NUKLEOTIDA DAN ASAM NUKLEAT

NUKLEOTIDA

  • Merupakan prekursor / dasar untuk asam nukleat, RNA dan DNA
  • Struktur terdiri dari
    • Basa
    • Gula
    • phosphat
  • Nukleotida berbeda dengan nukleosida à karena nukleosida tdk mempunyai gugus fosfat
  • Sehingga kita sering menuliskan nukleotida sebagai à
    • Nukleosida monofosfat
    • Nukleosida difosfat
    • Nukleosida trifosfat Tergantung pada jumlah fosfat yg dimiliki
  • Deoksiribonukleotida ditulis dng tambahan “d”  à menunjukkan adanya gugus hidroksil pd atom C nomer 2
  • Terdiri dari 2 golongan :
    • Ribonukleotida
    • Deoksiribonukleotida
  • Jenis nukleotida :
    • Nama tergantung pada basanya
    • Jumlah fosfat yang dimiliki

Adenin AMP, ADP, ATP, dAMP, dADP, dATP

Guanin GMP, GDP, GTP, dGMP, dGDP, dGTP

Sitosin CMP, CDP, CTP, dCTP, dCDP, dCTP

Timin TMP, TDP, TTP, –

Urasil UMP, UDP, UTP, dUMP, dUDP, dUTP

  • Nukleotida mengikat basa nitrogennya pada atom C no. 1, dgn ikatan glikosida
  • Gugus fosfat terikat pada gugus hidroksil atom C no. 5
  • Kedua kondisi diatas, menyebabkan nukleotida mempunyai sifat sifat:
    • Gugus phosphat à bertindak sbg asam kuat (pKa= 1)
    • Gugus amina dr basa purin dan pirimidine, dpt di protonasi
    • Nukleotida mampu menyerap sinar uv à dapat diukur konsentrasinya

ASAM NUKLEAT

  • Merupakan bagian organisme hidup yg sangat penting
  • Membawa informasi genetika yang akan diturunkan / ditransfer dr generasi ke generasi. Semua informasi yg ada dlm sel à DNA
  • Ada 2 macam:
    • Asam deoksiribonukleat : AND / DNA
    • Asam ribonukleat : ARN / RNA
  • Asam nukleat mrpk polimer nukleotida yg dihubungkan dgn ikatan fosfodiester

METABOLISME ASAM NUKLEAT DAN NUKLEOTIDA

  • Hampir semua organisme mampu mensintesis nukleotida dr prekursor yg lebih sederhana à jalur de novo untuk nukleotida à mirip utk setiap organisme
  • Nukleotida juga dapat disintesis dari hasil pemecahan nukleotida yang telah ada à salvage pathway (recycle) yaitu dari degradasi pirimidin dan purin à dari sel yang mati (regenerasi) atau dari makanan

Degradasi nukleotida

  • Di dalam usus halus tjd pemutusan ikatan fosfodiester oleh endonuklease (pankreas) à oligonukleotida
  • Dipecah lebih lanjut dg fosfodiesterase (ensim exonuclease non spesifik) à monofosfat
  • Dipecah lbh lanjut fosfomonoesterase dikenal sebagai nukleotidase à menghasilkan nukleosida and orthophosphate.
  • Nucleosida phosphorylaseà menghasilkan basa dan and ribose-1-phosphate.
  • Jika basa atau nukleosida tidak digunakan kembali utk salvage pathways, basa akan lebih lanjut didegradasi

asam urat            ureidopropionat

(purin)                   (pyrimidine).

