“Biosintesis Asam Nukleat”
Disusun
oleh :
Edi
Purnomo (24020110120040)
Evi
Risky Amelia (24020110130051)
Eko
Budi Harto (24020110130059)
Khairul
Huda (24020110130060)
Olivia
Nisa M (24020110130062)
JURUSAN BIOLOGI
FAKULTAS
MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS
DIPONEGORO
SEMARANG
2011
I .
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Persyaratan
untuk metabolisme dan basa nukleotida serumpun mereka dapat dipenuhi oleh kedua
asupan makanan atau sintesis de novo dari rendah berat molekul
prekursor. Memang, kemampuan untuk menyelamatkan nukleotida dari sumber dalam
tubuh dapat mengurangi persyaratan gizi untuk nukleotida, sehingga purin dan
basa pirimidin tidak diperlukan dalam makanan. Jalur penyelamatan adalah sumber
utama untuk sintesis nukleotida DNA, RNA dan enzim co-faktor.
Ekstraseluler hidrolisis asam
nukleat tertelan terjadi melalui tindakan bersama dari endonuklease,
phosphodiesterases dan phosphorylases nukleosida. Endonuklease menurunkan DNA
dan RNA di situs internal yang mengarah ke produksi oligonukleotida.
Oligonukleotida lebih lanjut dicerna oleh phosphodiesterases yang bertindak
dari ujung ke dalam menghasilkan nukleosida gratis. Basis yang terhidrolisis
dari nukleosida oleh aksi phosphorylases yang menghasilkan ribosa-1-fosfat dan
basa bebas. Jika nukleosida dan / atau basa tidak kembali memanfaatkan basis
purin selanjutnya didegradasi menjadi asam urat dan pirimidin untuk
β-aminoiosobutyrate, NH 3 dan CO 2.
Baik menyelamatkan dan jalur
sintesis de novo purin dan menyebabkan biosintesis pirimidin untuk
produksi nukleosida-5'-fosfat melalui pemanfaatan suatu gula diaktifkan
menengah dan kelas enzim yang disebut phosphoribosyltransferases. Gula
diaktifkan digunakan adalah 5-phosphoribosyl-1-pirofosfat, PRPP. PRPP
dihasilkan oleh aksi sintetase PRPP dan membutuhkan energi dalam bentuk ATP
seperti yang ditunjukkan:
Catatan bahwa ini reaksi yang
melepaskan AMP. Oleh karena itu, 2 setara energi tinggi fosfat dikonsumsi
selama reaksi.
1.2 Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud
dengan Biosintesis?
2.
Apa yang dimaksud dengan Asam Nukleat?
3. Proses apa saja yang terjadi
selama proses Biosintesis Asam Nukleat?
1.3
Tujuan
Mengetahui reaksi biosintesis
asam nukleat yang mencakup biosintesis nukleotida purin dan biosintesis
nukleotida pirimidinlengkap dengan proses reaksinya. Mampu menyebutkan purin utama asam nukleat
adalah adenin dan guanin, dan pirimidinnya adalah sitosin, timin dan urasil.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1
Pengertian Biosintesis
Biosintesis adalah enzim-dikatalisis proses dalam sel hidup organisme dimana substrat yang lebih kompleks dikonversi ke produk . Proses biosintesis sering terdiri dari
beberapa langkah enzimatik di mana produk dari satu langkah digunakan sebagai
substrat pada langkah berikut. Contoh untuk seperti multi-langkah jalur
biosintesis adalah mereka untuk produksi asam amino , asam lemak , dan produk alami . [2]
Biosintesis memainkan peran utama dalam semua sel, dan banyak yang berdedikasi metabolik merupakan gabungan rute metabolisme umum.
The prerequisites for biosynthesis are compounds, chemical energy (such as in the form ), and catalytic , which may require reduction equivalents (eg, in the
form of , ).Prasyarat untuk biosintesis adalah prekursor senyawa, energi kimia (seperti dalam
bentuk ATP ), dan katalitik enzim , yang mungkin memerlukan pengurangan setara (misalnya,
dalam bentuk NADH , NADPH ). Commonly known complex
products of biosynthesis include , , and .Produk yang kompleks Umumnya dikenal
biosintesis termasuk protein , vitamin , dan antibiotik . Most organic
compounds in living organisms are built in biosynthetic pathways.
Sebagian besar senyawa organik pada organisme hidup dibangun di jalur
biosintesis.Examples for such multi-step
biosynthetic pathways are those for the production of , , and . Biosynthesis plays a major role in all cells, and many
dedicated routes combined constitute general metabolism.Examples
for such multi-step biosynthetic pathways are those for the production of , , and . Biosynthesis plays a major role in all cells, and many
dedicated routes combined constitute general metabolism.
2.2
Asam Nukleat
Asam nukleat merupakan polimer besar dengan
ukuran yang bervariasi antara 25.000 /1.000.000 s/d 1 milyar. Asam nukleat baik DNA maupun RNA
tersusun dari monomer nukleotida . Nukleotida tersusun
dari gugus fosfat, basa nitrogen dan gula pentosa. Basa nitrogen
berasal dari kolompok purin dan pirimidin. Purin utama asam nukleat
adalah adenin dan guanin, sedangkan pirimidinnya adalah sitosin, timin dan urasil.
a. Struktur Molekul
Asam
nukleat merupakan salah satu makromolekul yang memegang peranan sangat penting
dalam kehidupan organisme karena di dalamnya 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 pentosa, dan basa
nitrogen atau 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 di antara 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 atom O pada posisi C nomor 2’ sehingga dinamakan gula
2’-deoksiribosa (Gambar 2.1.b).
Perbedaan
struktur lainnya antara DNA dan RNA adalah pada basa N-nya. Basa N, baik pada
DNA maupun pada RNA, mempunyai struktur berupa cincin aromatik heterosiklik
(mengandung C dan N) dan dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu purin
dan pirimidin. Basa purin mempunyai dua buah cincin (bisiklik),
sedangkan basa pirimidin hanya mempunyai satu cincin (monosiklik). Pada DNA,
dan juga RNA, purin terdiri atas adenin (A) dan guanin (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 dan sebagai gantinya terdapat urasil (U). Timin berbeda
dengan urasil hanya karena adanya gugus metil pada posisi nomor 5 sehingga
timin dapat juga dikatakan sebagai 5-metilurasil.
gugus fosfat , gula
pentosa , basa N
Di
antara ketiga komponen monomer asam nukleat tersebut di atas, 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.
b. Nukleosida dan
nukleotida
Penomoran
posisi atom C pada cincin gula dilakukan menggunakan 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 glikosidik
atau glikosilik (Gambar 2.2). Kompleks gula-basa ini dinamakan nukleosida.
Di
atas telah 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 nukleosida dengan sebuah atau lebih
gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul ATP (adenosin trifosfat) adalah
nukleotida yang merupakan nukleosida dengan tiga gugus fosfat.
