Upload
floba-ika-sianturi
View
138
Download
7
Embed Size (px)
DESCRIPTION
fffff
Citation preview
Metabolisme adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme,termasuk
yang terjadi di tingkat selular. Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi
kimia organik. Sedangkan untuk katabolisme itu sendiri yaitu reaksi yang mengurai molekul
senyawa organik untuk mendapatkan energi. Dan anabolisme merupakan reaksi yang
merangkai senyawa organik dari molekul- molekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh.
Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik yaitu:
1.Katabolisme yaitu reaksi yang mengurai senyawa molekul organik untuk mendapatkan
energy.
2.Anabolisme yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu,
untuk diserap oleh sel tubuh.Kedua arah lintasan metabolisime sangat diperlukan oleh setiap
organisme untuk dapat bertahan hidup. Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu
senyawa yang disebut sebagai hormon, dan dipercepat (dikatalisis) oleh enzim.
Metabolisme makromolekul protein
Protein bersama karbohidrat dan lemak merupakan sumber energi bagi tubuh. protein
tersusun dari molekul-molekul yang disebut asam amino. Di dalam tubuh mamalia asam
amino terbagi menjadi dua bagian yaitu asam amino esensial dan non esensial. Asam amino
esensial ialah asam amino yang tidak dapat disintesis oleh tubuh. Asam amino esensial dapat
disintesis oleh tubuh namun tetap diperlukan asupan dari makanan untuk menjaga
keseimbangan asam amino tersebut di dalam tubuh.
Metabolisme protein meliputi:
1.Degradasi protein (makanan dan protein intraseluler) menjadi asam amino
2.Oksidasi asam amino
3.Biosintesis asam amino
4.Biosintesis protein
Manusia memakan banyak protein untuk menggantikan protein endogen. Kelebihan
asam amino tidak dapat disimpan karena langsung mengalami katabolisme dalam tubuh.
Rantai karbon asam amino mengalami proses katabolisme yang diubah menjadi CO2, H2O
dan energi (ATP) melalui siklus asam sitrat dan rantai pernafasan. Jalur katabolisme
merupakan beberapa proses dengan zat yaitu: Jalur sangat panjang (contohnya triptophan)
sementara yang lainnya pendek (contohnya alanin). Beberapa jalur asam amino menunjukkan
hasil akhir produk katabolisme utama seperti pada gambar
Setiap asam amino didegradasi menjadi piruvat atau zat siklus asam sitrat lainnya dan
dapat menjadi prekrusor sintesis glukosa di hepar yang disebut glikogenik atau
glukoneogenik. Untuk beberapa asam amino seperti tirosin dan fenilalanin, hanya sebagian
dari rantai karbonnya yang digunakan untuk mensintesis glukosa karena sisa rantai karbon di
ubah menjadi asetil koa yang tidak dapat digunakan untuk sintesis glukosa.
A.Protein Tubuh dan Fungsinya
1.Protein Tubuh
Protein di dalam tubuh terdiri dari ¾ zat padat dari protein yaitu otot, enzim, protein
plasma, antibodi, hormon. Protein merupakan rangkaian asam amino dengan ikatan peptida
dan banyak protein terdiri dari ikatan komplek dengan fibril menjadi protein fibrosa, ada
beberapa macam protein fibrosa seperti: kolagen (tendon, kartilago, tulang); elastin (arteri);
keratin (rambut, kuku); dan aktin-miosin.