 

DNA (DeoxyriboNucleic Acid )

  • Dikenal sebagai materi genetik
  • Merupakan komponen kromosom
  • Merupakan polimer deoksiribonukleotida yg dihubungkan dengan ikatan fosfodiester
  • Backbone (rangka) terdiri dr: gugus fosfat dan gula yg saling berseling
  • Memiliki orientasi 5’ à 3’ jk gugus fosfat dr C5 berikatan dgn OH C3
  • Didalam sel à dalam jalin ganda (double helix)
  • Dimana gugus fosfat berada di luar dan basa nitrogennya di dalam
  • Jalin ganda yg terbentuk bersifat anti parallel
  • Susunan basa nitrogen pada jalin ganda DNA à tidak random

Guanin (G) – Sitosin (C)

Adenin (A)  – Timin (T)

Antara basa nitrogen satu dengan yang lain dihubungkan dengan ikatan hidrogen

  • Watson and Crick : replikasi à sangat mungkin untuk suatu DNA diperbanyak dg informasi yg sama
  • DNA di dalam sel ditemukan à 3 bntk utama
    • Bentuk B
    • Bentuk A
    • Bentuk Z

Perbedaanya :

  • seperti halnya protein, asam nukleat juga mempunyai struktur primer, sekunder dan tersier
    • asam nukleat mempunyai arah sense
    • Mempunyai individualitas à ditentukan dari urutan basa nitrogennya à disebut sebagai struktur primer
    • Informasi genetik ada pada struktur primer

Struktur sekunder

  • Double helix
    • Watson n Crick à menjawab struktur 3D DNA dgn X-ray diffraction pattern : hsl penelitian Rosalind Franklin
    • Mampu menyimpulkan bahwa :
      • mempunyai struktur double helix
      • dengan 10 basa setiap putaran
      • putaran 360°,
      • basa Nitrogen A-T , G – C
      • cekukan mayor and minor
      • double helix memutar ke kanan
      • self replication

Semikonservatif pd Replikasi DNA

Mekanisme pengkopian DNA à melibatkan pembukaan double helix

Setiap rantai menjadi pola / templat untuk pita baru

Semi konservatif à apa beda dengan konservatif dan dispersive

  • X-ray diffraction : ada 2 macam
  • Yg telah diterjemahkan struktur 3 D nya : B form
  • Bentuk yang umum adalah B form
  • A form à RNA double helix
    • Gugus OH pd RNA à tidak memungkinkan melipat lebih dekat è membentuk A form yang lebih lebar

Dalam kondisi normal (kondisi fisiologis) à DNA relatif stabil

Kadang menjadi tidak stabil à krn proses2 replikasi, transkripsi

  • Disosiasi double helix DNA à denaturasi
    • apabila DNA dipanaskan diatas melting temperaturnya (Tm) maka double helix akan terbuka
    • Tm à tergantung pada rasio (G+C)/(A+T)
    • G/C content dapat dihitung dengan (G+C) / (Total Basa N) x 100%

RNA

Ada 4 mcm :

  • Hn RNA
  • mRNA
  • rRNA
  • tRNA
  • snRNA
  • hnRNA à heterogeonous nuclear RNA à merupakan hasil transkripsi langsung dr DNA
  • mRNA à
    • telah mengalami proses posttranskripsi à menghilangkan intron

à informasi genetik à dlm btk codon

(urutan 3 nukleotida)

  • rRNA à
    • Komponen ribosom dimana translasi berlangsung
  • tRNA à
    • Menerjemahkan kode genetik
    • Menghubungkan antara asam nukleat dengan asam amino à protein
  • snRNA à
    • Small nuclear RNA à membantu proses splicing dalam post transkripsi proses

 

Transfer RNA (tRNA)

composed of à

a nucleic acid and

a specific amino acid

à provide the link between the nucleic acid sequence of mRNA and the amino acid sequence it codes for.

