Faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Reaksi Kimia

Berlangsungnya proses reaksi kimia tentu membutuhkan waktu. Beberapa reaksi kimia dapat terjadi dalam waktu yang singkat namun sebagian reaksi kimia lainnya membutuhkan waktu yang lama. Beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi: A. Suhu Semakin tinggi suhu dalam proses reaksi kimia makin cepat partikel pereaksi bergerak. Semakin tinggi suhu maka energi partikel pereaksi pun semakin bertambah, sehingga tumbukan antar partikel pun semakin sering terjadi, maka dengan bertambahnya suhu reaksi kimia semakin cepat berlangsung. B. Katalisator Katalisator adalah senyawa yang dapat mempercepat  reaksi. Senyawa yang memperlambat reaksi disebut inhibitor. Dalam prosesnya katalis ikut relibat dalam reaksi kimia, tetapi dihasilkan kembali pada akhir reaksi. Dalam tubuh makhluk hidup katalisator dalam disebut enzim. Reaktan A dan B  dibantu enzim Y  menghasilkan produk reaksi berupa AB dan enzim Y yang dihasilkan kembali pada akhir reaksi. Contoh katalis adalah: Besi; membantu dalam reaksi pembuatan ammonia dari gas nitrogen dan hidrogen (pembuatan pupuk) Platina; membantu dalam reaksi antara ammonia dan udara membentuk nitrogen monooksida dan air Vanadium oksida; membantu reaksi pembentukan belerang trioksida dari belerang dioksida dan oksigen C. Luas Permukaan Ukuran materi atau luas permukaan sentuh sangat mempengaruhi kecepatan reaksi. Untuk mengetahui seberapa besar luas permukaan, bandingkan ketika sebuah zat dibiarkan menjadi satu bagian padat dan zat yang sama dalam bentuk serbuk. Tentu luas permukaan zat tersebut akan lebih banyak ketika zat tersebut dalam bentuk serbuk bukan? Maka semakin besar luas permukaan (partikel) semakin banyak pula partikel saling bertumbukan. D. Konsentrasi Pereaksi Konsentrasi suatu zat ditandai dengan seberapa besar kepekatan ataupun jumlah partikel penyusun zat tersebut. Semakin banyak partikel penyusunnya semakin tinggi konsentrasi zat tersebut, begitu sebaliknya. Secara sederhana konsentrasi zat menunjukkan tingkat kepekatan dari zat tersebut. Contoh: Semakin tinggi konsentrasi partikel gula berarti semakin manis gula tersebut semakin pekat suatu larutan  akan semakin cepat bereaksi karena jumlah partikelnya semakin cepat bereaksi karena jumlah partikelnya yang banyak. Contoh: Reaksi antara logam magnesium dengan asam klorida pekat dan asam klorida encer. Pada reaksi antara logam magnesium dengan asam klorida  pekat, gelombang gas dihasilkan lebih banyak dan cepat dibandingkan reaksi dengan asam klorida encer. E. Sifat Zat Sifat zat pereaksi akan menentukan kecepatan berlangsungnya reaksi. 1.    Reaksi antar senyawa ion; umumnya berlangsung lebih cepat hal ini disebabkan adanya gaya tarik antar ion-ion yang memilki muatan berlawanan dari zat yang sedang bereaksi.

struktur Molekul

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.

Gambar 2.1. 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.

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.

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 (Gambar 2.2).  

Gambar 2.2. Ikatan fosfodiester dan ikatan glikosidik pada asam nukleat

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.

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’).  

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).

      Gambar 2.3. Model struktur tangga berpilin DNA

                                          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.

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.

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.

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. 

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.

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.

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.

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.

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).

Gambar 2.4.  Sentrifugasi seimbang dalam tingkat kerapatan

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.

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 λ_maks = 260 nm. Nilai ini jelas sangat berbeda dengan nilai untuk protein yang mempunyai λ_maks = 280 nm.  Sifat-sifat absorpsi asam nukleat dapat digunakan untuk deteksi, kuantifikasi, dan perkiraan kemurniannya.

Hipokromisitas

Meskipun λ_maks 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.

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.

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 λ_maks = 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.

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 (T_m). Nilai T_m 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.

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.