Ada beberapa macam protein dan asam amino diantaranya sebagai berikut:
a.Macam-macam protein:
1.Peptide: 2 – 10 asam amino
2.Polipeptide: 10 – 100 asam amino
3.Protein: > 100 asam amino
4.Antara asam amino saling berikatan dengan ikatan peptide
5.Glikoprotein: gabungan glukose dengan protein
6.Lipoprotein: gabungan lipid dan protein
b.Asam amino
1.Asam amino dibedakan: asam amino esensial dan asam amino nonesensial
2.Asam amino esensial: T2L2V HAMIF (treonin, triptofan, lisin, leusin,valin → histidin,
arginin, metionin, isoleusin, fenilalanin)
3.Asam amino non esensial: SAGA SATGA (serin, alanin, glisin, asparadin→ sistein, asam
aspartat, tirosin, glutamin, asam glutamat)
c.Transport protein
1.Protein diabsorpsi di usus halus dalam bentuk asam amino → masuk dalamdarah
2.Dalam darah asam amino disebar keseluruh sel untuk disimpan
3.Didalam sel asam amino disimpan dalam bentuk protein (dengan menggunakan enzim)
4.Hati merupakan jaringan utama untuk menyimpan dan mengolah protein
d.Penggunaan Protein Untuk Energi
1.Jika jumlah protein terus meningkat → protein sel dipecah jadi asam amino untuk dijadikan
energi atau disimpan dalam bentuk lemak
2.Pemecahan protein jadi asam amino terjadi di hati dengan proses deaminasi atau
transaminasi
3. Deaminasi merupakan proses pembuangan gugus amino dari asam amino sedangkan
transaminasi adalah proses perubahan asam amino menjadi asam
A.Fungsi Protein
Fungsi dari protein itu sendiri secara garis besar dapat dibagi ke dalam dua kelompok
besar, yaitu sebagai bahan struktural dan sebagai mesin yang bekerja pada tingkat molekular.
Apabila tulang dan kitin adalah beton, maka protein struktural adalah dinding batu-batanya.
Beberapa protein struktural, fibrous protein berfungsi sebagai pelindung, sebagai contoh α
dan β-keratin yang terdapat pada kulit, rambut, dan kuku. Sedangkan protein struktural lain
ada juga yang berfungsi sebagai perekat, seperti kolagen. Protein dapat memerankan fungsi
sebagai bahan struktural karena seperti halnya polimer lain, protein memiliki rantai yang
panjang dan juga dapat mengalami cross-linking dan lain-lain. Selain itu protein juga dapat
berperan sebagai biokatalis untuk reaksi-reaksi kimia dalam sistem makhluk hidup.
Makromolekul ini mengendalikan jalur dan waktu metabolisme yang kompleks untuk
menjaga kelangsungan hidup suatu organisma. Suatu sistem metabolisme akan terganggu
apabila biokatalis yang berperan di dalamnya mengalami kerusakan.
B.Struktur Protein
Bagaimana suatu protein dapat memerankan berbagai fungsi dalam sistem makhluk
hidup? Jawabnya adalah terletak pada strukturnya. Struktur protein terdiridari empat macam
struktur. Struktur pertama adalah struktur primer. Struktur ini terdiri dari asam-asam amino
yang dihubungkan satu sama lain secara kovalen melalui ikatan peptida. Informasi yang
menentukan urutan asam amino suatu protein tersimpan dalam molekul DNA dalam bentuk
kode genetik. Sebelum kode genetik ini. diterjemahkan menjadi asam-asam amino yang
membangun struktur primer protein, mula-mula kode ini disalin kedalam bentuk kode lain
yang berpadanan dengan urutan kode genetik pada DNA, yaitu dalam bentuk molekul RNA.
Urutan RNA inilah yang kemudian diterjemahkan menjadi. Urutan RNA inilah yang
kemudian diterjemahkan menjadi urutan asam amino.
Gambar 2. Skema Aliran Informasi Genetik dari DNA ke Protein
Struktur yang kedua adalah struktur sekunder. Pada struktur sekunder, protein sudah
mengalami interaksi intermolekul, melalui rantai samping asam amino. Ikatan yang
membentuk struktur ini, didominasi oleh ikatan hidrogen antar rantai samping yang
membentuk pola tertentu bergantung pada orientasi ikatan hidrogennya. Ada dua jenis
struktur sekunder, yaitu: a-heliks dan b-sheet (Gambar 2). b-sheet itu sendiri ada yang paralel
dan juga ada yang anti-paralel, bergantung pada orientasi kedua rantai polipeptida yang
membentuk struktur sekunder tersebut.
