida reduktase; FH4
= tetrahiddrofosfat.
Dalam reaksi pertama jalur,
PRPP bereaksi dengan glutamin membentuk fosforibosilamin (Gbr 2). reaksi ini,
yang menghasilkan nitrogen 9 cincin purin, dikatalisis oleh PRPP glutamil
amidotransferase, suatu enzim yang dihambat oleh tiga produk jalur, IMP, AMP,
dan GMP. Ketiga nukleosida ini juga menghambat sintesis PRPP sehingga
memperlambat produksi nukleotida purin dengan menurunkan kadar substrat PRPP.
Dalam reaksi kedua,
keseluruhan gugus glisin ditambahkan ke prekursor yang sedang tumbuh. Glisin
menyediakan karbon 4 dan 5 serta nitrogen 7 pada cincin purin (Gbr. 3).
Kemudian, karbon 8 disediakan
oleh metenil tetrahidrofolat, nitrogen 3 oleh glutamin, karbon 6 oleh CO2,
nitrogen 1 oleh aspartat, dan karbon 2 oleh formil tetrahidrofolat. Gambar 1.1
memperlihatkan sumber masing-masing atom cincin purin.
Gambar 3 penggabungan gglisin ke dalam precursor
purin.
|
Gambar
2 Langkah pertama dalam biosintesis purin. Basa purin dibentuk pada gugus
ribose. Produk jalur ini (IMP, MP, dan GMP) menghambat reaksi. ketersediaan
substrat PRPP adalah penentu kecepatan reaksi ini.
|
Nukleotida purin pertama
yang dibentuk oleh jalur ini adalah inosin monofosfat (IMP). Nukleotida ini
mengandung basa hipoxantin yang disatukan oleh ikatan N- glikosidat dari
nitrogen 9 cincin purin ke karbon 1 pada ribosa (Gbr.4)
IMP berfungsi sebagai titik
cabang, serta nukleotida adenin dan guanin dibentuk dari IMP (lihat Gbr.1).
Adenosin monofosfat (AMP) berasal dari IMP melalui penambahan sebuah gugus
amino dari aspartat ke karbon 6 cincin purin dalam reaksi yang memerlukan GTP.
Guanosin monofosfat (GMP) berasal dari IMP melalui pemindahan sebuah gugus
amino dari amida glutamin ke karbon 2 cincin purin. Dalam hal ini, reaksi
membutuhkan ATP. AMP dan GMP masing-masing menghambat pembentukannya sendiri
dari IMP.
Gambar.4 Struktur inosin
monofosfat (IMP). basanya adalah hipoxantin.
AMP dan GMP dapat mengalami fosforilase ke tingkat
difosfat dan trifosfat dan digunakan untuk proses yang memerlukan energi di
dalam sel. Purin nukleosida trifosfat juga digunakan sebagai prekursor untuk
sintesis RNA (lihat gambar 1).
Gambar
5 Reduksi ribose menjadi deosiribosa. reduksi berlangsung ditingkat nukleosida
difosfat. Ribonukleosida difosfat (NDP) dibah menjadi deoksiribunokleosida
difosfat (dNDP). Tioridoksin dioksidasi menjadi suatu disulfide, yang
harusdireduksi agar reaksi tetap dapat menghasilkan dNDP. N = basa nitrogen,
biasanya adenine, guanine dan sitosin.
Pembentukan
Nukleotida Pirimidin
Dalam
pembentukan nukleotida pirimidin, yang disintesis pertama kali adalah basa,
kemudian basa tersebut dilekatkan ke gugus ribose 5-fosfat. Dalam reaksi
pertama, glutamine bereaksi dengan CO2 dan ATP membentuk karbamoil fosfat.
Reaksi ini analog dengan reaksi pertama pada siklus urea, kecuali bahwa
digunakan glutamine sebagai sumber nitrogen (bukan amonia) dan terjadi di dalam
sitosol (bukan di mitokondria). Reaksi ini dikatalisis oleh karbamoil fosfat
sintetase II, yang dihambat oleh UTP, salah satu produk jalur. Reaksi analog
dalam pembentukan urea dikatalisis oleh karbamoil fosfat sintetase I, yang
diaktifkan oleh N-asetil glutamate.
Dalam reaksi
selanjutnya pada biosintesis pirimidin, keseluruhan molekul aspartat ditambahkan
ke karbamoil fosfat. Molekul ini kemudian menutup untuk membentuk struktur
cincin, yang di oksidase menjadi asam orotat. Orotat bereaksi dengan PRPP,
menghasilkan orotidin 5-fosfat, yangkemudian mengalami dekarboksilasi membentuk
uridin monofosfat (UMP).
UMP mengalami
fosforilasi menjadi UTP. Sebuah gugus amino, yang berasal dari amida glutamine,
ditambahkan ke karbon 4 untuk menghasilkan CTP. UTPN dan CTP adalah precursor
untuk sintesis RNA.
CTP mengalami
defosforilasi membentuk CDP, dan pada tingkat difosfat ini gugus ribose di
reduksi menjadi deoksiribosa oleh ribonukleotida reduktase (Gbr .5). dCDP
mengalami defosforilasi dan deaminasi, membentuk dUMP. Metilen tetrahidrofolat
memindahkan sebuah gugus metil ke dUMP membentuk dTMP. Reaksi fosforilasi
menghasilkan dCTP dan dTTP, precursor yang digunakan untuk sintesis DNA
Penguraian Basa Purin dan
Pirimidin
Penguraian Basa Purin
Penguraian
nukleotida purin (AMP dan GMP) terjadi terutama di hati . AMP mula-mula
mengalami deamilasi menjadi IMP. Kemudian IMP dan GMP mengalami defosforilase,
dan ribosa diputuskan dari basa. Hipoxantin, basa yang terbentuk dari pemutusan
IMP, diubah oleh xantin oksidase menjadi xantin, dan guanin 8 mengalami
diaminasi menghasilkan xantin. Jalur untuk penguraian adenin dan guanin menyatu
di titik ini. Xantin diubah oleh xantin oksidase menjadi asam urat, yang
diekskresikan dalam urine. Xantin oksidase adalah suatu enzim yang memerlukan
molibdenum yang menggunakan oksigen molekular dan menghasilkan hidrogen
peroksida (H202). Terdapat bentuk lain xantin oksidase yang menggunakan NAD+
sebagai akseptor electron.
Penguraian
Basa Pirimidin
gbr. 6 penguraian baa purin.
reaksi-reaksi yang dihambat oleh alopurinol ditandai. terdapat bentuk
xantin oksidase yang kedua yang menggunakan NAD+menghasilkan O2 sebagai akseptor
electron.
|
DAFTAR PUSTAKA
Mark. B Dawn, Marks D. Allan, &
Smith M. Biokimia Kedokteran Dasar. EGC.Jakarta. 2000
Anonymous.c.http://www.scribd.com/doc/41966467/Resume-Asam-Nukleat.
2012
Diakses tanggal 19 oktober
2012
Koolman Jan & Rohm H.
Atlas Berwarna & Teks Biokimia. Hipokarates. Jakarta.2000
0 komentar :
Posting Komentar