Jika
gula pentosanya adalah ribosa seperti halnya pada RNA, maka nukleosidanya dapat
berupa adenosin, guanosin, sitidin, dan uridin. Begitu pula, nukleotidanya akan
ada empat macam, yaitu adenosin monofosfat, 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, deoksisitidin, dan deoksitimidin.
c. Ikatan fosfodiester
Selain
ikatan glikosidik yang menghubungkan gula pentosa dengan basa N, pada asam
nukleat terdapat pula ikatan kovalen melalui gugus fosfat yang menghubungkan
antara gugus hidroksil (OH) pada posisi 5’ gula pentosa dan gugus hidroksil
pada posisi 3’ gula pentosa nukleotida berikutnya. Ikatan ini dinamakan ikatan
fosfodiester karena secara kimia gugus fosfat berada dalam bentuk diester
Oleh
karena ikatan fosfodiester menghubungkan gula pada suatu nukleotida dengan gula
pada nukleotida berikutnya, maka ikatan ini sekaligus menghubungkan kedua
nukleotida yang berurutan tersebut. Dengan demikian, akan terbentuk suatu
rantai polinukleotida yang masing-masing nukleotidanya satu sama lain
dihubungkan oleh ikatan fosfodiester.
Kecuali
yang berbentuk sirkuler, seperti halnya pada kromosom dan plasmid bakteri,
rantai polinukleotida memiliki dua ujung. Salah satu ujungnya berupa gugus
fosfat yang terikat pada posisi 5’ gula pentosa. Oleh karena itu, ujung ini
dinamakan ujung P atau ujung 5’. Ujung yang lainnya berupa gugus
hidroksil yang terikat pada posisi 3’ gula pentosa sehingga ujung ini dinamakan
ujung OH atau ujung 3’. Adanya ujung-ujung tersebut menjadikan
rantai polinukleotida linier mempunyai arah tertentu.
Pada
pH netral adanya gugus fosfat akan menyebabkan asam nukleat bermuatan negatif.
Inilah alasan pemberian nama ’asam’ kepada molekul polinukleotida meskipun di
dalamnya juga terdapat banyak basa N. Kenyataannya, asam nukleat memang
merupakan anion asam kuat atau merupakan polimer yang sangat bermuatan negatif.
d. Sekuens asam nukleat
Telah
dikatakan di atas bahwa urutan basa N akan menentukan spesifisitas suatu
molekul asam nukleat sehingga biasanya kita menggambarkan suatu molekul asam
nukleat cukup dengan menuliskan urutan basa (sekuens)-nya saja. Selanjutnya,
dalam penulisan sekuens asam nukleat ada kebiasaan untuk menempatkan ujung 5’
di sebelah kiri atau ujung 3’ di sebelah kanan. Sebagai contoh, suatu sekuens
DNA dapat dituliskan 5’-ATGACCTGAAAC-3’ atau suatu sekuens RNA dituliskan
5’-GGUCUGAAUG-3’.
Jadi,
spesifisitas suatu asam nukleat selain ditentukan oleh sekuens basanya, juga
harus dilihat dari arah pembacaannya. Dua asam nukleat yang memiliki sekuens
sama tidak berarti keduanya sama jika pembacaan sekuens tersebut dilakukan dari
arah yang berlawanan (yang satu 5’→ 3’, sedangkan yang lain 3’→ 5’).
e. Struktur tangga berpilin
(double helix) DNA
Dua
orang ilmuwan, J.D.Watson dan F.H.C.Crick, mengajukan model struktur molekul
DNA yang hingga kini sangat diyakini kebenarannya dan dijadikan dasar dalam
berbagai teknik yang berkaitan dengan manipulasi DNA. Model tersebut dikenal
sebagai tangga berplilin (double helix). Secara alami DNA pada
umumnya mempunyai struktur molekul tangga berpilin ini.
Model
tangga berpilin menggambarkan struktur molekul DNA sebagai dua rantai
polinukleotida yang saling memilin membentuk spiral dengan arah pilinan ke
kanan. Fosfat dan gula pada masing-masing rantai menghadap ke arah
luar sumbu pilinan, sedangkan basa N menghadap ke arah dalam sumbu pilinan
dengan susunan yang sangat khas sebagai pasangan – pasangan basa antara kedua
rantai. Dalam hal ini, basa A pada satu rantai akan berpasangan dengan basa T
pada rantai lainnya, sedangkan basa G berpasangan dengan basa C.
Pasangan-pasangan basa ini dihubungkan oleh ikatan hidrogen yang lemah
(nonkovalen). Basa A dan T dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap dua,
sedangkan basa G dan C dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap tiga. Adanya
ikatan hidrogen tersebut menjadikan kedua rantai polinukleotida terikat satu
sama lain dan saling komplementer. Artinya, begitu sekuens basa pada
salah satu rantai diketahui, maka sekuens pada rantai yang lainnya dapat
ditentukan.
Oleh
karena basa bisiklik selalu berpasangan dengan basa monosiklik, maka jarak
antara kedua rantai polinukleotida di sepanjang molekul DNA akan selalu tetap.
Dengan perkataan lain, kedua rantai tersebut sejajar. Akan tetapi, jika rantai
yang satu dibaca dari arah 5’ ke 3’, maka rantai pasangannya dibaca dari arah
3’ ke 5’. Jadi, kedua rantai tersebut sejajar tetapi berlawanan arah (antiparalel).
P = fosfat S =gula
A = adenin, G = guanin, C = sitosin, T =timin
Jarak
antara dua pasangan basa yang berurutan adalah 0,34 nm. Sementara itu, di dalam
setiap putaran spiral terdapat 10 pasangan basa sehingga jarak antara dua basa
yang tegak lurus di dalam masing-masing rantai menjadi 3,4 nm. Namun, kondisi
semacam ini hanya dijumpai apabila DNA berada dalam medium larutan fisiologis
dengan kadar garam rendah seperti halnya yang terdapat di dalam protoplasma sel
hidup. DNA semacam ini dikatakan berada dalam bentuk B atau bentuk yang sesuai
dengan model asli Watson-Crick. Bentuk yang lain, misalnya bentuk A, akan
dijumpai jika DNA berada dalam medium dengan kadar garam tinggi. Pada bentuk A
terdapat 11 pasangan basa dalam setiap putaran spiral. Selain itu, ada pula
bentuk Z, yaitu bentuk molekul DNA yang mempunyai arah pilinan spiral ke kiri.
Bermacam-macam bentuk DNA ini sifatnya fleksibel, artinya dapat berubah dari
yang satu ke yang lain bergantung kepada kondisi lingkungannya.
f. Modifikasi struktur
molekul RNA
Tidak
seperti DNA, molekul RNA pada umumnya berupa untai tunggal sehingga tidak
memiliki struktur tangga berpilin. Namun, modifikasi struktur juga terjadi
akibat terbentuknya ikatan hidrogen di dalam untai tunggal itu sendiri
(intramolekuler).