Pencernaan Protein
Proses pencernaan protein yang pertama berlangsung dalam lambung. Di sini pepsin
mencernakan protein dengan memutuskan ikatan peptida yang ada di sisi NH2 dari asam-
asam amino aromatik (fenilaalanin, tirosin, triptofan), hidrofobik (leusin, isoleusin,
metionin) atau dikarboksilat (glutamat dan aspartat). PH optimum ialah 2, sehingga
aktifitasnya yang tertinggi ialah di dalam lambung. Enzim ini tidak bekerja lagi bila berada
pada pH yang tinggi seperti yang terdapat di dalam usus halus. Pepsin disekresikan sebagai
zmi ogen yang bernama pepsinogen. Pengaktifannya menjadi pepsin dilakukan oleh asam
lambung dan secara otokatalisis juga oleh pepsin itu sendiri yang sudah terbentuk. Pada
proses pengaktifan ini, dilepaskan 42 asam amino dari ujung NH2 bebas pada molekul \
imogen tadi. Peristiwa ini mengubah konformasi dan mengaktifkan protein tersebut. Oleh
karena pH yang rendah dari lambung sangatlah musthak bagi kerja enzim dan pada
kenyataannya mampu pula menghidrolisis beberapa ikatan peptida, maka perlu pulalah
agaknya diuraikan secara singkat bagaimana pHyang tidak lazim ini dicapat ion H dalam
lambung adalah hasil sekresi sel-sel parital. Peristiwa sekresi ini berlangsung dengan
melawan gradien, karena konsentrasi H + di dalam sel ialah sebesar 10-7 M, sedangkan di
luar sel lambung sebesar 10-1M. Dengan demikian jelaslah bahwa proses ini memerlukan
energi, yang pada kenyataannya didapat dengan cara hidrolisis ATP. Hidrolisis ATP ini
dikaitkan dengan pertukaran K+ dengan H+. H+ intrasel berasal dari reaksi yang berkaitan
dengan anhidrase karbonat, seperti yang terlukis pada Gambar
Gambar 3. Struktur protein sekunder & tersier protein
Banyak molekul protein yang memiliki lebih dari satu struktur tersier, dengan kata lain multi
subunit. Intraksi intermolekul antar sub unit protein ini membentuk struktur
keempat/kwaterner (Gambar 4). Setiap subunit protein dapat melakukan komunikasi dan
saling mempengaruhi satu sama lain melalui interaksi intermolekular ini
Gambar 4. Struktur kwartet protein
Jumlah monomer asam amino yang membangun suatu protein adalah 20 asam amino. Bisa
dibanyangkan berapa peluang kemungkinan struktur 3 dimensi yang mungkin terbentuk
dengan monomer sebanyak ini. Hingga saat ini tidak satu sintetik polimerpun yang memiliki
monomer sebanyak protein. Bila saja protein memiliki panjang 100 residu asam amino, bila
dalam protein ini ke dua puluh asam amino tersebut dipakai untuk mensintesis protein, maka
jumlah struktur 3 dimensi yang mungkin adalah 20100 struktur. Tentu saja struktur yang
paling pavorable secara termodinamika saja yang akan terbentuk. Karena banyaknya
kemungkinan struktur ini, maka protein dapat memerankan berbagai macam fungsi.
Perubahan pada struktur akan mempengaruhi fungsi dari protein. Beberapa penyakit pada
manusia disebabkan oleh perubahan struktur dari protein yang merusak fungsi dari protein
tersebut. Salah satu contoh pentingnya struktur tiga dimensi adalah pada fenomena yang
sangat terkenal saat ini, yaitu penyakit sapi gila di Inggris. Penyakit ini belakangan diketahui
disebabkan oleh protein yang dikenal dengan nama prion.
Pada awalnya, para ilmuan sangat sukar memahami bagaimana mungkin protein bisa menjadi
desease agent dan dapat diturunkan. Hasil penelitian menunjukan bahwa protein ini lebih
tahan terhadap serangan protease dibanding protein biasa. Protease adalah suatu enzim yang
berfungsi untuk mengurai protein. Penelitian lain juga mendapati bahwa saat DNAase dan
RNAase dimasukan ke dalam sistem, aktivitas prion tidak menurun, tetapi saat dimasukan
protease aktivitasnya menurun. Dari sini para ilmuan lalu menyimpulkan bahwa prion tidak
memiliki DNA ataupun RNA. Lalu, bagaimana protein ini bisa diturunkan dan bertambah
jumlahnya di dalam tubuh tanpa adanya gen yang mengkodenya. Virus saja untuk
berkembang biak harus memasukan DNAnya ke dalam inang, lalu bagaimana dengan prion?
