AS. NUKLEAT METABOLISME. Woro Anindito Sri Tunjung LAB. BIOKIMIA FAKULTAS BIOLOGI UGM 9/12/2012 1

(1)

ASAM NUKLEAT

METABOLISME

AS NUKLEAT

AS. NUKLEAT

Woro Anindito Sri Tunjung LAB BIOKIMIA

LAB. BIOKIMIA

(2)

` Merupakan bagian organisme hidup yg

sangat penting

` Membawa informasi genetika yang akan

diturunkan / ditransfer dr generasi ke generasi.

g

` Ada 2 macam:

◦ _{Asam deoksiribonukleat : AND / DNA} Asam ribon kleat ARN / RNA

◦ _{Asam ribonukleat : ARN / RNA}

` Asam nukleat mrpk polimer nukleotida yg

dihubungkan dgn ikatan fosfodiesterg g

(3)

Nukleotida dan Asam Nukleat

N kl tid k b ildi bl k / k / d i kl t

Nukleotida merupakan building blocks / prekursor / dari asam nukleat

(DNA dan RNA)

Nucleotide

DNA RNA

(4)

Struktur Nukleotida

Nukleotida memiliki 3 komponen utama yakni:

Gugus fosfat Basa nitrogen(pirimidin atau purin)

Gula pentosa

9/12/2012 4

4

(5)

1. Basa purin dan pirimidin

.

p

p m

Perhatikan sistem penomoran dan struktur cincin Perhatikan sistem penomoran dan struktur cincin

(6)

Basa utama dalam asam nukleat

• Basa tersebut disingkat

dari huruf pertamannya (A G C T U)

(A, G, C, T, U).

• Purin (A, G) dimiliki oleh

RNA dan DNA

• Pirimidin C terdapat pada

RNA dan DNA tetapi RNA dan DNA, tetapi

• T hanya ada pada DNA, dan • U hanya ada pada RNA

(7)

2. Gula Ribosa

• Ribosa (β-D-furanose)

merupakan gula pentosa

.

merupakan gula pentosa (memiliki cincin 5 atom

karbon) 5

• Dalam suatu nukleosida atau nukleotida 1 2 3 4 digunakan istilah "prime“ ( ‘ ) (5’ atau 3’) untuk membedakan untuk membedakan nomer atom C yang

(8)

Ik t n b s p d p nt s t d p t p d k b n Ikatan basa pada pentosa terdapat pada karbon 1’, dan fosfat pada karbon 5’

Sedangkan

hidroksil

d k b

pada karbon

2’ dan 3’

9/12/2012 8

(9)

` Nukleotida mengikat basa nitrogennya pada

atom C no. 1, dgn ikatan glikosida

` Gugus fosfat terikat pada gugus hidroksil

C 5

atom C no. 5

` Kedua kondisi diatas, menyebabkan

nukleotida mempunyai sifat sifat: nukleotida mempunyai sifat sifat:

◦ _{Gugus phosphat Æ bertindak sbg asam kuat (pKa=}

1))

◦ _{Gugus amina dr basa purin dan pirimidine, dpt di}

protonasi

◦ _{Nukleotida mampu menyerap sinar uv Æ dapat}

(10)

Ribosa vs. Deoksiribosa

• Derivat penting dari

ribosa adalah

2'-deoksiribosa, yakni pada deoksiribosa, yakni pada 2' OH diganti dengan H.

• Deoksiribosa dimiliki DNA

(deoxyribonucleic acid) (deoxyribonucleic acid)

• Ribosa dimiliki RNA

(ribonucleic acid).