Dengan
adanya modifikasi struktur molekul RNA, kita mengenal tiga macam RNA, yaitu RNA
duta atau messenger RNA (mRNA), RNA pemindah atau transfer
RNA (tRNA), dan RNA ribosomal (rRNA). Struktur mRNA dikatakan
sebagai struktur primer, sedangkan struktur tRNA dan rRNA dikatakan sebagai
struktur sekunder. Perbedaan di antara ketiga struktur molekul RNA tersebut
berkaitan dengan perbedaan fungsinya masing-masing.
g. Sifat-sifat Fisika-Kimia
Asam Nukleat
Di
bawah ini akan dibicarakan sekilas beberapa sifat fisika-kimia asam nukleat.
Sifat-sifat tersebut adalah stabilitas asam nukleat, pengaruh asam, pengaruh
alkali, denaturasi kimia, viskositas, dan kerapatan apung.
h. Stabilitas asam nukleat
Ketika
kita melihat struktur tangga berpilin molekul DNA atau pun struktur sekunder
RNA, sepintas akan nampak bahwa struktur tersebut menjadi stabil akibat adanya
ikatan hidrogen di antara basa-basa yang berpasangan. Padahal, sebenarnya
tidaklah demikian. Ikatan hidrogen di antara pasangan-pasangan basa hanya akan
sama kuatnya dengan ikatan hidrogen antara basa dan molekul air apabila DNA
berada dalam bentuk rantai tunggal. Jadi, ikatan hidrogen jelas tidak
berpengaruh terhadap stabilitas struktur asam nukleat, tetapi sekedar
menentukan spesifitas perpasangan basa.
Penentu
stabilitas struktur asam nukleat terletak pada interaksi penempatan (stacking
interactions) antara pasangan-pasangan basa. Permukaan basa yang
bersifat hidrofobik menyebabkan molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela
perpasangan basa sehingga perpasangan tersebut menjadi kuat.
i. Pengaruh asam
Di
dalam asam pekat dan suhu tinggi, misalnya HClO4 dengan suhu lebih
dari 100ºC, asam nukleat akan mengalami hidrolisis sempurna menjadi
komponen-komponennya. Namun, di dalam asam mineral yang lebih encer, hanya
ikatan glikosidik antara gula dan basa purin saja yang putus sehingga asam
nukleat dikatakan bersifat apurinik.
j.Pengaruh alkali
Pengaruh
alkali terhadap asam nukleat mengakibatkan terjadinya perubahan status
tautomerik basa. Sebagai contoh, peningkatan pH akan menyebabkan perubahan
struktur guanin dari bentuk keto menjadi bentuk enolat karena molekul tersebut
kehilangan sebuah proton. Selanjutnya, perubahan ini akan menyebabkan
terputusnya sejumlah ikatan hidrogen 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 C nomor 2 di dalam gula ribosanya.
k. Denaturasi kimia
Sejumlah
bahan kimia diketahui dapat menyebabkan denaturasi asam nukleat pada pH netral.
Contoh yang paling dikenal adalah urea (CO(NH2)2) dan
formamid (COHNH2). Pada konsentrasi yang relatif tinggi,
senyawa-senyawa tersebut dapat merusak ikatan hidrogen. Artinya, stabilitas
struktur sekunder asam nukleat menjadi berkurang dan rantai ganda mengalami
denaturasi.
l. Viskositas
DNA
kromosom dikatakan mempunyai nisbah 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 relatif 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 ketika kita hendak melakukan isolasi DNA yang utuh.
m. Kerapatan apung
Analisis
dan pemurnian DNA dapat dilakukan sesuai dengan kerapatan apung (bouyant
density)-nya. Di dalam larutan yang mengandung garam pekat dengan berat
molekul tinggi, misalnya sesium klorid (CsCl) 8M, DNA mempunyai kerapatan yang
sama dengan larutan tersebut, yakni sekitar 1,7 g/cm3. Jika
larutan ini disentrifugasi dengan kecepatan yang sangat tinggi, maka garam CsCl
yang pekat akan bermigrasi ke dasar tabung dengan membentuk gradien
kerapatan. Begitu juga, sampel DNA akan bermigrasi menuju posisi gradien
yang sesuai dengan kerapatannya. Teknik ini dikenal sebagai sentrifugasi
seimbang dalam tingkat kerapatan (equilibrium density gradient
centrifugation) atau sentrifugasi isopiknik.
Oleh
karena dengan teknik sentrifugasi tersebut pelet RNA akan berada di dasar
tabung dan protein akan mengapung, maka DNA dapat dimurnikan baik dari RNA
maupun dari protein. Selain itu, teknik tersebut juga berguna untuk 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).
n. Sifat-sifat
Spektroskopik-Termal Asam Nukleat
Sifat
spektroskopik-termal asam nukleat meliputi kemampuan absorpsi sinar UV,
hipokromisitas, penghitungan konsentrasi asam nukleat, penentuan kemurnian DNA,
serta denaturasi termal dan renaturasi asam nukleat. Masing-masing akan
dibicarakan sekilas berikut ini.
o. Absorpsi UV
Asam
nukleat dapat mengabsorpsi sinar UV karena adanya basa nitrogen yang bersifat
aromatik; fosfat dan gula tidak memberikan kontribusi dalam absorpsi UV.
Panjang gelombang untuk absorpsi maksimum baik oleh DNA maupun RNA adalah
260 nm atau dikatakan λmaks = 260 nm. Nilai ini jelas sangat berbeda
dengan nilai untuk protein yang mempunyai λmaks = 280 nm.
Sifat-sifat absorpsi asam nukleat dapat digunakan untuk deteksi, kuantifikasi,
dan perkiraan kemurniannya.
p. Hipokromisitas
Meskipun
λmaks untuk DNA dan RNA konstan, ternyata ada perbedaan nilai yang
bergantung kepada lingkungan di sekitar basa berada. Dalam hal ini, absorbansi
pada λ 260 nm (A260) memperlihatkan variasi di antara
basa-basa pada kondisi yang berbeda. Nilai tertinggi terlihat pada nukleotida
yang diisolasi, nilai sedang diperoleh pada molekul DNA rantai tunggal (ssDNA)
atau RNA, dan nilai terendah dijumpai pada DNA rantai ganda (dsDNA). Efek ini
disebabkan oleh pengikatan basa di dalam lingkungan hidrofobik. Istilah klasik
untuk menyatakan perbedaan nilai absorbansi tersebut adalah hipokromisitas.