Dari hasil pencarian yang panjang, ternyata ditemukan bahwa gen yang mengkode prion
terdapat disetiap organisma hidup yang menjadi inang untuk berkembangnya prion. Gen
tersebut dikenal sebagai PrP. Tetapi, saat gen ini diekspresikan dan proteinnya di injeksikan
ke dalam tubuh tikus percobaan, tidak dideteksi adanya penyakit. Dari hasil ini, para ahli
biokimia memprediksi adanya struktur lain diluar struktur protein PrP normal, yang
menyebabkan penyakit.
C.Pencernaan Protein
Proses pencernaan protein yang pertama berlangsung dalam lambung. Di sini pepsin
mencernakan protein dengan memutuskan ikatan peptida yang ada di sisi Histamin
meningkatkan proses sekresi H+ dengan cara meningkatkan konsentrasi cAMP intrasel. Ini
pada gilirannya mengaktifkan suatu kinase protein. Melalui suatu jeram reaksi yang mirip
dengan yang ditemukan pada metabolisme glikogen, kinase tersebut memfosforilasikan
anhidrase karbonat sehingga aktifitasnya pun bertambah. Zat seperti kafein yang
menghambat pemecahan cAMP meningkatkan sekresi asam lambung. Hormon gastrin
menyebabkan hal yang sama. Enzim ini bekerja dengan cara mengaktifkan enzim histidin
dekarboksilase sehingga terbentuklah histamin. Akibatnya, segala peristiwa yang telah
diuraikan tadi meningkat dan hasil akhirnya ialah meningkatnya produksi asam lambung.
Kira-kira 4% dari seluruh orang dewasa dan 40% dari seluruh orang yang berusia
lebih dari 60 tahun kekurangan sekresi HCl di lambung. Keadaan ini disebut “achlorhydrea”.
Pada orang-orang dengan keadaan ini, pepsin mereka tidaklah aktif dan proses pencernaan
protein barulah dimulai di usus halus. Oleh karena ada beberapa enzim yang khas
mencernakan protein, keadaan ini tidaklah menimbulkan gejala klinik yang berat.
Selain pepsin, lambung juga mensekresikan enzim rennin, yang mengkoagulasikan
susu. Hal ini penting bagi anak kecil karena peristiwa ini mencegah pengosongan lambung
yang terlalu cepat. Dengan bantuan kalsium, kasein yang terdapat di dalam susu diubah oleh
rennin menjadi parakasein, yang selanjutnya dihidrolisis oleh pepsin. Di dalam usus, protein
diolah oleh sejumlah enzim yang disekresikan oleh pancreas, yaitu tripsin, kimotripsin,
karboksipeptidase dan elastase.
Semua enzim ini disekresikan dalam bentuk zimogen. Enteropeptidase atau
enterokinase mampu mengubah tripsinogen menjadi tripsin. Sebaliknya tripsin yang sudah
aktif ini akan mengaktifkan enzim-enzim lain yang masih berbentuk zimogen, yaitu
kimotripsinogen, prokarboksipeptidase dan poelastase. Tripsin memutus ikatan peptida yang
dibentuk oleh asam-asam amino basa. Kimotripsin memutus ikatan peptida yang dibentuk
oleh asam amino aromatik, sedangkan elastase selanjutnya bekerja terhadap ikatan peptida
yang dibentuk asamamino alifatik. Babungan hasil kerja enzim ini ialah monopeptida,
dipeptida dan tripeptida. Selanjtnya yang bekerja ialah enzim karboksipeptidase yang bekerja
memutus satu demi satu ikatan peptida yang tersisa pada berbagai peptida tadi, dari sisi
gugus karboksil bebas; dan juga enzim aminopeptidase yang bekerja dengan cara yang sama
dari sisi gugus amino bebas. Tripsin, kimotripsin dan elastase mempunyai serin pada situs
katalitik masingmasing dan karena itu enzim-enzim ini dikelompokkan dalam robongan
protease serin. Selama proses hidrolisis oleh enzim-enzim tersebut berlangsung ujung
karboksil dari suatu asam amino terikat secara kovalen dengan residu serin yang ada di situs
katalitik. Bagian lain dari peptida atau protein yang dioleh dibebaskan oleh enzim. Sesudah
hidrolisis ester serin tersebut oleh air, reaksipun selesai. Berbagai protease serin dapat dibuat
tidak aktif dengan cara mengikatnya secara kovalen dengan diisopropil fluorofosfat.
