Asam Nukleat

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

            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.

            Ada dua jenis asam nukleat yaitu DNA ( deoxyribonucleic acid ) atau asam deoksiribonukleat dan RNA ( ribonucleic acid ) atau asam ribonukleat. DNA oleh seorang dokter muda Friedrich Miescher yang mempercayai bahwa rahasia kehidupan 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 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.

1.2 Tujuan

v  Untuk mengetahui tentang Asam Nukleat

v  Untuk mengetahui fungsi dari nukleotida

v  Untuk mengetahui tentang sintesis RNA dan DNA

v  Untuk mengetahui tentang Transkripsi dan Translasi

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 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 pembentukan 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.

2.2 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 dan asam nukleat disebut nucleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan polimer seperti protein tetapi unit penyusunnya adalah nukleotida. Salah satu contoh nukleutida asam nukleat bebas adalah ATP yang berfungsi sebagai pembawa energi.

2.3 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 urasil.

2.3.1 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:

v  Memiliki gugus gula deoksiribosa.

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

v  Memiliki rantai heliks ganda anti paralel

v  Kandungan basa nitrogen antara kedua rantai sama banyak dan berpasangan spesifik satu dengan lain. Guanin selalu berpasangan dengan sitosin (G±C), dan adenidan adenin berpasangan dengan timin (A - T), sehingga jumlah guanin selalu sama dengan jumlah sitosin. Demikian pula adenin dan timin.

2.3.2 RNA (Ribonukleat acid)

            Asam ribonukleat adalah salah satu polimer yang terdiri atas molekulmolekul 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 :

v  Bagian pentosa RNA adalah ribosa, sedangkan bagian pentosa DNA adalah deoksiribosa.

v  Bentuk molekul DNA adalah heliks ganda. Bentuk molekul RNA bukan heliks ganda, tetapi berupa rantai tunggal yang terlipat sehingga menyerupai rantai ganda.

v  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.

v  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.

2.4 Nukleotida dan Nukleosida

            Molekul nukleotida terdiri atas nukleosida yang mengikat asam fosfat. Molekul nukleosida terdiri atas pentosa ( deoksiribosa atau ribose ) yang mengikat suatu basa (purin atau pirimidin). Jadi apabila suatu nukleoprotein dihidrolisis sempurna akan dihasilkan protein, asam fosfat, pentosa dan basa purin atau pirimidin. Rumus berikut ini akan memperjelas hasil hidrolisis suatu nukleoprotein.

            Pentosa yang berasal dari DNA ialah deoksiribosa dan yang berasal dari RNA ialah ribose. Adapun basa purin dan basa pirimidin yang berasal dari DNA ialah adenin,sitosin dan timin. Dari RNA akan diperoleh adenin, guanin, sitosin dan urasil.

Urasil terdapat dalam dua bentuk yaitu bentuk keto atau laktam dan bentuk enol atau laktim.

            Pada pH cairan tubuh, terutama urasil terdapat dalam entuk keto. Nukleosida terbentuk dari basapurin atau pirimidin dengan ribose atau deoksiribosa. Basa purin atau pirimidin terikat padapentosa oleh ikatan glikosidik,yaitu pada atom karbon nomor 1. Guanosin adalah suatu nukleosida yang terbentuk dari guanin dengan ribosa. Pada pengikatan glikosidik ini sebuah molekul air yang dihasilkan terjadi dari atom hidrogen pada atom N-9 dari basa purin dengan gugus OH pada atom C-1 dari pentosa. Untuk basa pirimidin,gugus OH pada atom C-1 berikatan dengan atom H pada atom N-1

Pada umumnya nukleosida diberi nama sesuai dengan nama basa purin atau basa pirimidin yang membentuknya. Beberapa nukleosida berikut ini ialah yang membentuk dari basa purin atau dari basa pirimidin dengan ribosa :

v  Adenin nukleosida atau Adenosin

v  Guanin nukleosida atau Guanosin

v  Urasil nukleosida atau Uridin

v  Timin nukleosida atau Timidin

v  Sitosin nukleosida atau Sitidin

Apabila pentosa yang diikat oleh deoksiribosa, maka nama nukleosida diberi tambahan deoksi di depanya.Sebagai contoh “deoksiadinosin, deoksisitidin” dan sebagainya. Disamping lima jenis basa purin atau basa pirimidin yang biasa terdapat pada asam nukleat, ada pula beberapa basa purin dan basa pirimidin lain yang membentuk nukleosida. Hipoksantin dengan ribosa akan membentuk hipoksantin nukleosida atau inosin. DNA pada bakteri ternyata mengandung hidroksimetilsitosin.

            Demikian pula tRNA (transfer RNA) mengandung derivat metal basa purin atau basa pirimidin, misalnya 6-N-dimetiladenin atau 2-N-dimetilguanin.

            Dalam alam nukleosida terutama terdapat dalam bentuk ester fosfat yang disebut nukleotida. Nukleotida terdapat sebagai molekul bebas atau berikatan dengan sesama nukleotida membentuk asam nukleat.Dalam molekul nukleotida gugus fosfat terikat oleh pentosa pada atom C-5.

