BAB I PENDAHULUAN I. 1 Latar Belakang Metabolisme adalah semua reaksi kimia adalah semua reaksi kimia yang terjadi didalam organisme, termasuk yang terjadi di tingkat selular. Secara umum, metabolism 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. Eksperimen terkontrol atas metabolisme manusia pertama kali diterbitkan oleh Santoriopa pada tahun 1614 di dalam bukunya, “Ars D e staticamedecina” statica medecina” yang membuatnya terkenal di Eropa. Dia mendeskripsikan rangkaian percobaan yang dilakukannya, yang melibatkan penimbangan dirinya sendiri pada sebuah kursi yang digantung pada sebuah timbangan besar sebelum dan sesudah makan, tidur, tidur, bekerja bekerja b e r puasa makan atau minum, dan buang air besar. Dia menemukan bahwa bagian terbesar makanan yang dimakannya hilang dari tubuh melalui “perspiration insensibilis” (mungkin dapat diterjemahkan sebagai keringatan yang tidak tampak). Secar umum metabolism memiliki dua arah lintasan Reaksi Kimia Organik yaitu: 1. katabolisme yaitu reaksi yang mengurai senyawa molekul organik untuk mendapatkan energi. 2 . Anabolisme yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekulmolekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh. Kedua arah lintasan tertentu metabolism sangat diperlukan oleh setiap organism untuk dapat bertahan hidup. Arah lintasan metabolism ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut sebagai hormone, dan dipercepat (dikatalis) oleh enzim. Pada senyawa organik, penentu arah reaksi kimia disebut katalis. Asam nukleat merupakan salah satu makromolekul yang memegang peranan sangat penting dalam kehidupan organism karena didalamnya tersimpan informasi genetik. Asam nukleat sering dinamakan juga polinukleotida karena tersusun dari sejumlah molekul nukleotida sebagai monomernya. Tiap nukleotida mempunyai struktur
yang terdiri atas gugus fosfat, gula pentose, dan basa nitrogen atau basa nukleotida (basa N). Asam nukleat adalah makromolekul biokimia yang kompleks, berbobot molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang mengandung informasi genetic. Asam nukleat yang paling umum adalah asam deoksiribonukleat (RNA).
Asam nukleat
ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus. Asam nukleat dinamai demikian karena keberadaan umumnya di dalam inti (nucleus) sel. Asam nukleat merupakan biopolymer, dan monomer
pen yusu nn ya
adalah nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu sebuah basa nitrogen heterosiklik (purin atau pirimidin), sebuah pentose, dan sebuah gugus fosfat. Jenis sam nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada rantai asam nukleat tersebut (mmisalnya, DNA atau asam Deoksiribonukleat mengandung 2deoksiribosa). Selain itu, basa nitrogen yang ditemukan pada kedua jenis asam nukleat tersebut memiliki perbedaan: adenin, sitosin, dan guanine dapat ditemukan pada RNA maupun DNA, sedangkan timin dapat ditemukan hanya pada DNA dan urasil dapat ditemukan hanya pada RNA. Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yangtersusun dari sejumlah nukleotida. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus pentosa, dan satu gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengangugus pentosa dari nukleotida yang lain. Metabolisme meliputi proses sintesis dan proses penguraian senyawa atau komponen dalam sel hidup. Proses sintesis itu disebut anabolisme dan proses penguraian disebut katabolisme. Semua reaksi metabolism dikatalisis oleh enzim, termasuk reaksi yang sederhanam seperti penguraian asam karbonat menjadi air dan karbondioksida, proses pemasukan dan pengeluaran zat kimia dari dan ke dalam sel melalui membrane proses biosintesis protein yang panjang dan rumit atau pun proses penguraian bahan makanan dalam sistem pencernaan mulai dari mulut, lambung, usus, dan penyerapan hasil penguraian tersebut melalui dinding usus, serta penyerapannya keseluruh bagian tubuh yang
memerlukannya, begitu juga dengan proses sintesis dan penguraian berlangsung dalam berbagai jalur metabolisme.