Amonia dibentuk pada pemecahan asam amino dan asam nukleat oleh sel. Selain itu
ammonia juga dihasilkan oleh bakteri usus. Pemecahan berbagai alat dan menghasilkan
ammonia ini terjadi baik pada keseimbangan nitrogen yang positif, negatif ataupun
keseimbangan yang normal. Blutaminase, asparaginase, berbagai oksidase asam amino
kesemuanya menghasilkan ammonia. Histidase, serin dehidratase dan sistein dehidratase
adalah penghasil ammonia yang lain di dalam sel.
Sekali pun demikian, sumber terbesar dari ammonia sel, terutama dalam jaringan hati, ialah
reaksi yang dikatalisis oleh enzim glutamat dehidrogenase yang terdapat dalam mitokondria.
Nitrogen yang diikat oleh glutamat, yang sebelumnya berasal dari reaksi transaminasi asam-
asam amino yang lain, dibebaskan dalam bentuk ammonia oleh kerja enzim ini. Oleh karena
enzim ini ada di dalam mitokondria, ammonia yang dibentuknya dapat segera dipakai untuk
sintesis urea. Otot menggunakan glutamin dan juga alanin untuk membawa kelebihan
nitrogen. Alanin dibuat dari piruvat, suatu zat yang mudah ditemukan di mana-mana sebagai
hasil metabolisme glukosa atau glikogen dan siap untuk dipakai
ketoglutarat sehinggga terbentuklah glutamat. Glutamat ini sebaliknya dapat pula mengalami
dehidrogenasi dan membebaskan ammonia. Glutami yang sampai ke hati dapat
membebaskan dua molekul ammonia dengan kerja sama dari glutaminase dan glutamat
dihidrogenase. Perlu diingat bahwa enzim yang diperlukan untuk sintesis glutamin berbeda
dengan enzim yang diperlukan untuk memecahnya. Daur urea terdiri atas lima reaksi yang
mengubah ammonia, CO2 dan nitrogen dari aspartat menjadi urea. Daur ini terlukis pada
gambar . Perlu diperhatikan bahwa dua reaksi dalam daur ini berlangsung di dalam
mitokondria, sedangkan sisanya terjadi di sitoplasma. Dalam reaksi yang pertama, CO2 yang
berada di dalam mitokondria mengalami fosforilasi oleh ATP dan kemudian berkondensasi
dengan ammonia dengan menggunakan energi yang berasal dari hidrolisis satu molekul ATP
lainnya. Hasilnya terbentuklah karbamoil fosfat. Reaksi ini adalah reaksi yang mengatur laju
sintesis urea, dikatalisis oleh karbamoil fosfat sintetase dan memerlukan N-asetil glutamat
sebagai suatu kofaktor. Dalam reaksi kedua yang juga terjadi de dalam mitokondria,
karbamoil fosfat berkondensasi dengan ornitin sehingga terbentuklah sitrulin dan fosfat
bebas. Reaksi ini adalah reaksi kedua yang mengatur laju sintesis urea.