Molekul dsDNA dikatakan relatif hipokromik (kurang berwarna) bila dibandingkan
dengan ssDNA. Sebaliknya, ssDNA dikatakan hiperkromik terhadap dsDNA.
q. Penghitungan konsentrasi
asam nukleat
Konsentrasi
DNA dihitung atas dasar nilai A260-nya. Molekul dsDNA dengan
konsentrasi 1mg/ml mempunyai A260 sebesar 20, sedangkan
konsentrasi yang sama untuk molekul ssDNA atau RNA mempunyai A260 lebih
kurang sebesar 25. Nilai A260 untuk ssDNA dan RNA hanya
merupakan perkiraan karena kandungan basa purin dan pirimidin pada kedua
molekul tersebut tidak selalu sama, dan nilai A260 purin
tidak sama dengan nilai A260 pirimidin. Pada dsDNA, yang
selalu mempunyai kandungan purin dan pirimidin sama, nilai A260 -nya
sudah pasti.
r. Kemurnian asam nukleat
Tingkat
kemurnian asam nukleat dapat diestimasi melalui penentuan nisbah A260
terhadap A280. Molekul dsDNA murni mempunyai nisbah
A260 /A280 sebesar 1,8. Sementara
itu, RNA murni mempunyai nisbah A260 /A280
sekitar 2,0. Protein, dengan λmaks = 280 nm, tentu saja
mempunyai nisbah A260 /A280 kurang
dari 1,0. Oleh karena itu, suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai A260
/A280 lebih dari 1,8 dikatakan terkontaminasi oleh RNA.
Sebaliknya, suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai A260 /A280
kurang dari 1,8 dikatakan terkontaminasi oleh protein.
s. Denaturasi termal dan
renaturasi
Di
atas telah disinggung bahwa beberapa senyawa kimia tertentu dapat menyebabkan
terjadinya denaturasi asam nukleat. Ternyata, panas juga dapat menyebabkan
denaturasi asam nukleat. Proses denaturasi ini dapat diikuti melalui pengamatan
nilai absorbansi yang meningkat karena molekul rantai ganda (pada dsDNA dan
sebagian daerah pada RNA) akan berubah menjadi molekul rantai tunggal.
Denaturasi
termal pada DNA dan RNA ternyata sangat berbeda. Pada RNA denaturasi
berlangsung perlahan dan bersifat acak karena bagian rantai ganda yang pendek
akan terdenaturasi lebih dahulu daripada bagian rantai ganda yang panjang.
Tidaklah demikian halnya pada DNA. Denaturasi terjadi sangat cepat dan bersifat
koperatif karena denaturasi pada kedua ujung molekul dan pada daerah kaya AT
akan mendestabilisasi daerah-daerah di sekitarnya.
Suhu
ketika molekul asam nukleat mulai mengalami denaturasi dinamakan titik leleh
atau melting temperature (Tm). Nilai Tm
merupakan fungsi kandungan GC sampel DNA, dan berkisar dari 80 ºC hingga 100ºC
untuk molekul-molekul DNA yang panjang.
DNA
yang mengalami denaturasi termal dapat dipulihkan (direnaturasi) dengan cara
didinginkan. Laju pendinginan berpengaruh terhadap hasil renaturasi yang
diperoleh. Pendinginan yang berlangsung cepat hanya memungkinkan renaturasi
pada beberapa bagian/daerah tertentu. Sebaliknya, pendinginan yang dilakukan
perlahan-lahan dapat mengembalikan seluruh molekul DNA ke bentuk rantai ganda
seperti semula. Renaturasi yang terjadi antara daerah komplementer dari dua
rantai asam nukleat yang berbeda dinamakan hibridisasi.
t. Superkoiling DNA
Banyak
molekul dsDNA berada dalam bentuk sirkuler tertutup atau closed-circular
(CC), misalnya DNA plasmid dan kromosom bakteri serta DNA berbagai virus.
Artinya, kedua rantai membentuk lingkaran dan satu sama lain dihubungkan sesuai
dengan banyaknya putaran heliks (Lk) di dalam molekul DNA
tersebut.
Sejumlah
sifat muncul dari kondisi sirkuler DNA. Cara yang baik untuk membayangkannya
adalah menganggap struktur tangga berpilin DNA seperti gelang karet dengan
suatu garis yang ditarik di sepanjang gelang tersebut. Jika kita membayangkan
suatu pilinan pada gelang, maka deformasi yang terbentuk akan terkunci ke dalam
sistem pilinan tersebut. Deformasi inilah yang disebut sebagai superkoiling.
u. Interkalator
Geometri
suatu molekul yang mengalami superkoiling dapat berubah akibat beberapa faktor
yang mempengaruhi pilinan internalnya. Sebagai contoh, peningkatan suhu dapat
menurunkan jumlah pilinan, atau sebaliknya, peningkatan kekuatan ionik dapat
menambah jumlah pilinan. Salah satu faktor yang penting adalah keberadaan
interkalator seperti etidium bromid (EtBr). Molekul ini merupakan
senyawa aromatik polisiklik bermuatan positif yang menyisip di antara pasangan-pasangan
basa. Dengan adanya EtBr molekul DNA dapat divisualisasikan menggunakan paparan
sinar UV.
2.3
Biosintesis Asam Nukleat
Biosintesis
asam nukleat mencakup biosintesis nukleotida purin dan biosintesis nukleotida
pirimidin.
2.3.1 Biosintesis nukleotida purin
Sintesis dari nukleotida purin
dimulai dengan PRPP dan mengarah ke sepenuhnya terbentuk pertama nukleotida,
monofosfat 5'-inosin (IMP). Jalur ini digambarkan di bawah ini.. Basis purin tanpa bagian ribosa terlampir adalah
hipoksantin. Basis purin dibangun di atas ribosa dengan reaksi amidotransferase
dan beberapa transformylation. Sintesis IMP membutuhkan lima mol ATP, dua mol
glutamin, satu mol glisin, satu mol CO 2, satu mol aspartat dan dua
mol format. Gugus formil dilakukan pada tetrahidrofolat (THF) dalam bentuk N
5, N 10-methenyl-THF dan N 10-formil-THF.
Enzim nama:
1.
Glutamin phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase
2.
Glycinamide ribotide sintase
3.
Glycinamide ribotide transformylase
4.
Formylglycinamide sintase
5.
Aminoimidazole ribotide sintase
6.
Aminoimidazole ribotide karboksilase
7.
Sintase ribotide succinylaminoimidazolecarboxamide
8.
Adenylosuccinate lyase
9.
Aminoimidazole karboksamida ribotide transformylase
10.
IMP cyclohydrolase
Sintesis
dari purin sepenuhnya terbentuk pertama nukleotida, monofosfat inosin, IMP
dimulai dengan 5-phospho-α-ribosyl-1-pirofosfat, PRPP. Melalui serangkaian
reaksi menggunakan ATP, (THF) tetrahidrofolat derivatif, glutamin, glisin dan
aspartate IMP ini menghasilkan jalur. Tingkat membatasi reaksi dikatalisis oleh
glutamin amidotransferase PRPP, enzim ditandai dengan 1 pada Gambar tersebut.
Struktur nucleobase dari IMP (hipoksantin) ditampilkan. Tempatkan mouse di atas nama-nama antara hijau untuk
melihat struktur.
