Struktur dan fungsi Asam Nukleat

Asam nukleat adalah makromolekul paling penting untuk menjaga kelangsungan hidup organisme. Asam nukleat membawa cetak biru genetik sel dan membawa instruksi untuk berfungsinya sel.

Dua jenis utama asam nukleat adalah asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). DNA adalah bahan genetik yang ditemukan di semua organisme hidup, mulai dari bakteri bersel tunggal hingga mamalia multisel. Ini ditemukan di nukleus eukariota dan di organel, kloroplas, dan mitokondria. Pada prokariota, DNA tidak tertutup dalam selaput membran.

Seluruh konten genetik suatu sel dikenal sebagai genomnya, dan studi genomnya adalah genomik. Dalam sel eukariotik tetapi tidak dalam prokariota, DNA membentuk kompleks dengan protein histon untuk membentuk kromatin, substansi kromosom eukariotik. Sebuah kromosom mungkin mengandung puluhan ribu gen. Banyak gen yang mengandung informasi untuk membuat produk protein; kode gen lain untuk produk RNA. DNA mengontrol semua aktivitas seluler dengan mematikan gen “on” atau “off.”

Jenis lain dari asam nukleat, RNA, sebagian besar terlibat dalam sintesis protein. Molekul DNA tidak pernah meninggalkan nukleus melainkan menggunakan perantara untuk berkomunikasi dengan sel lainnya. Perantara ini adalah messenger RNA (mRNA). Jenis RNA lain — seperti rRNA, tRNA, dan microRNA — terlibat dalam sintesis protein dan pengaturannya.

DNA dan RNA terdiri dari monomer yang dikenal sebagai nukleotida. Nukleotida bergabung satu sama lain untuk membentuk polinukleotida, DNA atau RNA. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen: basa nitrogen, gula pentosa (lima karbon), dan gugus fosfat (Gambar 1). Setiap basa nitrogen dalam nukleotida melekat pada molekul gula, yang melekat pada satu atau lebih gugus fosfat.

Pengertian Asam Nukleat

Asam nukleat adalah bahan penyusun dari organisme hidup. Anda mungkin pernah mendengar tentang DNA yang dijelaskan dengan cara yang sama. Coba tebak? DNA adalah salah satu jenis asam nukleat. Beberapa jenis lainnya adalah RNA, mRNA, dan tRNA. Semua ini bekerja sama untuk membantu sel-sel mereplikasi dan membangun protein. Meskipun Anda mungkin tidak perlu mengingat semua kata-kata ini sekarang, kita harus memberitahu Anda bahwa DNA singkatan dari asam deoksiribonukleat.

RNA adalah singkatan dari asam ribonukleat. mRNA dan tRNA masing-masing adalah meseenger RNA dan RNA transfer. Anda bahkan mungkin mendengar tentang rRNA yang merupakan singkatan dari RNA ribosom. Mereka disebut asam nukleat karena para ilmuwan pertama kali menemukan mereka dalam inti sel. Asam nukleat telah ditemukan dalam mitokondria, kloroplas, dan sel-sel yang tidak memiliki nukleus, seperti bakteri dan virus.

Dasar

Anda sudah diberitahu tentang asam nukleat adalah (DNA, mRNA, tRNA). Mereka sebenarnya terdiri dari rantai pasangan basa asam nukleat yang membentang dari sedikitnya tiga sampai jutaan. Ketika pasang mereka bergabung dalam rantai super panjang (DNA), mereka membuat bentuk yang disebut double heliks.

Bentuk heliks ganda adalah seperti tangga berkelok-kelok. Pasangan basa adalah anak tangga. Segala sesuatu yang berada dalam tubuh Anda dikodekan dalam DNA yang ditemukan dalam sel-sel Anda. Para ilmuwan masih memperdebatkan berapa banyak dari kepribadian Anda yang dikendalikan oleh DNA.

Basa nitrogen, komponen penting nukleotida, adalah molekul organik dan dinamakan demikian karena mengandung karbon dan nitrogen. Mereka basa karena mengandung gugus amino yang memiliki potensi mengikat hidrogen tambahan, dan dengan demikian, menurunkan konsentrasi ion hidrogen di lingkungannya, membuatnya lebih basa. Setiap nukleotida dalam DNA mengandung satu dari empat kemungkinan basa nitrogen: adenin (A), guanin (G) sitosin (C), dan timin (T). Nukleotida RNA juga mengandung satu dari empat basa yang mungkin: adenin, guanin, sitosin, dan urasil (U) daripada timin.