BAB I METABOLISME ASAM NUKLEAT a. Asam Nukleat Asam nukleat merupakan salah satu makromolekul yang memegang peranan sangat penting dalm kehidupan organism karena didalamnya tersimpan informasi genetik. Asam nukleat sering dinamakan juga polinukleotida karena tersusun dari sejumlah molekul nukleotida sebagai monomernya. Tiap nukleotida mempunyai struktur yang terdiri atas gugus fosfat, gula pentose, dan basa nitrogen ataut basa nukleotida (basa N). Ada dua macam asam nukleat, yaitu asam deoksiribonukleat atau deoxyribonucleic acid (DNA) dan asam ribonukleat atau ribonucleic acid (RNA). Dilihat dari strukturnya, perbedaan diantara kedua macam asam nukleat ini terutama terletak pada komponen gula pentosanya. Pada RNA gula pentosanya adalah ribosa, sedangkan pada DNA gula pentosanya mengalami kehilangan satu atomO pada posisi C nomor 2‟ sehingga dinamakan gula 2‟-deoksiribosa. Perbedaan struktur lainnya antara DNA dan RNA adalah pada basa N-nya. Basa N, baik ada DNA maupun pada RNA, mempunyai struktur berupa cincin aromatic heterosiklik (mengandung C dan N) dan dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu pur in dan pi rim idin. B asa purin mem punyai dua buah cincin (bisiklik), sedangkan basa pirimidin hanya mempunyai satu cincin (monosiklik). Pada DNA dan juga RNA, purin terdiri atas adenine (A) dan guanine (G). Akan tetapi, untuk pirimidin ada perbedaan antara DNA dan RNA. Kalau pada DNA basa pirimidin terdiri atas sitosin (C) dan (timin) (T), pada RNA tidak ada timin sebagai gantinya terdapat urasil (U). timin berbeda dengan urasil hanya karena adanya gugus metal pada posisi nomor 5 sehingga timin dapat juga dikatakan sebagai 5-metilurasil. 2.2 Komponen-komponen asam nukleat
a) gugus fosfat b) gula pentosac) c) basa N Diantara ketiga komponen monomer asam nukleat tersebut diatas, hanya basa N-lah yang memungkinkan terjadinya variasi. Pada kenyataannya memang
urutan (sekuens) basa N pada suatu molekul asam nukleat merupakan penentu bagi spesifisitasnya. Dengan perkataan lain, identifikasi asam nukleat dilakukan berdasarkan
atas
urutan
basa
N
nya
sehingga
secara
skema
kita
bisa
menggambarkan suatu molekul asam nukleat hanya dengan menuliskan urutan basanya saja. Di atas telah disinggung bahwa asam nukleat tersusun dari monomermonomer berupa nukleotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fos fat , s ebu ah gul a p ent osa , d an sebua h basa N. dengan demikian setiap nukleotida pada asam nukleat dapat dilihat sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pemgertian nukleotida secara umum sebenarnya adalah nukleosida dengan
sebuah
atau
lebih
gugus
fsfat.
Sebagai
contoh
molekul
ATP
(adenosintrifosfat) 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 nukleo ti danya akan ada empat macam, yaitu adenosine monofosfat, guanosinmonofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin monofosfat. Sementara itu, jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti pada DNA, maka (2‟- deoksiribo) nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin, deoksiguanosin, deoksisitidin, dan deoksitimidin. Peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antaraDNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semuaorganisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk 'triplet', tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan satu Asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein. Lihat ekspresi genetic untuk keterangan lebih lanjut. Penelitian mutakhir atas fungsi RNA bukti yang mendukung atas teori „dunia‟ RNA‟, yang menyatakan bahwa pada awal prosesevolusi, RNA merupakan bahan genetik universal sebelum organism hidup memakai DNA.