IMP
merupakan titik cabang untuk biosintesis purin, karena dapat diubah menjadi
baik AMP atau GMP melalui dua jalur reaksi yang berbeda. Jalur yang mengarah ke
AMP memerlukan energi dalam bentuk GTP, yang mengarah ke GMP memerlukan energi
dalam bentuk ATP. Pemanfaatan GTP dalam jalur untuk sintesis AMP memungkinkan
sel untuk mengontrol proporsi AMP dan GMP untuk dekat kesetaraan. Akumulasi
dari GTP berlebih akan menyebabkan sintesis AMP dipercepat dari IMP sebagai
gantinya, dengan mengorbankan sintesis GMP. Sebaliknya, karena konversi IMP
untuk GMP memerlukan ATP, akumulasi kelebihan ATP menyebabkan sintesis
dipercepat GMP atas bahwa AMP.
Gambar. Sintesis AMP dan
GMP dari IMP
Peraturan
Sintesis Nukleotida Purin
Tingkat membatasi langkah-langkah
penting dalam biosintesis purin terjadi pada dua langkah pertama dari jalur
tersebut. Sintesis PRPP oleh sintetase PRPP adalah pakan kembali dihambat oleh
purin-5'-nukleotida (terutama AMP dan GMP). Efek kombinasi dari dua nukleotida
yang terbesar, misalnya, inhibisi maksimal jika konsentrasi yang benar dari
kedua nukleotida adenin dan guanin dicapai.
Reaksi amidotransferase
dikatalisis oleh PRPP amidotransferase juga umpan balik dihambat oleh ATP
allosterically mengikat, ADP dan AMP pada satu situs hambat dan GTP, PDB dan
GMP di lain. Sebaliknya aktivitas enzim yang dirangsang oleh PRPP.
Selain itu, biosintesis purin
diatur dalam jalur cabang dari IMP untuk AMP dan GMP. Akumulasi ATP berlebih
menyebabkan sintesis dipercepat GMP, dan kelebihan GTP menyebabkan sintesis
dipercepat AMP.
Katabolisme
dan Salvage dari Nukleotida Purin
Katabolisme dari nukleotida purin
berujung pada produksi asam urat yang larut dan diekskresikan dalam urin
sebagai kristal natrium urat.
Gambar. Katabolisme nukleotida purin
adenine + PRPP <——> AMP + PP i adenin + PRPP <-> AMP + PP i
dan hipoksantin-guanin fosforibosiltransferase (HGPRT),
yang mengkatalisis reaksi berikut:
hypoxanthine + PRPP <——> IMP + PP
i hipoksantin + PRPP
<-> IMP + PP i
guanine + PRPP <——> GMP + PP i guanin + PRPP <-> GMP + PP i
Sebuah enzim yang sangat penting penyelamatan purin dengan
cepat membagi sel-sel adalah adenosin deaminase (ADA) yang mengkatalisis
deaminasi adenosin untuk inosin. Kekurangan dalam hasil ADA dalam gangguan yang
disebut imunodefisiensi gabungan yang berat, SCID (dan secara singkat diuraikan di bawah).
Gambar.
Salvage nukleotida untuk jalur purin
Nukleotida purin phosphorylases (PNPS) juga dapat berkontribusi untuk menyelamatkan dari basis melalui pembalikan jalur katabolisme. Namun, jalur ini kurang berarti dibandingkan yang dikatalisis oleh phosphoribosyltransferases.
Sintesis AMP dari IMP dan
penyelamatan dari IMP melalui katabolisme AMP memiliki efek bersih dari
deaminating aspartat untuk fumarat. Proses ini telah disebut nukleotida purin
siklus (lihat diagram di bawah). Siklus ini sangat penting dalam sel otot.
Peningkatan aktivitas otot menciptakan permintaan untuk peningkatan dalam siklus
TCA , untuk menghasilkan NADH lebih untuk produksi ATP. Namun,
otot tidak memiliki sebagian besar enzim reaksi anapleurotic utama. Otot
replenishes TCA-siklus intermediet dalam bentuk fumarat yang dihasilkan oleh
siklus nukleotida purin.
Siklus nukleotida purin melayani
fungsi penting dalam otot berolahraga. Generasi fumarat menyediakan otot rangka
dengan 'satu-satunya sumber atas substrat anapleurotic untuk siklus
TCA . Dalam rangka untuk operasi lanjutan dari siklus selama
latihan, protein otot harus dimanfaatkan untuk memasok nitrogen amino untuk
generasi aspartat. Generasi asparate terjadi oleh reaksi transaminasi standar
yang interconvert asam amino dengan α-ketoglutarat untuk membentuk glutamat dan
glutamat dengan oksaloasetat untuk membentuk aspartat. Deaminase Myoadenylate adalah
isoenzyme otot-spesifik deaminase AMP, dan kekurangan dalam memimpin deaminase
myoadenylate untuk pasca-latihan kelelahan, kram dan mialgia.
Signifikansi
klinis dari Metabolisme Purin
Masalah klinis yang terkait
dengan metabolisme nukleotida pada manusia sebagian besar adalah hasil dari
katabolisme abnormal purin. Klinis konsekuensi dari metabolisme purin berbagai
abnormal dari ringan sampai gangguan berat dan bahkan fatal. Manifestasi klinis
katabolisme purin normal timbul dari terpecahkannya hasil sampingan degradasi,
asam urat. Gout adalah suatu kondisi yang
dihasilkan dari pengendapan urat sebagai monosodium urat (MSU) atau kalsium
pirofosfat dihidrat (CPPD) kristal dalam cairan sinovial sendi , menyebabkan
peradangan yang berat dan arthritis. Respon inflamasi adalah karena kristal
melibatkan caspase-1-mengaktifkan inflammasome dihasilkan dalam produksi
interleukin-1β (IL-1β) dan IL-18. Sebagian besar bentuk asam urat adalah hasil
produksi purin berlebih dan katabolisme konsekuen atau kekurangan parsial dalam
enzim penyelamatan, HGPRT. Sebagian besar bentuk gout dapat diobati dengan
pemberian antimetabolit: allopurinol. Senyawa ini adalah
analog struktural dari hipoksantin yang sangat menghambat xantin oksidase.
Dua gangguan yang parah,
keduanya cukup baik dijelaskan, terkait dengan cacat dalam metabolisme purin: Lesch-Nyhan dan penyakit imunodefisiensi berat gabungan (SCID) . Lesch-Nyhan hasil dari hilangnya gen HGPRT fungsional.
Kelainan ini diwariskan sebagai suatu ciri terkait-seks, dengan gen HGPRT pada
kromosom X (Xq26-q27.2). Pasien dengan cacat ini tidak hanya menunjukkan gejala
berat gout tetapi juga kerusakan parah sistem saraf. Dalam kasus yang paling
serius, pasien resor untuk melukai diri sendiri. Kematian biasanya terjadi
sebelum pasien mencapai tahun ke-20 mereka.