An anticodon à a sequence of 3 nucleotides in a tRNA that is complementary to a codon of mRNA

Structure of tRNAs

Fungsi biologis

  • DNA sebagai pembawa informasi genetik
    • DNA à komponen dr kromosom
  • Fungsi yang lain:
    • Nukleotida sbg pembawa energi
    • Nukleotida sebagi koensim
    • enzim

 

 

 

ASAM NUKLEAT

  • Asam nukleat adalah suatu polimer nukleotida yg berperanan dlm penyimpanan serta pemindahan informasi genetik (polinukleotida)
  • Asam nukleat terdapat dlm 2 bentuk, yi. asam deoksiribosa (DNA) dan asam ribosa (RNA).
  • Keduanya merupakan polimer linier, tidak bercabang dan tersusun dari subunit-subunit yg disebut nukleotida
  • Pd sel eukariot, DNA terdapat di dlm nukleus, sedangkan pada sel prokariot, terdpt dlm sitoplasma atau nukleoid dan berfungsi sbg molekul hereditas atau pewarisan sifat.
  • Molekul RNA disintesis dari DNA dan berperan dlm sintesis protein di dlm sitoplasma (ribosom)
  • Satu nukleotida terdiri atas 3 bagian yi gula berkarbon 5 (pentosa), basa organik heterosiklik (mengandung karbon, nitrogen dan berbentuk datar) dan gugus fosfat bermuatan negatif, yg membuat polimer bersifat asam.
  • 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
  • Basa N, baik pada DNA maupun pada RNA, 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.
  • 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, penggambaran suatu molekul asam nukleat hanya dengan menuliskan urutan basanya saja.
  • Pada asam nukleat terbentuk ikatan glikosidik (glikosilik) dan fosfodiester
  • Ikatan glikosidik terjadi karena adanya ikatan antara posisi 1’ pada gula dengan posisi 9 (N-9) pada basa purin atau posisi 1 (N-1)
  • Suatu basa yang terikat pada satu gugus gula disebut nukleosida. Sedangkan, nukleotida sendiri adalah nukleosida dengan sebuah atau lebih gugus fosfat
  • Jadi, apabila gulanya adalah ribosa, maka nukleosidanya dapat berupa adenosin (rA), guanosin (rG), sitidin (rC), dan uridin (rU). Nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu adenosin monofosfat (AMP=asam adenilat), guanosin monofosfat (GMP= as guarilat), sitidin monofosfat (CMP=as sitidilat), dan uridin monofosfat (UMP= as uridilat)
  • Jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya pada DNA, nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin (dA), deoksiguanosin (dG), deoksisitidin (dC), dan deoksitimidin (dT).
  • Sedangkan, nukleotidanya masing-masing adalah deoksiadenosin monofosfat (dAMP=as deoksiadenilat); deoksiguanosin monofosfat (dGMP=as deoksiguanilat); deoksisitidin monofosfat (dCMP=as deoksisitidilat) dan timidin monofosfat (TMP=as timidilat)
  • 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
  • Basa purin dan pirimidin tidak berikatan secara kovalen satu sama lain
  • Oleh karena itu, suatu polinukleotida tersusun atas kerangka gula-fosfat yang berselang-seling dan mempunyai ujung 5’-P dan 3’-OH.
  • Adanya ujung-ujung tersebut menjadikan rantai polinukleotida linier mempunyai arah tertentu.
  • Telah dijelaskan bahwa penggambaran asam nukleat cukup dengan menuliskan urutan basa (sekuens)-nya saja
  • 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’.
  • Sekuens tersebut juga menggambarkan 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’).
  • Selain ikatan glikosidik dan fosfodiester, basa di dalam nukleotida membentuk ikatan hidrogen.
  • Adenin akan membentuk 2 ikatan hidrogen dengan timin pada untai komplementer DNA double helix.
  • Guanin membentuk 3 ikatan hidrogen dengan sitosin
  • 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.
  • DNA terdapat dlm bentuk heliks ganda (double helix) yg seragam dengan rantai-rantai komplementer yg berpilin satu sama lain membentuk tangga spiral ke arah kanan, sedangkan molekul-molekul RNA disintesis dari cetakan DNA sebagai untai tunggal.
  • Namun, untai tunggal RNA juga dpt melipat ke rantainya sendiri dan membentuk pasangan basa komplementer yg menghasilkan struktur sekunder yg unik
  • Ke dua untai komplementer dari heliks ganda DNA bekerja dengan arah yg berlawanan atau antiparalel.
  • Jika salah satu rantai dibaca dari ujung fosfat 5’-nya, maka rantai lainnya akan dibaca dari ujung hidroksilnya 3’-nya.