Adenin dan guanin diklasifikasikan sebagai purin. Struktur utama purin adalah dua cincin karbon-nitrogen. Sitosin, timin, dan urasil diklasifikasikan sebagai pirimidin yang memiliki cincin karbon-nitrogen tunggal sebagai struktur utamanya (Gambar 1). Masing-masing cincin karbon-nitrogen dasar ini memiliki gugus fungsi yang berbeda yang melekat padanya. Dalam steno biologi molekuler, basa nitrogen hanya diketahui dengan simbol A, T, G, C, dan U. DNA mengandung A, T, G, dan C sedangkan RNA mengandung A, U, G, dan C.

Gula pentosa dalam DNA adalah deoksiribosa, dan dalam RNA, gula adalah ribosa (Gambar 1). Perbedaan antara gula adalah adanya gugus hidroksil pada karbon kedua ribosa dan hidrogen pada karbon kedua deoksiribosa. Atom karbon dari molekul gula diberi nomor 1 ′, 2 ′, 3 ′, 4 ′, dan 5 ′ (1 read dibaca sebagai “satu prima”). Residu fosfat melekat pada gugus hidroksil dari 5 ′ karbon dari satu gula dan kelompok hidroksil dari ′ karbon dari gula nukleotida berikutnya, yang membentuk ikatan fosfodiester 5′-3.. Tautan fosfodiester tidak dibentuk oleh reaksi dehidrasi sederhana seperti ikatan lain yang menghubungkan monomer dalam makromolekul: pembentukannya melibatkan penghilangan dua gugus fosfat. Polinukleotida mungkin memiliki ribuan ikatan fosfodiester semacam itu.

Struktur Asam Nukleat

Gambar 1. Nukleotida terdiri dari tiga komponen: basa nitrogen, gula pentosa, dan satu atau lebih gugus fosfat. Residu karbon dalam pentosa diberi nomor 1 ′ hingga 5 ′ (primer membedakan residu ini dari residu, yang diberi nomor tanpa menggunakan notasi prima). Basa melekat pada posisi 1 rib ribosa, dan fosfat melekat pada posisi 5.. Ketika polinukleotida terbentuk, 5 ′ fosfat dari nukleotida yang masuk menempel pada kelompok 3 ′ hidroksil di ujung rantai yang sedang tumbuh. Dua jenis pentosa ditemukan dalam nukleotida, deoksiribosa (ditemukan dalam DNA) dan ribosa (ditemukan dalam RNA). Deoksiribosa memiliki struktur yang mirip dengan ribosa, tetapi memiliki H dan bukannya OH pada posisi 2.. Basa dapat dibagi menjadi dua kategori: purin dan pirimidin. Purin memiliki struktur cincin ganda, dan pirimidin memiliki cincin tunggal.

Struktur asam nukleat DNA dan RNA adalah mirip. Struktur ini dibagi menjadi empat tingkatan yang berbeda, primer, sekunder, tersier dan kuarterner.

Struktur primer

Struktur primer asam nukleat merupakan urutan linear nukleotida, yang dihubungkan satu sama lain dengan sambungan fosfodiester.
Nukleotida terdiri dari tiga komponen – basa nitrogen, gula 5-karbon dan gugus fosfat.
Basa nitrogen adalah purin (adenin, guanin) dan pirimidin sitosin {, timin (hadir dalam DNA saja), urasil (hadir dalam RNA saja)}.
Gula 5 karbon adalah deoksiribosa untuk DNA dan dan gula ribosa pada RNA.
Basa purin, membentuk ikatan glikosidik antara nitrogen dan 9 ‘9 – gugus OH molekul gula.
Basa pirimidin, mereka membentuk ikatan glikosidik antara nitrogen 1 ‘ dan 9’ -OH dari deoksiribosa tersebut.
Komponen Asam Nukleat
Dalam basa purin dan pirimidin gugus fosfat membentuk ikatan dengan molekul gula antara satu kelompok oksigen bermuatan negatif dan 5 ‘-OH dari gula. Nukleotida membentuk hubungan fosfodiester antara 5 ‘dan 3’ atom karbon, ini membentuk asam nukleat. Urutan Nukleotida saling melengkapi satu sama lain.