• 2’-OH yang diganti H 2 -OH yang diganti H memiliki pengaruh pada

struktur jalin ganda heliks DNA RNA

9/12/2012 10

(11)

3. Fosfat

Nukleotida berbeda dengan Nukleotida berbeda dengan nukleosida Æ karena

nukleosida tdk mempunyai f f t

gugus fosfat

Sehingga kita sering gg g menuliskan nukleotida sebagai Æ Nukleosida monofosfat Nukleosida monofosfat Nukleosida difosfat Nukleosida trifosfat

Tergantung pada jumlah

Nukleosida + satu atau lebih gugus f f il di b t kl tid

Tergantung pada jumlah fosfat yg dimiliki

(12)

Jembatan fosfat /

backbone

” (“tulang

belakang”) gula-fosfat

g ) g

f f

T l P li kl id kl iliki

• Tulang punggung Polinukleotida atau asam nukleat memiliki residu fosfat dan pentosa.

• Basa yang dimiliki analog dengan gugus rantai samping dari asam amino; yakni bervariasi tanpa mengubah struktur ikatan kovalen fosfodiester.

• Urutan ditulis dari ujung 5' ke 3' : 5'-ATGCTAGC-3’

9/12/2012 12

(13)

K DNA k t i d d t t k b Karena DNA merupakan rantai ganda dan atom‐atom karbon mempunyai aturan diatas untuk mengikat basa nitrogen dan gugus fosfat maka satu rantai DNA terlihat berdiri tegak sedangkan rantai pasangannya justru terbalik. Maka pada notasi penulisan kode genetik DNA, ditulis 5’‐kode genetik‐3’,

sedangkan untuk rantai pasangannya justru ditulis 3’‐kode sedangkan untuk rantai pasangannya justru ditulis 3 kode genetik‐5’. Pengaturan ini disebut konfigurasi antiparalel. 5’ TCTC 3’ 5’‐ TCTC‐3’ 3’‐ AGAG ‐5’ Adenine selalu berpasangan dengan thymine melalui 2 ikatan hidrogen sedangkan cytosine berpasangan dengan guanine melalui 3 ikatan hidrogen.

(14)

(15)

Interaksi ikatan hidrogen menggabungkan

antara 2 basa DNA

(16)

DNA k hil 2’ OH b if bil

Fig. 8-8

` DNA, yang kehilangan 2’-OH, bersifat stabil

pada kondisi pH basa

(17)

(18)

(19)

(20)

Proses utama dlm

metabolisme informasi: 1. Replikasi ÆDNA berperan

sbg cetakan untuk sintesisnya sdr

2 T k i i Æ I f i 2. Transkripsi Æ Informasi

yang ada pada DNA menentukan RNA yang y g diproduksi

3. Translasi Æ RNA berperan sbg cetakan untuk sintesis suatu rantai polipeptida ttt

(21)

` Replikasi dan transkripsi hanya menggunakan 4 ` Replikasi dan transkripsi hanya menggunakan 4

nukleotida

` Translasi Æ mengubah bahasa nukleotida yg terdiri ` Translasi Æ mengubah bahasa nukleotida yg terdiri dari 4 nukleotida menjadi bahasa protein yang terdiri dari 20 huruf asam amino ` Persamaan replikasi, transkripsi dan translasi Æ membutuhkan cetakan Æ proses terdiri dari inisiasi, elongasi dan terminasi

(22)

Pembelahan sel dan Replikasi DNA

• Pembelahan sel • Sebelum sel membelah, sel harus membentuk dua sel structures, organelles and their genetic information 9/12/2012 22

(23)

Replikasi

Secara konsep sederhanap Proses mekanismenya Æ komplek

komplek

Kesederhanaannya Æ krn konsep dr Watson & Crick konsep dr Watson & Crick

Transfer informasi melibatkan pembukaan double a s e o as e bat a pe bu aa doub e helix DNA yang diikuti secara bersamaan dengan pembentukan dua pita baru pasangan dari pita DNA yang lama

(24)

Mekanisme pengkopian DNA Æ Mekanisme pengkopian DNA Æ melibatkan pembukaan double helix Setiap rantai menjadi pola / templat untuk pita barup p

(25)

R lik i DNA t j di Replikasi DNA terjadi secara dua arah yang dimulai pada daerah tempat dimulainya p y replikasi (origin).