  • 3‛ membawa gugus –OH bebas pada posisi 3‛ dari cincin gula, dan ujung 5‛membawa gugus fosfat bebas pada posisi 5‛ dari cincin gula
  • Heliks ganda DNA akan membawa satu putaran setiap 10 pasangan basa (sekitar 3,4 nm)
  • Basa yg berpasangan terletak di tengah molekul, membentuk rongga hidrofobik sehingga lebar heliks menjadi sekitar 2 nm
  • Bentuk DNA tersebut 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.
  • DNA dobel heliks dapat dikopi secara persis karena masing-masing untai mengandung sekuen nukleotida yang persis berkomplemen dengan sekuen untai pasangannya. Masing-masing untai dapat berperan sebagai cetakan untuk sintesis dari untai komplemen baru yang identik dengan pasangan awalnya.
  • Telah dijelaskan sebelumnya bahwa untai tunggal RNA juga dpt melipat ke rantainya sendiri dan membentuk pasangan basa komplementer yg menghasilkan struktur sekunder yg unik (ikatan hidrogen dlm molekulnya sendiri =intramolekuler).
  • Adanya modifikasi struktur RNA menyebabkan adanya perbedaan fungsi
  • Berdasarkan fungsinya, dikenal 3 jenis RNA yi RNA transfer (tRNA); RNA duta atau messenger (mRNA) dan RNA ribosom (rRNA)
  • Struktur mRNA dikatakan sebagai struktur primer, sedangkan struktur tRNA dan rRNA dikatakan sebagai struktur sekunder
  • t RNA mempunyai ukuran paling kecil (panjang 75-80 nukleotida) dan berperan membawa asam amino ke ribosom untuk di-polimerisasi membentuk rantai polipeptida
  • RNA ribosom merupakan komponen struktural dari ribosom
  • RNA duta membawa sekuens ribonukleotida hasil transkripsi kode genetik pada salah satu untai DNA sehingga panjang dan komposisi mRNA sangat bervariasi
  • Sifat-sifat fisika-kimia asam nukleat meliputi stabilitas asam nukleat, pengaruh asam, pengaruh alkali, denaturasi kimia, viskositas, dan kerapatan apung.
  • Stabilitas asam nukleat ditentukan oleh interaksi penempatan (stacking interactions) antara pasangan-pasangan basa. Artinya, permukaan basa yang bersifat hidrofobik menyebabkan molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela perpasangan basa sehingga perpasangan tersebut menjadi kuat.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • Molekul DNA sangat rentan terhadap fragmentasi fisik karena relatif kaku sehingga larutan DNA mempunyai viskositas yang tinggi
  • 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.
  • Dengan teknik sentrifugasi tersebut DNA, RNA, dan protein akan terpisah.
  • Pelet RNA akan berada di dasar tabung dan protein akan mengapung sehingga DNA dapat dimurnikan, baik dari RNA maupun 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).
  • Selain sifat fisik-kimia di atas, 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
  • Asam nukleat dapat mengabsorpsi sinar UV karena adanya basa nitrogen yang bersifat aromatik
  • Panjang gelombang untuk absorpsi maksimum baik oleh DNA maupun RNA adalah 260 nm atau dikatakan λmaks = 260 nm.
  • Meskipun λmaks untuk DNA dan RNA konstan, namun ada perbedaan nilai absorbansi (hipokromisitas).
  • Molekul dsDNA dikatakan relatif hipokromik (kurang berwarna) bila dibandingkan dengan ssDNA. Sebaliknya, ssDNA dikatakan hiperkromik terhadap dsDNA.
  • Konsentrasi DNA dihitung atas dasar nilai A260-nya
  • Molekul dsDNA dengan konsentrasi 1 mg/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 past
  • 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.
  • Nisbah protein (λmaks = 280 nm) , 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
  • Selain bahan-bahan kimia, panas juga dapat menyebabkan denaturasi asam nukleat
  • 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.
  • 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
  • Renaturasi yang terjadi antara daerah komplementer dari dua rantai asam nukleat yang berbeda dinamakan hibridisasi.
  • 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.
  • Banyaknya putaran heliks yang terbentuk akan mengunci sistim pilinan tersebut. Deformasi inilah yang disebut sebagai superkoiling.
  • 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
  • Contoh : keberadaan interkalator seperti etidium bromid (EtBr) yang menyisip di antara pasangan-pasangan basa