Struktur sekunder

Struktur sekunder adalah interaksi antara basa. Struktur ini menunjukkan bagian mana helai terikat satu sama lain. Kedua untai DNA dalam double heliks DNA terikat satu sama lain dengan batas hidrogen. Nukleotida pada pasangan basa satu untai dengan nukleotida untai lainnya. Struktur sekunder DNA didominasi pasangan basa dua helai polinukleotida membentuk double heliks.

Struktur tersier

Struktur tersier adalah bentuk tiga dimensi di mana seluruh rantai dilipat. Pengaturan struktur tersier berbeda dalam empat bentuk struktural:

Tangan Kiri atau kanan
Panjang pergantian heliks.
Jumlah pasangan basa per giliran.
Perbedaan ukuran antara utama dan alur kecil.

Struktur Kuarter

Struktur Kuarter adalah tingkat yang lebih tinggi dari organisasi asam nukleat. Struktur ini mengacu pada interaksi asam nukleat dengan molekul lain. Organisasi yang paling sering terlihat adalah bentuk kromatin yang menunjukkan interaksi dengan protein histon kecil.

Struktur DNA

DNA memiliki struktur heliks ganda. Gula dan fosfat terletak di luar heliks, membentuk tulang punggung DNA. Basa nitrogen ditumpuk di bagian dalam, seperti anak tangga, berpasangan; pasangan terikat satu sama lain oleh ikatan hidrogen. Setiap pasangan basa di heliks ganda dipisahkan dari pasangan basa berikutnya dengan 0,34 nm.

Dua helai heliks berjalan berlawanan arah, artinya ujung karbon 5 one dari satu helai akan menghadapi ujung karbon 3 str dari helai yang cocok. (Ini disebut sebagai orientasi antiparalel dan penting untuk replikasi DNA dan dalam banyak interaksi asam nukleat.)

Hanya beberapa jenis pasangan basa yang diizinkan. Misalnya, purin tertentu hanya dapat berpasangan dengan pirimidin tertentu. Ini berarti A dapat berpasangan dengan T, dan G dapat memasangkan dengan C, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Ini dikenal sebagai aturan komplementer dasar. Dengan kata lain, untaian DNA saling melengkapi satu sama lain. Jika urutan satu untai adalah AATTGGCC, untai komplementer akan memiliki urutan TTAACCGG. Selama replikasi DNA, setiap untai disalin, menghasilkan heliks ganda DNA anak perempuan yang mengandung satu untai DNA orang tua dan untai yang baru disintesis.

Struktur RNA

Asam ribonukleat, atau RNA, terutama terlibat dalam proses sintesis protein di bawah arahan DNA. RNA biasanya beruntai tunggal dan terbuat dari ribonukleotida yang dihubungkan oleh ikatan fosfodiester. Ribonukleotida dalam rantai RNA mengandung ribosa (gula pentosa), salah satu dari empat basa nitrogen (A, U, G, dan C), dan gugus fosfat.

Ada empat jenis utama RNA: messenger RNA (mRNA), RNA ribosom (rRNA), RNA transfer (tRNA), dan microRNA (miRNA). Yang pertama, mRNA, membawa pesan dari DNA, yang mengontrol semua aktivitas seluler dalam sel. Jika sebuah sel membutuhkan protein tertentu untuk disintesis, gen untuk produk ini dinyalakan “dan RNA kurir disintesis dalam nukleus. Urutan basa RNA saling melengkapi dengan urutan pengkodean DNA yang telah disalin. Namun, dalam RNA, basis T tidak ada dan U hadir sebagai gantinya. Jika untai DNA memiliki urutan AATTGCGC, urutan RNA komplementer adalah UUAACGCG. Dalam sitoplasma, mRNA berinteraksi dengan ribosom dan mesin seluler lainnya.