Selanjutnya sitrulin meninggalkan mitokondria. Di dalam sitoplasma sitrulin ini
berkondensasi dengan aspartat dan inilah reaksi yang ketiga. Dalam reaksi ini ATP diubah
menjadi AMP. Arginosuksinat yang terbentuk sebagai produk diubah dalam reaksi keempat
menjadi arginin dan fumarat. Fumarat dapat masuk ke dalam mitokondria dan dioksidasi
menjadi oksaloasetat melalui daur Krebs. Dengan transaminasi maka aspartatpun terbentuk
kembali. Arginin dihidrolisis untuk menghasilkan urea dan ornitin. Ornitin ini kemudian
masuk lagi ke dalam mitokondria dan menyelesaikan daur. Secara keseluruhan diperlukan
empat ikatan fosfat kaya – energi atau ekivalen ATP untuk sintesis satu molekul urea. Dua
ikatan diperlukan untuk menghasilkan karbamoil fosfat dan dua lagi untuk kondensasi
aspartat dengan sitrulin. Proses katabolisme triptofan pada manusia merupakan penguraian
seluruh atom karbon pada rantai samping maupun pada cincin aromatik menjadi
senyawaantara amfiolik melalui lintasan kinurenin-antranilat.
Enzim triptofan oksigenase (triptofan pirolase) mengkatalisis reaksi pemutusan cincin indol
dengan penyatuan dua atom dari molekul oksigen sehingga terbentuk senyawa
Nformilkinurenin. Enzim oksigenase yang merupakan metaloprotein besi pofirin, dapat
diinduksi dalam hati oleh kortikosteroid adrenal dan triptofan. Sebagian enzim yang baru
disintesis ini akan berada dalam bentuk laten yang memerlukan pengaktifan. Triptofan juga
menstabilkan enzim oksigenase terhadap reaksi penguraian proteolitik. Triptofan oksigenase
dihambat secara umpan balik oleh derivat asam nikotinat, termasuk NADPH. Pengeluaran
hidrolitik gugus formil pada N-formilkinurenin yang dikatalisis oleh enzim kinurenin
formilase pada hati akan menghasilkan senyawa kinurenin. Kinurenin dapat mengalami
deaminasi lewat reaksi transaminasi. Senyawa 2-amino-3-hidroksi benzoil piruvat yang
dihasilkan akan kehilangan air dan penutupan cincin yang terjadi secara spontan akan
membentuk kinurenat. Metabolisme selanjutnya kinurenin akan melibatkan konversi
senyawa ini menjadi 3-hidroksikinurenin yang kemudian menjadi 3- hidroksiantranilat.
Hidroksilasi memerlukan oksigen molekuler dalam reaksi yang tergantung NADPH dan
serupa dengan reaksi hidroksilasi fenilalanin. Hidroksilasi triptofan menjadi 5-
hidroksitriptofan dikatalisis selanjutnya oleh enzim tirosin hidroksilase hati. Dekarboksilase
selanjutnya akan membentuk serotonin (5-hidroksitriptamin). Katabolisme serotonin diawali
oleh oleh reaksi deaminase oksidatif yang dikatalisis enzim monoamin oksidase menjadi
senyawa 5-hidroksiindolasetat (Gambar 5). Senyawa ini pada manusia diekskresikan dalam
urin (2-8 mg/dL). Triptofan membentuk sejumlah derivat indol tambahan. Ginjal mamalia,
hati dan bakteri dalam feses manusia dapat mengadakan dekarboksilasi triptofan menjadi
triptamin yang kemudian bisa teroksidasi menjadi senyawa inol-3 asetat. Hasil utama
katabolisme triptofan dalam urin yang normal adalah senyawa 5- hidroksiindolasetat dan
indol-3 asetat.
D.Proses Glikolisis
Protein pengikat, DNA Girase.
Arus informasi genetik pada sel normal berawal dari DNA ke RNA terus ke protein.
