Fish

Selasa, 28 Juni 2011

Biosintesis Asam Nukleat

MAKALAH BIOKIMIA
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:
Synthesis of 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP)
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 precursor compounds, chemical energy (such as in the form ATP ), and catalytic enzymes , which may require reduction equivalents (eg, in the form of NADH , NADPH ).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 proteins , vitamins , and antibiotics .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 amino acids , fatty acids , and natural products . [ 2 ] Biosynthesis plays a major role in all cells, and many dedicated metabolic routes combined constitute general metabolism.Examples for such multi-step biosynthetic pathways are those for the production of amino acids , fatty acids , and natural products . [ 2 ] Biosynthesis plays a major role in all cells, and many dedicated metabolic 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

 

Sintesis nukleotida dari basis nukleosida purin purin dan berlangsung dalam serangkaian langkah-langkah yang dikenal sebagai jalur penyelamatan. Basis purin gratis, adenin, guanin, dan hipoksantin, dapat dikonversi ke nukleotida yang sesuai mereka dengan phosphoribosylation. Dua enzim transferase kunci yang terlibat dalam penyelamatan purin: adenosin fosforibosiltransferase (APRT), yang mengkatalisis reaksi berikut:
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


            Sintesis dari pirimidin kurang kompleks dibandingkan dengan purin, karena dasar adalah jauh lebih sederhana. Basis menyelesaikan pertama adalah berasal dari 1 mol glutamin, salah satu mol ATP dan satu mol CO 2 (yang membentuk fosfat karbamoil) dan satu mol aspartat. Sebuah mol tambahan glutamin dan ATP yang diperlukan dalam konversi UTP untuk CTP. Jalur biosintesis pirimidin yang digambarkan di bawah ini.
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

 

            alur penyelamatan untuk sintesis dTTP melibatkan enzim kinase timidin yang dapat menggunakan baik timidin atau deoxyuridine sebagai substrat:
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
Alberts, Bruce.2002. Biologi molekular sel. New York: Garland Science. ISBN 0-8153-3218-1 . New York: Garland Science
Jones, Russell Celyn; Buchanan, Bob B.; Gruissem, Wilhelm.2000. Biologi Molekuler Biokimia & Tanaman.. Rockville, Md: American Society of Plant Physiologists. Rockville, Md: American Society of fisiologi tanaman. pp. 371–2. ISBN 0-943088-39-9 .
King,Michael W.1996. Biosintesis Nukleotida Purin. IU School of Medicine
Lodish H, Berk A SL, Zipursky. 2000. Molecular Cell Biology.4th edition. 4 edisi. New York: WH Freeman
Poedjiadi,Anna.1994. Dasar-Dasar Biokimia. Jakarta: UI-Press
Lehninger.1982. Dasar-Dasar Biokimia,jilid 1. Jakarta: Erlangga





















Tidak ada komentar:

Poskan Komentar