 

 

 

 

KOMPLEKS ASAM NUKLEAT & PROTEIN

Bakteriofage ialah virus yang menginfeksi bakteri . Walaupun spektrum bakteri yang dapat diinfeksi satu bakteriofage itu terbatas, banyaknya bakteriofage yang ada tak terhitung jumlahnya itu maka sangat mungkin bahwa paling sedikit terdapat satu bakteriofage untuk setiap tipe bakteri.

Komposisi dan struktur kimia.

Bakteriofage terdapat dalam bentuk-bentuk pilihan dan, seperti virus hewan, semuanya mempunyai kapsid protein yang membungkus asam nukleat bakteriofage. Beberapa juga mempunyai struktur kompleks yang digunakan untuk menempelkan bakteriofage pada sel yang rentan.

Kepala bakteriofage, yang berisi asam nukleat, sering ikosahedral, tetapi ada beberapa bentuk lain lain, termasuk bentuk bulat dan gilig (silindris). Tidak semua bakteriofage mempunyai ekor; diantaranya yang mempunyai, terdapat cukup keanekaragaman dalam strukturnya..

Virus bukanlah prokariota (organisme bersel satu, terkadang berkoloni, sel-selnya tidak memiliki nukleus, mitokondria, plastida, aparat Golgi, mikrotubulus). Virus hampir tidak memiliki ciri-ciri khas eukariota dinding peptidoglikan, ribosom, dan sebagainya. Mereka tidak memiliki mesin enzimatik untuk membuat ATP atau melakukan aspek-aspek lain dari metabolisme. Mereka tidak mampu memperbanyak diri sendiri. Sebenarnya, mereka gagal mencukupi sedemikian banyak kriteria kehidupan, sehingga bahkan tidak dapat dianggap sebagai makhluk hidup.

Virus adalah partikel yang terdiri atas inti yang mengandung asam nukleat (dan sering kali molekul protein pula) yang dikelilingi oleh kapsid yang terbuat dari protein, dan kadang-kadang, molekul-molekul lain misalnya lipid. Kapsid itu berfungsi untuk menyuntikkan inti kedalam sel inang yang sesuai. Asam nukleat dalam inti itu – DNA pada beberapa virus, RNA pada yang lainnya – membawa sejumlah gen yang dapat menggulingkan mesin metabolik sel inang untuk membuat partikel virus yang baru. Pada situasi tertentu, gen-gen virus bakteri dapat bergabung ke dalam genom sel inang, suatu proses yang disebut lisogeni. Fenomena serupa terjadi pada sel-sel hewan dan, kadang-kadang, dapat menyebabkan sel inang menjadi bersifat kanker.

Jadi apakah virus itu ? Ialah suatu asam nukleat yang dapat menginfeksi, dikemas dalam rakitan makro molekul (kapsid) yang sebagian besar menentukan sel-sel apa yang dapat diinfeksinya. Kalau sudah terdapat di dalam sel inang, maka asam nukleat yang dapat menginfeksi ini dapat melakukan satu atau dua hal. Asam nukleat tersebut pada hakekatnya dapat menggulingkan seluruh mesin metabolik inangnya (sebagai contoh, enzim-enzim produksi ATP, ribosom, tRNA) untuk satu tujuan : membuat salinan tambahan dari dirinya sendiri (dalam daur lisisnya). Atau, asam nukleat itu dapat bersembunyi untuk sementara menyamar sebagai bagian dari genom inangnya sendiri. Akibatnya bagi inang mungkin kecil saja, umpamanya sariawan yang kadang-kadang melanda sebagai stress pengeksposan terhadap cahaya mengubah injeksi virus herpes simpliks yang laten (HSV) menjadi lisis. Tetapi akibatnya dapat parah karena sel inang yang terinfeksi dapat terlepas dari mekanisme pengaturan normal pada tubuh dan tumbuh secara tidak terkendali menjadi kanker.