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.

makalah biokimia tentang asam nukleat

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Asam nukleat merupakan pengemban kode genetik dalam sistem kehidupan. Karena informasi yang terkandung dalam asam-asam nukleat itu, suatu organisme mampu membiosintesis tipe protein yang berlainan (rambut, kulit, otot, enzim dan sebagainya) dan memproduksi lebih banyak organisme dari jenisnya sendiri. Asam nukleat merupakan suatu polimer yang terdiri dari banyak molekul nukleotida. Ada dua macam asam nukleat, yaitu DNA dan RNA. DNA terutama dijumpai dalam inti sel, asam ini merupakan pengemban kode genetik dan dapat mereproduksi atau mereplikasi dirinya dengan tujuan membentuk sel-sel baru untuk reproduksi organisme itu, dalam sebagian besar organisme, DNA suatu sel mengarahkan sintesis molekul RNA. Satu tipe RNA yakni RNA pesuruh (mRNA) meninggalkan inti sel dan mengarahkan biosintesis dari berbagai tipe protein dalam organisme itu sesuai dengan kode DNAnya.

Asam-asam nukleat terdapat pada jaringan-jaringan tubuh sebagai nukleoprotein, yaitu gabungan antara asam nukleat dengan protein. Untuk memperoleh asam nukleat dari jaringan-jaringan tersebut, dapat di lakukan ekstraksi terhadap nukleoprotein terlebih dahulu menggunakan larutan garam 1M. Setelah nukleoprotein terlarut, dapat diuraikan menjadi protein-protein dan asam nukleat dengan menambah asam-asam lemah atau alkali secara hati-hati, atau dengan menambah NaCl hingga larutan menjadi jenuh. Setelah terpisah dari protein yang mengikatnya, asam nukleat dapat diendapkan dengan penambahan alkohol perlahan-lahan. Disamping itu penambahan NaCl hingga jenuh akan mengendapkan protein.

B.     Tujuan

Tujuan dari makalah ini adalah sebagai berikut :

1.      Menjelaskan pengertian dari asam nukleat.

2.      Menjelaskan fungsi senyawa asam nukleat

3.      Menjelaskan komposisi molekular asam nukleat serta jenis dari asam nukleat.

C.    Rumusan Masalah

Dalam makalah ini akan di bahas tentang:

1.      Apa pengertian asam nukleat ?

2.      Apakah fungsi dari asam nukleat?

3.      Apa saja komposisi molekular dari asam nukleat?

4.      Apa saja jenis-jenis asam nukleat ?

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Pengertian Asam Nukleat

Asam nukleat dari biologi molekul penting bagi kehidupan, dan termasuk DNA (asam deoksiribonukleat) dan RNA (asam ribonukleat). Bersama dengan protein, asam nukleat membentuk paling penting makromolekul , masing-masing ditemukan dalam kelimpahan dalam semua makhluk hidup, di mana mereka berfungsi dalam pengkodean, transmisi dan mengekspresikan informasi genetik.

Asam nukleat ditemukan oleh Friedrich Miescher pada tahun 1869. Studi Eksperimental asam nukleat merupakan bagian utama modern biologi dan penelitian medis , dan membentuk dasar untuk genom dan ilmu forensik , serta bioteknologi dan industri farmasi. Kemudian Albrecht Kossel menemukan asam nukleat yang tersusun oleh suatu gugus gula, gugus fosfat, dan gugus basa.

Ciri- ciri Asam Nukleat :

a.       Terdapat pada semua sel hidup

b.      Merupakan makromolekul dengan monomer Mononukleotida

B.     Fungsi Asam Nukleat

Fungsi Asam Nukleat adalah sebagai berikut:

1.         Menyimpan, mereplikasi dan mentranskripsi informasi genetika

2.         Turut dalam metabolisme

3.         Penyimpan energi

4.         Sebagai ko-enzim

C.    Struktur Asam Nukleat

D.     Tata nama Asam Nukleat

Asam nukleat istilah adalah nama keseluruhan untuk DNA dan RNA, anggota keluarga biopolimer, dan ini identik dengan polinukleotida. Asam nukleat dinamai untuk penemuan awal mereka dalam inti, dan untuk gugus fosfat (terkait dengan asam fosfat). Meskipun pertama kali ditemukan dalam nukleus dari eukariotik sel, asam nukleat sekarang dikenal dapat ditemukan dalam semua bentuk kehidupan, termasuk dalam bakteri, archaea, mitokondria, kloroplas, virus dan viroid. Semua sel hidup dan organel mengandung DNA dan RNA, sedangkan virus mengandung baik DNA atau RNA, tetapi biasanya tidak keduanya. Komponen dasar asam nukleat biologis adalah nukleotida yang masing-masing berisi gula pentosa (ribosa atau deoksiribosa), sebuah fosfat kelompok, dan nucleobase . Asam nukleat juga dihasilkan dalam laboratorium, melalui penggunaan enzim  (DNA dan RNA polimerase) dan dengan padat-fase sintesis kimia. Metode kimia juga memungkinkan generasi asam nukleat yang berubah yang tidak ditemukan di alam, misalnya asam nukleat peptida .