Mekanisme ini dapat diamati pada

diamati pada

(26)

1. “Unzipping” DNA

pp g

-

Helicase unwinds the DNA

(it

makes it flat so it’s not twisted

makes it flat, so it s not twisted

anymore)

H d

b d b

k

-

Hydrogen bonds break

between the base pairs

-

“Replication Fork” = the place

where strands start to separate

e e st a ds sta t to sepa ate

(27)

2 “Parent Strands” act like a template (they act

2. Parent Strands act like a template (they act like a guide, so the matching bases know where to go)

3. DNA Polymerase (the “helper”)

- puts ‘free’ bases on the parent strands - the bases form new strands of DNA

4. Finished! Now there are two identical pieces of DNA

(28)

* “polymer” a chain of many similar

* polymer = a chain of many similar

pieces

(DNA is a polymer It is a chain of nucleotides ) (DNA is a polymer. It is a chain of nucleotides.) ` DNA Polymerase –

- it creates a polymer of DNA

- it proofreads the new DNA

p

(29)

(30)

Proses replikasi Proses replikasi berjalan dengan dua mekanisme pemanjangan i l di rantai: leading dan lagging.

Hal ini terjadi karena Hal ini terjadi karena arah sintesis DNA dimulai dari

ujung 5’ DNA baru t j 3’ DNA atau ujung 3’ DNA template

(31)

(32)

Pada rantai lagging,

sintesis fragmen Okazaki pada jalin DNA dari ujung 3’ ke 5’, sedang arah sedang arah sintesis dari 5’ ke 3’. Beberapa jenis protein terlibat dalam proses replikasi al : replikasi, al.: topoisomerase, primase, helikase DNA.

(33)

` Suatu proses untuk membaca informasi p

yang disimpan dalam urutan nukleotida DNA ÆRNA

` Mekanisme dibagi menjadi 3

◦ _Inisiasi_Inisiasi

◦ _Elongasi

(34)

•The part of the DNA molecule (the gene) that the cell wants the information from to make a protein unwinds to expose the information from to make a protein unwinds to expose the bases.

•Free mRNA nucleotides in the nucleus base pair with onep strand of the unwound DNA molecule.

(35)

•The mRNA copy is made with the help of RNA polymerase. This enzyme joins up the mRNA nucleotides to make a mRNA strand enzyme joins up the mRNA nucleotides to make a mRNA strand. •This mRNA strand is a complementary copy of the DNA (gene) •The mRNA molecule leaves the nucleus via a nuclear pore into •The mRNA molecule leaves the nucleus via a nuclear pore into

(36)

(37)

Relationships of DNA to mRNA to

(38)

` Translation Æ merupakan proses

pembacaan kodon dan

menggabungkan asam amino melalui ikatan peptida

` Komponen proses translasi

1 mRNA Æ tersusun atas kode genetik 1.mRNA Æ tersusun atas kode genetik 2.Ribosome

3.tRNA bersama dengan asam amino 4.Enzymes

(39)

Tahap proses translasi

•

Inisiasi

•

Inisiasi

• Elongasi

• Terminasi

Inisiasi _{Aktivasi asam amino untuk}

bergabung membentuk protein

(40)

A i i f i id f

Activation of amino acids for incorporation into proteins.

(41)

Genetic code Æ 3 nucleotides - codon –

mengkode untuk 1 asam amino dlm

g

suatu protein

Codon Æ urutan 3 nukleotida dalam

mRNA yang menspesifikasikan

penggabungan suatu asam amino ttt

mjd protein.

(42)

P

ROTEIN SYNTHESIS

1. DNA unwinds

2. mRNA copy is made of one of the DNA strands. 3. mRNA copy moves out of nucleus into cytoplasm.

4. tRNA molecules are activated as their complementary amino acids 4. tRNA molecules are activated as their complementary amino acids

are attached to them.

5. mRNA copy attaches to the small subunit of the ribosomes in

cytoplasm 6 of the bases in the mRNA are exposed in the ribosome cytoplasm. 6 of the bases in the mRNA are exposed in the ribosome.