SCID yang paling sering (90%)
yang disebabkan oleh kekurangan dalam deaminase adenosin enzim (ADA). Ini
adalah enzim yang bertanggung jawab untuk mengubah adenosin untuk inosin dalam
katabolisme dari purin. Kekurangan ini selektif mengarah pada penghancuran
limfosit B dan T, sel-sel yang mount respon imun. Dengan tidak adanya ADA,
deoxyadenosine adalah terfosforilasi untuk menghasilkan tingkat dATP yang
50-kali lipat lebih tinggi dari normal. Tingkat yang sangat tinggi dalam
limfosit, yang memiliki jumlah melimpah dari enzim penyelamatan, termasuk
kinase nukleosida. Konsentrasi tinggi menghambat reduktase ribonucleotide dATP
(lihat di bawah), sehingga mencegah dNTP lain dari yang diproduksi. Efek bersih
adalah untuk menghambat sintesis DNA. Karena limfosit harus mampu berkembang
biak secara dramatis dalam menanggapi tantangan antigenik, ketidakmampuan untuk
mensintesis DNA serius merusak respon imun, dan penyakit ini biasanya berakibat
fatal pada masa bayi kecuali upaya perlindungan khusus diambil. Sebuah hasil
yang kurang immunodeficiency parah ketika ada kurangnya nukleosida purin
fosforilase (PNP), enzim lain-degradatif purin.
Salah satu penyakit penyimpanan
glikogen banyak penyakit von Gierke juga menyebabkan produksi asam urat
berlebihan. Gangguan ini hasil dari defisiensi glukosa 6-fosfatase aktivitas.
Peningkatan ketersediaan fosfat glukosa-6-meningkatkan laju fluks melalui jalur
fosfat pentosa, menghasilkan suatu elevasi di tingkat-fosfat ribosa 5-dan
akibatnya PRPP. Peningkatan PRPP maka hasilnya dalam biosintesis purin
berlebih.
Gangguan Metabolisme Purin
Kekacauan |
Cacat |
Sifat Cacat |
Komentar |
Encok |
3 cacat enzim yang berbeda dapat menyebabkan gout: PRPP synthetase PRPP sintetase HGPRT a HGPRT sebuah glucose-6-phosphatase glukosa-6-fosfatase |
Kegiatan up |
hiperurisemia |
Lesch-Nyhan |
HGPRT |
kurangnya enzim |
|
SCID |
ADA b |
kurangnya enzim |
|
Immunodeficiency |
PNP c |
kurangnya enzim |
|
Ginjal lithiasis |
APRT d |
kurangnya enzim |
2,8-dihydroxyadenine lithiasis, ginjal |
Xanthinuria |
Xanthine oksidase |
kurangnya enzim |
hypouricemia dan xanthine ginjal lithiasis |
Penyakit von Gierke |
Glukosa-6-fosfatase |
defisiensi enzim |
|
sebuah hipoksantin-guanin fosforibosiltransferase
b adenosin deaminase
c purin fosforilase nukleotida
d adenosin fosforibosiltransferase
2.3.1 Biosintesis nukleotida pirimidin
Karbamoil fosfat digunakan untuk
sintesis nukleotida pirimidin berasal dari glutamin dan bikarbonat, dalam
sitosol, yang bertentangan dengan fosfat siklus urea karbamoil berasal dari
ammonia dan bikarbonat dalam mitokondria. Reaksi siklus urea dikatalisis oleh
sintetase karbamoil fosfat I (CPS-I) sedangkan prekursor nukleotida pirimidin
disintesis oleh CPS-II. Karbamoil fosfat kemudian kental dengan aspartat dalam
reaksi dikatalisis oleh enzim tingkat membatasi biosintesis nukleotida
pirimidin, aspartat transcarbamoylase (ATCase).
Gambar.
Sintesis karbamoil fosfat oleh CPS II
Enzim nama:
1.
Aspartat transcarbamoylase, ATCase
2.
Karbamoil aspartat dehidratase
3.
Dihydroorotate dehidrogenase
4.
Orotate fosforibosiltransferase
5.
Orotidine-5'-fosfat karboksilase
Sintesis UMP dari karbamoil fosfat.
Karbamoil fosfat digunakan dalam sintesis nukleotida pirimidin berbeda dari yang
disintesis dalam siklus urea; itu disintesis dari glutamin bukan amonia dan
disintesis dalam sitosol. Reaksi ini dikatalisis oleh fosfat sintetase
karbamoil II (CPS-II). Karbamoil fosfat Selanjutnya dimasukkan ke dalam jalur
biosintesa nukleotida pirimidin melalui aksi aspartat transcarbamoylase, ATCase
(enzim # 1) yang adalah tingkat membatasi langkah dalam biosintesis pirimidin.
Setelah selesai sintesis UMP dapat terfosforilasi untuk UTP dan digunakan
sebagai substrat untuk sintase CTP untuk sintesis CTP. Nukleotida uridin juga
merupakan prekursor untuk sintesis de novo dari nukleotida timin.
Sintesis pirimidin berbeda dalam dua
cara yang signifikan dari yang purin. Pertama, struktur cincin dipasang sebagai
basa bebas, tidak dibangun di atas PRPP. PRPP ditambahkan ke dasar pirimidin
pertama sepenuhnya terbentuk (asam orotic), membentuk orotate monophosphate
(OMP), yang kemudian dekarboksilasi untuk UMP. Kedua, tidak ada cabang di jalur
sintesis pirimidin. UMP adalah terfosforilasi dua kali untuk menghasilkan UTP
(ATP merupakan donor fosfat). Fosforilasi pertama adalah dikatalisis oleh
kinase uridylate dan kedua oleh nukleosida difosfat kinase mana-mana. Akhirnya
UTP aminated oleh aksi sintase CTP, menghasilkan CTP. Nukleotida timin yang
pada gilirannya diturunkan oleh sintesis de novo dari dump atau oleh
jalur selamatkan dari deoxyuridine atau deoxythymidine.
Gambar. Sintesis CTP dari UTP
Sintesis
dari Nukleotida Timin
De novo jalur untuk sintesis dTTP pertama memerlukan penggunaan DUMP dari
metabolisme berupa UDP atau CDP. Dump diubah menjadi dTMP oleh aksi sintase
timidilat. Kelompok metil (ingat bahwa timin adalah 5-metil urasil) yang
disumbangkan oleh N 5, N 10-metilen THF,
mirip dengan sumbangan kelompok metil selama biosintesis purin. Properti unik
dari tindakan sintase timidilat adalah bahwa THF dikonversikan ke dihydrofolate
(DBD), reaksi-satunya yang menghasilkan DBD dari THF. Agar reaksi sintase
timidilat untuk melanjutkan, THF harus regenerasi dari DBD. Hal ini dicapai
melalui tindakan reduktase dihydrofolate (DHFR). THF kemudian dikonversi ke N
5, N 10-THF melalui tindakan serin hydroxymethyl
transferase. Peran penting dalam biosintesis nukleotida DHFR timidin membuatnya
menjadi target ideal untuk agen kemoterapi.
Gambar. Sintesis dTMP dari DUMP
thymidine + ATP <——> TMP + ADP timidin + ATP <-> ADP + TMP
deoxyuridine + ATP <——> dUMP +
ADP deoxyuridine + ATP <-> ADP +
DUMP
Kegiatan timidin kinase (salah satu kinase berbagai
deoxyribonucleotide) adalah unik dalam hal itu berfluktuasi dengan siklus sel,
naik ke puncak aktivitas selama fase sintesis DNA, itu dihambat oleh dTTP.