2. 3 Sifat-sifat Fisika-Kimia Asam Nukleat
Dibawah ini akan dibicarakan sekilas beberapa sifat fisika-kimia asam nukleat. Sifat-sifat tersebut adalah stabilitas asam nukleat, pengaruh asam, pengaruh alakali, denaturasi kimia, viskosistas, dan kerapatan pengaru apung. a. Stabilitas asam nukleat
Ketika kita melihat struktur tangga berpilin molekul DNA atau pun struktur s ekunder RNA, sepintas akan Nampak bahwa struktur tersebut menjadi st a b i l akibat adanya ikatan hydrogen diantara basa-basa yang berpasangan. Padahal, sebenarnya tidaklah demikian. Ikatan hydrogen di antara pasanganpasangan basa hanya akan sama kuatnya dengan ikatan hydrogen antara basa dan mo lek ul ai r apa bil a DNA berada dalam bentuk rant ai tu ngga l. Jadi, ikatan hydrogen jelas tidak berpengaruh terhadap stabilitas struktur
asam
nukleat,
tetapi
sekedar
menentukan
spesifitas
perpasangan basa. Penentu stabilitas sruktur asam nukleat terletak pa d a in t e r a k s i p e n e m p a t a n ( s t a c k i n g i n t e r a c t i o n ) a n t a r a p a s a n g a n pasangan. Permukaan
basa
yang
bersifat
hidrofobik
menyebabkan
molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela perpasangan basa sehingga perpasangan tersebut menjadi kuat. b. Pengaruh asam
Didalam asam pekat dan suhu tinggi, misalnya HCL104 dengan suhu tinggi, misalnya HClO4 dengan suhulebih dari 100ºC, asam nukleat akan mengalami hidrolisis sempurna menjadikomponen-komponennya. Namun, di dalam asam mineral yang lebih encer,hanya ikatan glikosidik antara gula dan basa purin saja yang putus sehinggaasam nukleat dikatakan bersifat apurinik. c. Pengaruh alkali
Pengaruh alkali
terhadap
asam
nukleat
mengakibatkan
terjadinya
perubahan status tautomerik basa. Sebagai contoh, peningkatan pH a k a n menyebabkan perubahan struktur guanine dari bentuk keton menjadi bentuk enolat karena molekul tersebut kehilangan sebuah proton. Selanjutnya, perubahan ini
akan menyebabkan terputusnya sejumlah hydrogen sehingga pada akhirnya rantai ganda DNA mengalami denaturasi. Hal yang sama terjadi pula pada RNA. Bahkan pada pH netral sekalipun, RNA jauh lebih rentan terhadap hidrolisis bila dibadingkan dengan DNA karena adanya gugus OH pada atom Cnomor 2 di dalam gula ribosanya. d. Denaturasi kimia Sejumlah bahan kimia diketahiu dapat menyebabkan denaturasi asam nukleat
pada pH netral. Contoh yang paling dikenal urea (CO(NH2)2) dan formamid (COHNH2). Pada konsentrasi
yang rel ati f ting gi,s enya wa -sen yawa te rseb ut
dapa t meru sak ika tan hidr ogen . Art in ya, sta bil itas struktur sekunder asam nukleat menjadi berkurang dan rantai ganda mengalami denaturasi. e. Viskositas
DNA kromosom dikatakan mempun yai nisb ah aksial yang sangat tinggi karena diameternya hanya sekitar 2 nm, tetapi panjangnya dapat mencapai beberapa sentimeter. Dengan demikian, DNA tersebut berbentuk tipis memanjang. Selain itu, DNA merupakan molekul yang relative kaku sehingga larutan DNA akan mempunyai viskositas yang tinggi. Karena sifatnya itulah molekul DNA menjadi sangat rentan terhadap fragmentasi fisik. Hal ini menimbulkan masalah tersendiri katika kita hendak melakukan isolasi DNA yang utuh. f.
Kerapatan apung
Analisis dan pemurnian DNA dapat dilakukan sesuai den g a n kerapatan
apung
(bouyant
density)-nya.