MRNA dibaca dalam set tiga basis yang dikenal sebagai kodon. Setiap kode kodon untuk asam amino tunggal. Dengan cara ini, mRNA dibaca dan produk protein dibuat. RNA ribosom (rRNA) adalah konstituen utama ribosom di mana mRNA mengikat. RRNA memastikan keselarasan mRNA dan ribosom yang tepat; rRNA ribosom juga memiliki aktivitas enzimatik (peptidil transferase) dan mengkatalisis pembentukan ikatan peptida antara dua asam amino yang selaras. Transfer RNA (tRNA) adalah salah satu yang terkecil dari empat jenis RNA, biasanya 70-90 nukleotida. Ini membawa asam amino yang benar ke tempat sintesis protein. Ini adalah pasangan basa antara tRNA dan mRNA yang memungkinkan asam amino yang tepat untuk dimasukkan ke dalam rantai polipeptida. microRNA adalah molekul RNA terkecil dan perannya melibatkan regulasi ekspresi gen dengan mengganggu ekspresi pesan mRNA tertentu.

Fungsi Asam Nukleat

Fungsi asam nukleat adalah:

Fungsi utamanya adalah menyimpan dan mentransfer informasi genetik.
Untuk menggunakan informasi genetik untuk mengarahkan sintesis protein baru.
Asam deoksiribonukleat adalah penyimpanan untuk tempat untuk informasi genetik dalam sel.
DNA mengontrol sintesis RNA di dalam sel.
Informasi genetik yang ditransmisikan dari DNA ke pembentukan protein dalam sel.
RNA juga mengarahkan produksi protein baru dengan mengirimkan informasi genetik pada struktur bangunan protein.
Fungsi dari urutan basa nitrogen dalam tulang punggung DNA menentukan protein yang disintesis.
Fungsi dari heliks ganda DNA adalah bahwa tidak ada gangguan terjadi pada informasi genetik jika hilang atau rusak.
RNA mengarahkan sintesis protein.
m-RNA mengambil pesan genetik dari RNA.
transfer t-RNA mengaktifkan asam amino, ke tempat sintesis protein.
r-RNA sebagian besar hadir dalam ribosom, dan bertanggung jawab atas stabilitas m-RNA.

Asam Nukleat dan Munculnya Kehidupan

DNA, RNA, dan protein dianggap sebagai biopolimer karena merupakan rangkaian informasi dan asam amino berulang yang dikaitkan dengan makhluk hidup (“bio” berarti “kehidupan”). Ahli biologi molekuler saat ini mengakui bahwa DNA dan RNA dalam beberapa bentuk mendahului munculnya kehidupan di Bumi, tetapi pada 2018, tidak ada yang tahu jalur dari biopolimer awal ke makhluk hidup sederhana. Beberapa telah berteori bahwa RNA dalam beberapa bentuk adalah sumber asli dari semua hal ini, termasuk DNA. Ini adalah “hipotesis dunia RNA.” Namun, ini menyajikan semacam skenario ayam-dan-telur untuk ahli biologi, karena molekul RNA yang cukup besar tampaknya tidak mungkin muncul dengan cara apa pun selain transkripsi. Bagaimanapun, para ilmuwan, dengan keinginan yang semakin besar, saat ini menyelidiki RNA sebagai target untuk molekul pertama yang mereplikasi diri.

Terapi Medis

Bahan kimia yang meniru konstituen asam nukleat sedang digunakan sebagai obat saat ini, dengan pengembangan lebih lanjut di bidang ini sedang berlangsung. Sebagai contoh, bentuk urasil yang sedikit dimodifikasi, 5-fluorouracil (5-FU), telah digunakan selama beberapa dekade untuk mengobati karsinoma usus besar. Ini melakukan ini dengan meniru basa nitrogen benar cukup dekat sehingga menjadi dimasukkan ke dalam DNA yang baru diproduksi. Ini pada akhirnya menyebabkan kerusakan pada sintesis protein.

Peniru nukleosida (yang, Anda mungkin ingat, adalah gula ribosa plus basa nitrogen) telah digunakan dalam terapi antibakteri dan antivirus. Kadang-kadang, itu adalah bagian dasar nukleosida yang mengalami modifikasi, dan pada waktu lain obat tersebut menargetkan bagian gula.