Menentukan apakah virus itu hidup atau tidak. Virus sebagai satuan biologi yang dalam keadaan sendiri tidak memiliki kehidupan , sebab virus memanifestasi kehidupan seperti yang diukur oleh reproduksi hanya setelah berhasil memasuki sel inang yang rentan. Jadi, virus berada dalam daerah semantik samar-samar antara ‘hidup’ dan ‘tidak hidup’, statusnya bergantung kepada apakah virus berkembang biak di dalam sel yang rentan atau apakah virus berada dalam keadaan ekstraselula.

Salah satu komponen yang tidak dimiliki semua virus adalah sistem pembangkit ATP. Sintesis biologis memerlukan energi, dan energi ini disediakan pada ATP sebagai energi kimia dalam bentuk ikatan fosfat berenergi tinggi. Namun, untuk kehidupan mandiri, sel harus melakukan oksidasi untuk menyediakan energi bagi pembangkitan (regenerasi) ikatan fosfat berenergi tinggi yang diperlukan untuk reaksi biosintesis. Tidak ada virion (partikel virus) yang mempunyai sisten regenerasi ini; oleh karena itu harus mengandalkan sistem pembangkit ATP yang ada dalam sel inang yang diinfeksi. Komponen kedua yang tidak dimiliki virus, dan yang harus disediakan inang adalah komponen struktural untuk sistesis protein, yaitu ribosom. Sintesis protein apapun memerlukan asam ribonukleat (RNA pesuruh) terikat pada ribosom hingga masing-masing asam amino dapat disalurkan untuk membentuk protein. Virion memang membawa asam ribonukleatnya sendiri (RNA) atau asam deoksiribonukleat (DNA), tetapi sejauh yang diketahui kini, semua virus harus menggunakan ribosom sel inang untuk sintesis protein. Ciri lain yang khas hanya pada virus adalah bahwa sementara semua bentuk kehidupan lain mengandung RNA dan DNA, virus hanya mengandung satu tipe asam nukleat; dalam suatu hal kandungan itu adalah RNA, dan dalam keadaan yang lain DNA, tetapi tidak pernah keduanya

 

Replikasi.

Urutan peristiwa yang berlangsung selama replikasi bakteriofage sama untuk kebanyakan bakteriofage; langkah-langkahnya sebagai berikut.

•   Virion melekat di permukaan sel inang. Proteinprotein kapsidnya bertugas menyuntikkan inti DNA ke dalam sel.

•   Setelah berada di dalam sel, beberapa dari gen bakteriofag (gen-gen “awal”) ditranskripsi (oleh RNA polimerese inang) dan ditranslasi (oleh ribosom inang, tRNA, dan lain-lain) untuk menghasilkan enzim yang akan membuat banyak salinan dari DNA bakteriofage dan akan membunuh (bahkan menghancurkan) DNA inangnya.

•   Begitu kopi baru dari DNA itu terkumpul, gen-gen lain (gen-gen “akhir”) ditranskripsi dan ditranslasi untuk membuat proteinprotein kapsid.

•   Timbunan inti DNA dan protein kapsid dirakit menjadi virion yang lengkap.

•   Gen “akhir” yang lain ditranskripsi dan ditranslasi menjadi molekul lisozim. Lisozim ini menyerang dinding peptidoglikan (tentu saja dari dalam). Akhirnya sel itu robek dan mengeluarkan kandungan virionnya. Kini daur tersebut lengkaplah sudah dan siap untuk diulang.