Di
dalam
larutan
yang
mengandunggaram pekat dengan berat molekul tinggi, misalnya sesium klorid (CsCl) 8M,DNA mempunyai kerapatan yang sama dengan larutan ters eb ut , yak ni se kita r 1,7 g/cm3. Jika larutan ini disentrifugasi dengan kecepatan yang sangat tinggi, maka garam CsCl yang pekat akan bermigrasi kedasar tabung dengan membentuk gradient kerapatan . Begitu juga, sampel DNA akan bermigrasi menuju posisi gradient yang sesuai dengan kerapatannya. Teknik ini dikenal sebagai
sentrifugasi
seimbang
dalam
tingkat
kerapatan
(equilibrium
densitygradient centrifugation) atau sentrifugasi isopiknik. Oleh karena dengan teknik sentrifugasi tersebut pelet RNA akan beradadi dasar tabung dan protein akan
mengapung, maka DNA dapat dimurnikan baik dari RNA maupun dari protein. Selain itu, teknik tersebut juga bergunauntuk keperluan analisis DNA
karena
kerapatan
apung
DNA
(ρ)
merupakan fungsi
linier
bagi
kandungan GC-nya. Dalam hal ini, ρ = 1,66 + 0,098% (G +C).
2. 4 Nukleosida dan nukleotida
Penomoran posisi atom C pada cincin gula dilakukan mengguna k a n tanda aksen (1‟, 2‟, dan seterusnya), sekedar untuk membedakannya dengan penomoran posisi pada cincin basa. Posisi 1‟ pada gula akan berikatan dengan posisi 9 (N-9) pada basa purin atau posisi 1 (N-1) pada basa pirimidin melalui ikatan glikosida atau glikosiklik. Kompleks gula-basa ini dinamakan nukleosida. Diatas telaj disinggung bahwa asam nukleat tersusun dari monomer-monomer berupa nukleotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa, dan sebuah basa N. Dengan demikian, setiap nukleotida pada asam nukleat dapat dilihat sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pengertian nukleotida secara umum sebenarnya adalah n u k l e o s i d a dengan sebuah atau lebih gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul ATP (adenosintr ifo sfa t) adal ah nukl eot ida yang mer upa kan nukl eos ida deng an tig a g u gu s fosfat. Jika gula pentosanya adalah ribosa seperti halnya pada RNA,ma ka nukleosidanya dapat berupa adenosin, guanosin, dan uridin sitidin. B egi tu p u l a , n u k l e o t i d a n y a a k a n a d a e m p a t m a c a m , y a i t u a d e n o s i n m o n o f o s f a t , guanosin monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin monofosfat. Sementara itu, jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya pada DNA, maka (2‟deoksiribo) nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin, deoksiguanosin, dan deoksisitidin, dan deoksitimidin. Hampir semua organisme mampu mensintesis nukleotida dari precursor yang lebih sederhana, jalur de novo untuk nukleotida, mirip untuk setiap organisme. Nukleotida juga dapat disintesis dari hasil pemecahan nukleotida yang telah ada.
salvage pathway (recycle) yaitu dari degradasi pirimidin dan purin dari sel yang mati (regenerasi) atau dari makanan. 2. 5 Degradasi Nukleotida
Didalam usus halus terjadi pemutusan ikatan fosfodiester oleh endonuklease (pankreas) exonuclease
oligonukleotida. Dipecah lebih lanjut dengan fosfodiesterase (enzim non
spesipik)
menjadi
monofosfat.
Dipecah
lagi
lebih
lanjut
fosfomonoe sterase dikenal sebagai nukleoti dase
menghasilkan nukleosi da
and orth opho spha te. Nucl eosi da phos phor ylas e
menghasilkan basa dan
ribose-1-phosphate. Jika basa atau nukleosida tidak digunakan kembali untuk salvage pathways, basa akan lebih lanjut didegradasi menjadi asamurat (purin), ireidopropionat (pyrimidine).
DAFTAR PUSTAKA
Poejiadi, Anna dan Tiin Supriyanti. 2007. Da sa r-D as ar Bi oki mi a . UI-Press : Jakarta Srikini, dkk.2008. Bi olo gi Um um Ji li d II . Erlangga : Jakarta