6. A tRNA bonds complementarily with the mRNA via its anticodon.

7. A second tRNA bonds with the next three bases of the mRNA, the

d h d f h f d

amino acid joins onto the amino acid of the first tRNA via a peptide bond. Peptide bond formation Æ catalyzed by an enzyme complex called peptidyltransferase

8. The ribosome moves along. The first tRNA leaves the ribosome. 9. A third tRNA brings a third amino acid

10. Eventually a stop codon is reached on the mRNA. The newly y p y synthesised polypeptide leaves the ribosome.

(43)

(44)

Not all codons are used with equal frequency. There is a There is a considerable amount of amount of variation in the patterns of codon usage between different i organisms.

(45)

Beberapa kodon mempunyai fungsi khusus yakni sebagai kodon inisiasi AUG dan sebagai kodon terminasi atau stop UAA,g p , UAG dan UGA. Kodon AUG pada RNA atau ATG pada DNA tidak hanya kodon inisiasi untuk urutan permulaan suatu polipeptida tetapi juga merupakan kodon untuk asam amino polipeptida, tetapi juga merupakan kodon untuk asam amino metionin (Met).

Mutasi yang menyebabkan berubahnya suatu kodon menjadi kodon stop disebut sebagai mutasi tidak berarti (nonsense), karena adanya mutasi ini menyebabkan kodon berikutnyay y y menjadi tidak berarti.

Arah sintesis protein dari ujung N ke ujung C dengan Arah sintesis protein dari ujung N ke ujung C dengan penambahan Asam amino terjadi pada ujung C (karboksil)

(46)

(47)

Two initiation factors (IF1 Only tRNAfMet _{is accepted to}

form the initiation complexTwo initiation factors (IF1 &IF3) bind to a 70S

ribosome.

Æpromote the dissociation form the initiation complex. All further charged tRNAs require fully assembled (i.e.,Æpromote the dissociation

of 70S ribosomes into free 30S and 50S subunits. require fully assembled (i.e., 70S) ribosomes

The Shine-Dalgarno

mRNA and IF2, which carries

- GTP

sequence Æ help ribosomes

and mRNA aligns correctly for the start of translation.

- the charged tRNA

Æbind to a free 30S subunit. Æ After these have all

Ribosome consists of - A site Æaminoacyl

P site Æ peptid l

Æ After these have all bound, the 30S initiation complex is complete. - P site Æ peptidyl

(48)

•First the mRNA attaches itself to a ribosome (to the small subunit). •Six bases of the mRNA are exposed

•Six bases of the mRNA are exposed.

•A complementary tRNA molecule with its attached amino acid (methionine) base pairs via its anticodon UAC with the AUG on the mRNA in the first position P.

•Another tRNA base pairs with the other three mRNA bases in the ribosome at position A

A.

•The enzyme peptidyl transferase forms a peptide bond between the two amino acids. •The first tRNA (without its amino acid) leaves the ribosome.

(49)

(50)

The ribosome moves along the mRNA to the next codon (three bases). The second tRNA molecule moves into position P.

Another tRNA molecule pairs with the mRNA in position A bringing its amino acid. A growing polypeptide is formed in this way until a stop codon is reached.

(51)

P tid b d Peptide bond formation Æ catalyzed by an enzyme complex enzyme complex called peptidyltransferase Peptidyltransferase consists of some

ribosomal proteins and the ribosomal RNA Æ acts as a ribozyme. The process The process is repeated until a termination signal is reached.

(52)

A stop codon on the mRNA is reached and this signals the ribosome to leave the mRNA. A newly synthesised protein is now complete!

(53)

Termination of t l ti

translation occurs when one of the stop codons (UAA, UAG, or UGA) appears in the A site of the ribosome

A site of the ribosome. No tRNAs correspond to

those sequences so no tRNA those sequences, so no tRNA is bound during termination. Proteins called release

Proteins called release factors participate in termination