•         Gula pada asam nukleat adalah ribosa.

•         Ribosa (b-D-furanosa) adalah gula pentosa (jumlah karbon 5).

•         Perhatikan penomoran. Dalam penulisan diberi tanda prime(') untuk membedakan penomoran pada basa nitrogen

•       Ikatan gula ribosa dengan basa nitrogen (pada atom karbon nomor 1).

•       Ikatan gula ribosa dengan gugus fosfat (pada atom karbon nomor 5).

•       Gugus hidroksil pada atom karbon nomor 2

BASA NITROGEN

•   Basa nitrogen berikatan dengan ikatan-b pada atom karbon nomor1' dari gula ribosa atau deoksiribosa.

•   Pirimidin berikatan ke gula ribosa pada atom N-1 dari struktur cincinnya.

•   Purin berikatan ke gula ribosa pada atom N-9 dari struktur cincinnya.

BASA PIRIMIDIN DAN PURIN

BASA-BASA DALAM ASAM NUKLEAT

GUGUS FOSFAT

1.      Nukleosida : Senyawa antara purin dan primidin dengan ribosa dan deoksiribosa. Beberapa nama nukleosida :

2.      Nukleotida : Ester nukleosida dengan asam fosfat. Singkatan nama beberapa nukleotida :

Fungsi nukleotida :

1.      Sebagai pembawa energy. Nukleotida yang penting : AMP, ADP, ATP→ penting dalam penyimpanan dan pemanfaatan energi selama metabolisme sel.

ATP pembawa energi utama dalam sel :

ADP + Pa                          ATP (fosforilase oksidatif)

     Energi

ATP + H2O→ ADP + Pa (as. fosfat) + energi (hidrolisis)

2.             Pembawa bahan pembentuk dasar suatu molekul.

Contoh :

-          Nukleotida Uridin Difosfat (UDP) untuk sintesis glikogen

-          Kolin Sitidin Difosfat sintesis kolin fosfolipid.

-          Nukleotida trifosfat (NTP) sintesis DNA dan RNA

3.      Sebagai ko enzim

-          Nikotamida Mono Nukleotida (NMN) → merupakan vitamin

-          Flavin Mono Nukleotida (FMN) → koenzim  proses oksidasi – reduksi pada respirasi sel.

-          Nikotinamida Adenin Dinukleotida (NAD), Nikotinamida Adenin Dinukleotida Fosfat (NADP), Flavin Adenin Dinukleotida (FAD) →  koenzim proses oksidasi – reduksi

E.     Komposisi Molekuler dan Ukuran Asam Nukleat

Asam nukleat dapat bervariasi dalam ukuran, tetapi umumnya molekul yang sangat besar. Memang, molekul DNA yang mungkin merupakan molekul individu terbesar yang diketahui. Dipelajari dengan baik biologi molekul asam nukleat berbagai ukuran dari 21 nukleotida ( kecil mengganggu RNA ) ke kromosom besar ( 1 kromosom manusia adalah molekul tunggal yang berisi pasangan basa 247 juta  ).

Dalam kebanyakan kasus, molekul DNA alami adalah untai ganda RNA dan molekul untai tunggal. Ada pengecualian banyak, namun-beberapa virus memiliki genom terbuat dari RNA untai ganda dan virus lainnya memiliki DNA beruntai tunggal genom, dan, dalam beberapa keadaan, struktur asam nukleat dengan tiga atau empat helai bisa terwujud.

Asam nukleat adalah linear polimer (rantai) dari nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen: purin atau pirimidin nucleobase (kadang-kadang disebut basis nitrogen atau hanya basa), sebuah pentosa gula, dan fosfat kelompok. Sub-struktur yang terdiri dari gula nucleobase ditambah disebut sebuah nukleosida . Jenis asam nukleat berbeda dalam struktur gula dalam nukleotida mereka - DNA berisi 2'- deoksiribosa sedangkan RNA mengandung ribosa (di mana satu-satunya perbedaan adalah adanya gugus hidroksil ). Juga, nukleobasa ditemukan di kedua jenis asam nukleat yang berbeda: adenin , sitosin , dan guanin dapat ditemukan di kedua RNA dan DNA, sedangkan timin terjadi pada DNA dan urasil terjadi pada RNA.