Beberapa nukleotida lain ialah sebagai berikut :

v  Adenin nukleotida atau Adenosinmonofosfat (AMP) (asam adenilat)

v  Guanin nukleotida atau Guanosinmonofosfat (GMP) (asam guanilat)

v  Hipoksantin nukleosida atau Inosinmonofosfat (IMP) (asam inosinat)

v  Urasil Nukleotida atau Uridinmonofosfat (UMP) (asam uridilat)

v  Sitidin nukleotida atau Sitidinmonofosfat (SMP) (asam sitidilat)

v  Timin nukleotida atau Timidinmonofosfat (TMP) (asam timidilat)

            Pentosa yang terdapat dalam molekul nukleotida pada contoh diatas ialah ribosa. Apabila pentosanya deoksiribosa, maka ditambah deoksi di depan nama nukleotida tersebut misalnya deoksiadenosin-monofosfat atau disingkat dAMP.

            Ada beberapa nukleotida yang mempunyai gugus fosfat lebih dari 1 misalnya adenosintrifosfat dan uridintrifosfat, kedua nukleotida ini mempunyai peranan penting dalam reaksi-reaksi kimia dalam tubuh.

REAKSI KIMIAWI DALAM PROSES FERMENTASI

Pengertian Fermentasi

Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik, akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. Adapun definisi fermentasi yang lain adalah kegiatan mikroba pada bahan pangan sehingga dihasilkan produk yang dikehendaki.

Fermentasi pada umumnya menggunakan senyawa organik berupa karbohidrat yang dapat digolongkan sebagai berikut :

-          bahan bergula, seperti tebu, molase, bit gula dan cairan buah-buahan

-          bahan berpati, seperti jagung, ubi kayu dan kentang

-          bahan berselulosa, seperti kayu dan berbagai limbah industri pertanian

Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi. Beberapa contoh hasil akhir fermentasi adalah etanol, asam laktat, dan hidrogen. Akan tetapi beberapa komponen lain dapat juga dihasilkan dari fermentasi seperti asam butirat dan aseton.

Reaksi dalam fermentasi berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang digunakan dan produk yang dihasilkan. Secara singkat, glukosa (C₆H₁₂O₆) yang merupakan gula paling sederhana , melalui fermentasi akan menghasilkan etanol (2C₂H₅OH). Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh ragi, dan digunakan pada produksi makanan.

Persamaan Reaksi Kimia

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 2 ATP (Energi yang dilepaskan:118 kJ per mol)

Dijabarkan sebagai

Gula (glukosa, fruktosa, atau sukrosa) → Alkohol (etanol) + Karbon dioksida + Energi (ATP)

Jalur biokimia yang terjadi, sebenarnya bervariasi tergantung jenis gula yang terlibat, tetapi umumnya melibatkan jalur glikolisis, yang merupakan bagian dari tahap awal respirasi aerobik pada sebagian besar organisme. Jalur terakhir akan bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan.

Pada kebanyakan tumbuhan den hewan respirasi yang berlangsung adalah respirasi aerob, namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob terhambat pada sesuatu hal. Maka dari itu  hewan dan tumbuhan tersebut melangsungkan proses fermentasi yaitu proses pembebasan energi tanpa adanya oksigen, nama lainnya adalah respirasi anaerob.

Dari hasil akhir fermentasi, dibedakan menjadi fermentasi asam laktat/asam susu dan fermentasi alkohol.

A. Fermentasi Asam Laktat
Fermentasi asam laktat yaitu fermentasi dimana hasil akhirnya adalah asam laktat. Peristiwa ini dapat terjadi di otot dalam kondisi anaerob.

Reaksinya: C6H12O6 ————> 2 C2H5OCOOH + Energi
enzim

Prosesnya :

1. Glukosa ————> asam piruvat (proses Glikolisis).
enzim
C6H12O6 ————> 2 C2H3OCOOH + Energi

2. Dehidrogenasi asam piravat akan terbentuk asam laktat.
2 C2H3OCOOH + 2 NADH2 ————> 2 C2H5OCOOH + 2 NAD
piruvat
dehidrogenasa

Energi yang terbentuk dari glikolisis hingga terbentuk asam laktat :
8 ATP — 2 NADH2 = 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.

B. Fermentasi Alkohol

Pada beberapa mikroba peristiwa pembebasan energi terlaksana karena asam piruvat diubah menjadi asam asetat + CO2 selanjutaya asam asetat diabah menjadi alkohol. Dalam fermentasi alkohol, satu molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa mampu menghasilkan 38 molekul ATP.

Reaksinya:
1. Gula (C6H12O6) ————> asam piruvat (glikolisis)

2. Dekarbeksilasi asam piruvat.
Asampiruvat ————————————————————> asetaldehid + CO2.
piruvat dekarboksilase (CH3CHO)

3. Asetaldehid oleh alkohol dihidrogenase diubah menjadi alkohol (etanol).
2 CH3CHO + 2 NADH2 —————————————————> 2 C2H5OH + 2 NAD.
                                                  alkohol dehidrogenase enzim
Ringkasan reaksi :
C6H12O6 —————> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi

C. Fermentasi Asam Cuka

            Fermentasi asam cuka merupakan suatu contoh fermentasi yang berlangsung dalam keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter aceti) dengan substrat etanol. Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan oleh fermentasi alkohol secara anaerob.

Reaksi:
aerob
C6H12O6 —————> 2 C2H5OH ——————> 2 CH3COOH + H2O + 116 kal
(glukosa)                        bakteri asam cuka asam cuka