Sintesis RNA berdasarkan suatu cetakan DNA disebut proses transkripsi. Sedangkan sintesis
protein berdasarkan suatu cetakan RNA disebut Translasi. Proses sintesis RNA menyerupai
pembentukan Dna tetapi ada perbedaan prinsip dimana kalau sintesis DNA seluruh urutan
nkleotida DNA digandakan seperti DNA induk, pada sintesis RNA tidak semua DNA
ditranskripsi menjadi RNA, hanya gen atau kelompok gen yang ditarnskripsi. Produk yang
terbentuk adalah RNA yang komplementer dengan salah satu rantai DNA dupleks yang jadi
cetakan. Sintesis RNA (transkripsi) terdiri 4 tahap reaksi :pertama enzim RNA polimerase
mengikat urutan basa spesifik,k edua RNA polimerase mengkatalisis pemanjangan ikatan
fosfodiester antara ribonukleotia trifosfat dan ujung 3’-fosfat melalui cara seperti DNA
polimerase I,ketiga, komplemen DNA-RNA (hibrid DNA-RNA) yang dihasilkan membuka
dengan melepaskan RNA yang terbentuk diikuti hibridisasi ulang rantai DNA membentuk
untai DNA ganda. Keempat, terjadi pengubahan secara kimia RNA yang terbentuk.
Sintesis protein (translasi) yaitu molekul Rna yang terbentuk menerjemahkan
informasi genetik ke dalam proses pembentukan protein. Pada tahap ini asam-asam amino
secara berurutan diikat satu dengan yng lain, sesuai pesan yang diberikan DNA. Berlangsung
diribosom dan melalui 5 tahapan reaksi yakni aktivasi asam amino; inisiasi rantai polipetida,
pemanjangan (elongasi) rantai polipetida; terminasi dan pembebasan rantai polipeptida serta
tahap pelipatan dan pengolahan. Nukleotida merupakan nukleosida yang gugus gula pada
posisi 5’-nya mengikat asam fosfat(gugus fosfat) dengan ikatan ester. Nukleosida terdiri atas
pentosa ( deoksiribosa atau ribosa) yang mengikat suatu basa (derivat purin atau pirimidin)
melalui ikatanglikosida.
Pentosa yang berasal dari DNA ialah deoksiribosa dan dari RNA ialah ribosa. Basa
purin dan pirimidin yang berasal dari DNA ialah adenin, guanin, sitosin dan timin.
Sedangkan basa RNA terdiri atas adenin, guanin, sitosin dan urasil. Dengan demikian
nukleosida adalah penyusun nukleotida dan dapat diberi nama trivial dan nama sistematis
Metabolisme Asam Nukleat
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. 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. A.
Komponen-komponen asam nukleat
a). gugus fosfat
b). gula pentosa
c). 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. 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.
Peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan protein
dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam peran
ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam proses
transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk 'triplet tiga urutan basa N, yang
dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan
satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein. Lihat ekspresi
genetic untuk keterangan lebih lanjut. Penelitian mutakhir atas fungsi RNA menunjukkan
bukti yang mendukung atas teori 'dunia RNA', yang menyatakan bahwa pada awal proses
evolusi, RNA merupakan bahan genetik universal sebelum organisme hidup memakai DNA.
A.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.
a.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.
b. 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.
C. 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.
d. 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.
e. 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.
f. 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).
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. 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, , dan uridin sitidin. 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.
Hampir semua organisme mampu mensintesis nukleotida dr prekursor yg lebih
sederhana, jalur de novo untuk nukleotida, mirip utk setiap organism.Nukleotida juga dapat
disintesis dari hasil pemecahan nukleotida yang telah ada salvage pathway (recycle) yaitu
dari degradasi pirimidin dan purin dari sel yang mati (regenerasi) atau dari makanan.
C.Degradasi nukleotida
Di dalam usus halus tjd pemutusan ikatan fosfodiester oleh endonuklease (pankreas)
àoligonukleotida. Dipecah lebih lanjut dg fosfodiesterase (ensimexonuclease non spesifik)
menjadi monofosfat. Dipecah lbh lanjut fosfomonoesterase dikenal sebagai nukleotidaseà
menghasilkan nukleosida and orthophosphate. Nucleosida phosphorylaseà menghasilkan
basa dan andribose-1-phosphate. Jika basa atau nukleosida tidak digunakan kembali utk
salvage pathways, basa akan lebih lanjut didegradasi menjadi asam urat (purin),
ureidopropionat (pyrimidine).