Relevansi
klinis tetrahydrofolate
Tetrahydrofolate (THF) dibuat
ulang dari produk (DBD) dihydrofolate reaksi sintase timidilat oleh aksi
reduktase dihydrofolate (DHFR), enzim yang memerlukan NADPH. Sel yang tidak
dapat beregenerasi THF menderita cacat sintesis DNA dan akhirnya kematian.
Untuk alasan ini, serta fakta bahwa dTTP digunakan hanya dalam DNA, adalah
terapi mungkin untuk menargetkan sel-sel berkembang biak cepat di
non-proliferasi sel melalui penghambatan sintase timidilat. Banyak obat
anti-kanker bertindak langsung untuk menghambat sintase timidilat, atau tidak
langsung, dengan DHFR menghambat.
Kelas molekul yang digunakan untuk menghambat sintase
timidilat disebut substrat bunuh diri karena mereka ireversibel menghambat
enzim. Molekul kelas ini meliputi 5-fluorouracil dan 5-fluorodeoxyuridine.
Keduanya dikonversi dalam sel untuk 5-fluorodeoxyuridylate, FdUMP. Ini adalah
obat ini menghambat sintase metabolit yang timidilat. Banyak DHFR inhibitor
telah disintesis, termasuk methotrexate, aminopterin, dan trimethoprim.
Masing-masing adalah analog dari asam folat.
Peraturan
Biosintesis Pirimidin
Regulasi sintesis pirimidin
terjadi terutama pada langkah pertama yang dikatalisis oleh aspartat
transcarbamoylase, ATCase. Dihambat oleh CTP dan diaktifkan oleh ATP, ATCase
adalah protein dalam sel mamalia multifungsi. Hal ini mampu mengkatalisis
pembentukan fosfat karbamoil, aspartat karbamoil, dan dihydroorotate. Aktivitas
sintetase karbamoil dari kompleks ini disebut sintetase karbamoil fosfat II
(CPS-II) sebagai lawan CPS-I, yang terlibat dalam siklus
urea . ATCase, dan karena itu aktivitas CPS-II, terlokalisir ke
sitoplasma dan lebih suka glutamin sebagai substrat. CPS-I dari siklus urea
lokal dalam mitokondria dan menggunakan amonia. Situs CPS-II diaktifkan oleh
ATP dan dihambat oleh UDP, UTP, dUTP, dan CTP.
Peran glisin dalam ATCase
regulasi adalah untuk bertindak sebagai inhibitor kompetitif dari situs
mengikat glutamin. Seperti dalam regulasi sintesis purin, tingkat ATP juga
mengatur biosintesis pirimidin pada tingkat pembentukan PRPP. Peningkatan
tingkat hasil PRPP dalam aktivasi sintesis pirimidin.
Ada juga peraturan
dekarboksilase OMP: enzim ini dihambat oleh UMP kompetitif dan, pada tingkat
yang lebih rendah, oleh CMP. Akhirnya, sintase CTP adalah umpan balik-dihambat
oleh CTP dan diaktifkan oleh GTP.
Katabolisme
dan Salvage dari Nukleotida Pirimidin
Katabolisme dari nukleotida
pirimidin berujung pada β-alanine (ketika CMP dan UMP yang terdegradasi) atau
β-aminoisobutyrate (ketika dTMP yang terdegradasi) dan NH 3 dan CO 2.
Para β-alanin dan β-aminoisobutyrate berfungsi sebagai-NH 2 donor
dalam transaminasi α-ketoglutarat untuk glutamat. Reaksi berikutnya mengubah
produk untuk malonyl-KoA (yang dapat dialihkan untuk sintesis asam lemak) atau
methylmalonyl-KoA (yang diubah menjadi suksinil-CoA dan dapat didorong ke
siklus TCA).
Yang sisa dari basa pirimidin
memiliki makna kurang klinis dibandingkan dengan purin, karena kelarutan
dengan-produk katabolisme pirimidin. Namun, seperti ditunjukkan di atas, jalur
penyelamatan untuk sintesis nukleotida timidin sangat penting dalam persiapan
untuk pembelahan sel. Urasil dapat diselamatkan untuk membentuk UMP melalui
aksi bersama dari uridin fosforilase dan uridin kinase, seperti ditunjukkan:
uracil + ribose-1-phosphate <——>
uridine + P i urasil +
ribosa-1-fosfat <-> uridin + P i
uridine + ATP ——> UMP + ADP uridin + ATP -> ADP + UMP
. Deoxyuridine juga merupakan substrat untuk uridin fosforilase.
Pembentukan dTMP, dengan sisa sebesar dTMP membutuhkan fosforilase timin dan
kinase timidin ditemui sebelumnya:
thymine + deoxyribose-1-phosphate
<——> thymidine + P i timin
deoksiribosa +-1-fosfat <-> timidin + P i
thymidine + ATP ——> dTMP + ADP timidin + ATP -> ADP + dTMP
Yang sisa dari deoxycytidine
dikatalisis oleh kinase deoxycytidine:
deoxycytidine + ATP <——> dCMP +
ADP deoxycytidine + ATP <-> ADP
+ dCMP
Deoxyadenosine dan
deoxyguanosine juga substrat untuk kinase deoxycytidine, meskipun m
K untuk substrat ini jauh lebih tinggi dibandingkan deoxycytidine.
Fungsi utama dari pirimidin nukleosida kinase adalah untuk
menjaga keseimbangan seluler antara tingkat pirimidin nukleosida dan pirimidin
nukleosida monophosphates. Namun, karena konsentrasi seluler dan plasma
keseluruhan dari pirimidin nukleosida, serta orang-orang dari ribosa-1-fosfat,
rendah, penyelamatan dari pirimidin oleh kinase relatif tidak efisien.
Signifikansi
klinis dari Metabolisme Pirimidin
Karena produk katabolisme pirimidin yang larut, beberapa
gangguan akibat kelebihan kadar sintesis atau katabolisme. Dua kelainan bawaan
yang mempengaruhi biosintesis pirimidin adalah hasil dari defisiensi dalam
enzim katalisator bifunctional dua langkah terakhir dari UMP sintesis, orotate
phosphoribosyl dekarboksilase transferase dan OMP. Ini menyebabkan kekurangan
dalam aciduria
orotic yang menyebabkan pertumbuhan terbelakang, dan anemia parah
yang disebabkan oleh eritrosit hipokromik dan sumsum tulang megaloblastik.
Leukopenia juga umum di acidurias orotic. Gangguan dapat diobati dengan uridin
dan / atau cytidine, yang menyebabkan peningkatan produksi UMP melalui tindakan
kinase nukleosida. UMP kemudian menghambat CPS-II, sehingga menghaluskan
produksi asam orotic.