Penyerapan.

Penyerapan bakteriofage terjadi ekor dulu pada tempat reseptor yang khas pada dinding sel bakteri. Infeksi tidak dapat terjadi tanpa penyerapan; jadi, apabila bakteri kehilangan kemampuan untuk mensintesis reseptor bakteriofage yang khas, bakteri akan menjadi resisten terhadap infeksi.

Penetrasi.

Setelah penyerapan, bakteriofage menginjeksikan asam nukleatnya ke dalam sitoplasma bakteri sementara kapsid protein tetap di luar bakterium. Perhatikan bahwa prosedur ini tidak seperti yang diikuti pada virus hewan, yang harus memasuki sel inangnya sebelum terjadi penanggalan selubung.

Transkripsi DNA Bakteriofage.

Langkah yang terlibat dalam replikasi DNA bakteriofage cukup bervariasi dari satu bakteriofage ke yang lain, namun dalam urutan kejadian yang biasa asam nukleat yang diinjeksikan menjadisinteisi sejumlah enzim. Enzim-enzim ini menyebabkan perusakan asam nukleat bakteri dan mengarahkan sistesis lebih banyak asam nukleat bakteriofage dan lebih banyak kapsid bakteriofage.

 

Perakitan dan Pelepasan.

Apabila sintesis asam nukleat dan protein struktural tengah berjalan, bakteriofage mulai merakiti menjadi partikel bakteriofage yang matang, seperti. Setelah perakitan 100 sampai 200 partikel bakteriofage, sel bakteri melisis karena pembentukan lisozim yang disandi bakteriofage yang menghidrolisis peptidoglikan bakteri, dengan melepaskan bakteriofage yang telah diselesaikan.

Lisogeni

Berbeda dengan pelepasan banyak virus hewan, pembebasan partikel bakteriofage yang matang selalu berakibat lisis dan kematian bakteri yang diinfeksi. Bakteriofage-bakteriofage yang infeksinya diikuti dengan reproduksi dan lisis disebut bakteriofage ‘virulen’. Akan tetapi banyak bakteriofage dapat menginfeksi bakteri tanpa merangsang produksi lebih banyak atau lisis sel yang terinfeksikan. Dalam hal ini, DNA bakteriofage menjadi bagian material genetik bakteri inangnya. DNA bakteriofage yang terdapat dan mereplikasi bersama dengan DNA bakteri disebut ‘probakteriofage’ atau ‘profage’ Bakteri yang membawa profage diberi istilah ‘lisogen’, yang menunjukkan adanya potensi untuk melisis dan bakteriofage yang dapat memproduksi lisogen disebut bakteriofage ‘temperate’. Sudah tentu, kecuali bila profage sewaktu-waktu menjadi virulen dan memproduksi partikel bakteriofage matang, suitlah untuk mengetahui apakah galur bakteri tertentu lisogen atau tidak. Namun, bakterium yang kadang-kadang lisogen memang akan menempuh daur lisis, dan bakteriofage yang dibebaskan dapat diasai dengan mencawankan supernat pada biakan bakteri kedua yang dilisis oleh bakteriofage temperat yang dibebaskan.

Konversi lisogen.

Walaupun profage tidak menyalin semua DNA nya (kecuali jika profage itu memasuki daur lisis), tidak berarti bahwa semua gen DNA profage mungkin disalin untuk membentuk protein yang baru bagi bakteri. Produk ini mungkin berupa enzim yang merangsang perubahan dalam struktur lipopolisakarida membran luar bakteri atau yang memprduksi racun yang dikeluarkan oleh bakteri ke dalam lingkungan sekitarnya. Protein racun yang dikeluarkan, yang disebut eksotoksin, merupakan dasar untuk penyakit gawat seperti difteria, demam skarlet dan botulisme. Diperolehnya karakter baru yang disandi oleh DNA profage disebut konversi lisogen.

 

2 thoughts on “NUKLEOTIDA DAN ASAM NUKLEAT

Comments are closed.