REAKSI REAKSI SPESIFIK NUKLEOTIDA

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:

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.

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

       (nucleoside monophosphate kinase)                    (nucleoside diphosphate kinase)

•      Reaksi pembentukan TMP

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

PERMASALAHAN:

1. APA PERBEDAAN ANTARA NUKLEOTIDA DAN NUKLEOSIDA ? 

2. APA YANG MEMBEDAKAN ANTARA PEMBENTUKAN DNA DAN RNA ? MENGAPA TIMIN ITU DIGANTI DENGAN URASIL ? 

3. SEBUTKAN PERBEDAAN ANTARA DNA DAN RNA ? 

4. BAGAIMANA PROSES TERBENTUKNYA ASAM URAT ?