Gangguan
Metabolisme Pirimidin
Kekacauan |
Enzim rusak |
Komentar |
Aciduria Orotic, Tipe I |
orotate phosphoribosyl dekarboksilase transferase dan OMP |
|
Orotic aciduria, Tipe II |
OMP dekarboksilase |
|
Karena Orotic aciduria OTC defisiensi (no hematologic component) (Tidak ada komponen hematologi) |
enzim siklus urea, ornitin otranscarbamoylase, kekurangan |
meningkat keluar mitokondria karbamoil fosfat dan
menambah biosintesis pirimidin; hepatic encephalopathy |
β-aminoisobutyric aciduria |
transaminase, mempengaruhi fungsi siklus urea selama
deaminasi α-amino asam untuk α-keto asam |
jinak, sering terjadi di Timur |
diinduksi obat aciduria orotic |
OMP dekarboksilase |
allopurinol dan 6-azauridine perawatan menyebabkan
acidurias orotic tanpa komponen hematologi; mereka katabolik oleh-produk
menghambat dekarboksilase OMP |
2.4 Pembentukan
deoksiribonukleotida
Sel khas berisi 5 to10 kali
sebagai RNA banyak (mRNA, rRNA dan tRNA) sebagai DNA. Oleh karena itu,
mayoritas biosintesis nukleotida telah sebagai tujuan produksi rNTPs. Namun,
karena sel berkembang biak perlu mereplikasi genom mereka, produksi dNTP juga
diperlukan. Proses ini dimulai dengan pengurangan rNDPs, diikuti oleh
fosforilasi untuk menghasilkan dNTP. Fosforilasi dNDPs untuk dNTP dikatalisis
oleh nukleosida difosfat kinase yang sama yang phosphorylates rNDPs untuk
rNTPs, menggunakan ATP sebagai donor fosfat.
Reduktase ribonucleotide (RR)
adalah enzim multifungsi yang berisi redoks-aktif kelompok tiol untuk transfer
elektron selama reaksi reduksi. Dalam proses mengurangi rNDP untuk dNDP sebuah,
RR menjadi teroksidasi. RR berkurang pada gilirannya, baik oleh thioredoxin
atau glutaredoxin. Sumber utama dari elektron NADPH. Elektron shuttled melalui
serangkaian langkah yang melibatkan kompleks enzim yang menumbuhkan
bentuk-bentuk yang berkurang atau glutaredoxin thioredoxin. Enzim ini
thioredoxin reductase dan glutathione reduktase masing-masing.
Gambar.
Reduktase ribonucleotide reaksi
2.5 Peraturan
Pembentukan dNTP
Reduktase ribonucleotide adalah enzim hanya digunakan dalam
generasi semua deoksiribonukleotida. Oleh karena itu, aktivitas dan
spesifisitas substrat harus diatur secara ketat untuk memastikan produksi yang
seimbang dari semua empat dNTP dibutuhkan untuk replikasi DNA. Regulasi
tersebut terjadi dengan mengikat dari nukleosida trifosfat efektor baik situs
kegiatan atau situs spesifisitas dari kompleks enzim. Situs Aktivitas mengikat
ATP atau dATP baik dengan afinitas yang rendah, sedangkan situs spesifisitas
mengikat ATP, dATP, dGTP, atau dTTP dengan afinitas tinggi. Pengikatan ATP di
situs kegiatan mengarah ke aktivitas enzim meningkat, sementara pengikatan dATP
menghambat enzim. Pengikatan nukleotida di situs spesifisitas efektif
memungkinkan enzim untuk mendeteksi kelimpahan relatif dari empat dNTP dan
untuk menyesuaikan afinitas untuk dNTP kurang berlimpah, dalam rangka mencapai
keseimbangan produksi. thioredoxin reduktase dan glutation reduktase
masing-masing.
2.6 Interkonversi dari Nukleotida
Selama katabolisme asam nukleat,
nukleosida mono-dan diphosphates dilepaskan. Para nukleosida tidak
mengakumulasi ke tingkat yang signifikan, karena aksi kinase nukleosida. Ini
termasuk kedua nukleosida monofosfat (NMP) kinase dan nukleosida difosfat (RPN)
kinase. Kinase mengkatalisis NMP ATP-dependent reaksi dari jenis:
(d)NMP + ATP <——> (d)NDP + ADP (D) NMP + ATP <-> (d) NDP + ADP
Ada empat kelas kinase NMP yang
mengkatalisis, masing-masing, fosforilasi:
1 AMP
dan lembap;. Kinase ini dikenal sebagai kinase siklase.
2.
GMP dan dGMP.
3.
CMP, UMP dan dCMP.
4.
DTMP.
Kinase adenilat enzim adalah
penting untuk memastikan tingkat yang memadai energi dalam sel seperti hati dan
otot. Reaksi dominan dikatalisis oleh kinase adenilat adalah:
2ADP <——> AMP + ATP 2ADP <-> AMP + ATP
Kinase mengkatalisis reaksi NDP
dari jenis:
N 1 TP + N 2 DP
<——> N 1 DP + N 2 TP N 1 + N 2 TP DP <-> DP + N 1
N 2 TP
N 1 dapat mewakili purin ribo-atau
deoxyribonucleotide; N 2 yang pirimidin ribo-atau
deoxyribonucleotide. Aktivitas kinase RPN dapat berkisar dari 10 sampai 100
kali lebih tinggi dari kinase NMP. Perbedaan dalam aktivitas mempertahankan
tingkat intraselular yang relatif tinggi (d) NTP relatif terhadap (d) NDPs.
Berbeda dengan spesifisitas substrat terlihat untuk kinase NMP, kinase RPN mengenali
spektrum yang luas dari (d) NDPs dan (d) NTP.
III. PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Biosintesis adalah enzim-dikatalisis proses dalam sel hidup organisme dimana substrat yang lebih kompleks dikonversi ke produk. Asam
nukleat merupakan polimer besar dengan ukuran yang bervariasi. Purin
utama asam nukleat adalah adenin dan guanin, sedangkan pirimidinnya adalah sitosin, timin dan urasil. Biosintesis asam nukleat mencakup
biosintesis nukleotida purin dan biosintesis nukleotida pirimidin.
3.2 Saran
Biosintesis asam nukleat sangat
penting sekali dalam proses kelangsungan hidup manusia khususnya. Dalam
biosintesis terjadi proses-proses kompleks. Dengan adanya makalah ini ,
diharapkan partisipasi dari segenap ahli biokimia khususnya untuk meningkatkan
pengetahuan dan kemajuan dalam bidang biosintesia asam nukleat.
DAFTAR
PUSTAKA
Jones,
Russell Celyn; Buchanan, Bob B.; Gruissem, Wilhelm.2000. Biologi Molekuler
Biokimia & Tanaman.. Rockville,
Md: American Society of fisiologi tanaman.
King,Michael
W.1996. Biosintesis Nukleotida Purin. IU
School of Medicine
Poedjiadi,Anna.1994.
Dasar-Dasar Biokimia. Jakarta: UI-Press
Lehninger.1982.
Dasar-Dasar Biokimia,jilid 1.
Jakarta: Erlangga