Gula dan fosfat dalam asam nukleat saling terhubung satu sama lain dalam rantai bolak (gula-fosfat tulang punggung) melalui fosfodiester hubungan. Dalam nomenklatur konvensional , karbon-karbon dimana gugus fosfat melampirkan adalah ujung 3'-5 dan '-akhir karbon dari gula. Hal ini memberikan asam nukleat directionality, dan ujung-ujung molekul asam nukleat yang disebut sebagai 5'-end dan 3'-end. Para nukleobasa bergabung ke gula melalui N-glikosidik hubungan yang melibatkan nitrogen cincin nucleobase (N-1 untuk pirimidin dan N-9 untuk purin) dan karbon 1 'dari cincin gula pentosa.

F.     Jenis-Jenis asam nukleat

1.      Asam Deoksiribonukleat

Asam deoksiribonukleat merupakan asam nukleat yang berisi instruksi genetik yang digunakan dalam pengembangan dan fungsi dari semua organisme hidup dikenal. Peran utama dari molekul DNA adalah penyimpanan jangka panjang informasi dan DNA sering dibandingkan dengan satu set cetak biru, karena berisi petunjuk yang dibutuhkan untuk membangun komponen lain sel, seperti protein dan molekul RNA. Segmen DNA yang membawa informasi genetik ini disebut gen, tetapi urutan DNA lain memiliki tujuan struktural, atau terlibat dalam mengatur penggunaan informasi ini genetik.

Ciri-ciri Asam Deoksiribonukleat :

·            Makromolekul dengan Mr yang sangat besar.

·            Terdiri dari mononukleotida utama :

dAMP, dGMP, dTMP, dCMP

·         Terdiri dari dua atau lebih rantai polinukleotida

yang tersusun dalam struktur heliks (heliks ganda)

·            Setiap spesies/organisme mononukleotida utamanya mempunyai perbandingan, urutan dan berat molekul (Mr) yang spesifik.

·            Pada sel prokariotik (mengandung hanya satu kromosom) DNA nya merupakan makromolekul tunggal dengan Mr = 2 x 109.

·            Pada sel eukariotik (mengandung banyak kromosom) mempunyai banyak molekul DNA dengan Mr yang sangat besar.

·            DNA terutama terdapat dalam inti sel (DNA inti) bergabung dengan protein histon. Juga bisa terdapat pada sitoplasma (DNA sitoplasma), dalam mitokondria, dalam khloroplas.

·            Pada sel bakteri selain terdapat dalam inti sel juga bisa pada sel membran = mesosom dan dalam sitoplasma di luar kromosom = plasmid/episom.

·            DNA normal dari suatu spesies yang berbeda menunjukkan adanya keteraturan (regularitas)

CHARGAFF’S RULES :

-             Komposisi basa dari DNA suatu organisme adalah tetap pada semua sel nya dan mempunyai karakteristik tertentu

-             Komposisi basa dari DNA bervariasi dari suatu organisme dengan organisme lainnya dinyatakan dengan dissymmetry ratio : (A + T) / (G + C)

-             Komposisi basa dari suatu spesies tidak berubah oleh umur, keadaan nutrisi, ataupun lingkungan.

-             Jumlah adenin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan jumlah timin (A = T).

-             Jumlah guanin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan jumlah sitosin (G=C).

-             Jumlah total basa purin dalam DNA suatu organisme selalu sama dengan jumlah total basa pirimidin : (A + G) = (T + C).

DEOKSIRIBONUKLEOTIDA UTAMA

2.      Asam Ribonukleat

Asam ribonukleat (RNA) fungsi dalam mengkonversi informasi genetik dari gen ke dalam sekuens asam amino dari protein. Ketiga jenis universal termasuk RNA transfer (tRNA), messenger RNA (mRNA), dan RNA ribosomal (rRNA). Messenger RNA bertindak untuk membawa informasi urutan genetik antara DNA dan ribosom, mengarahkan sintesis protein. Ribosomal RNA adalah komponen utama dari ribosom, dan mengkatalisis pembentukan ikatan peptida. transfer RNA berfungsi sebagai molekul pembawa untuk asam amino yang akan digunakan dalam sintesis protein, dan bertanggung jawab untuk decoding mRNA. Selain itu, banyak kelas RNA sekarang dikenal.

Ciri-ciri Asam Ribonukleat :

·         Terdiri dari rantai tunggal poliribonukleotida.

·         Hampir seluruhnya terdapat di sitoplasma, juga terdapat pada virus.

·         Rantai tunggal→ Chargaff’s Rules tidak berlaku

·         Ada 3 macam :

- tRNA (transfer-RNA)

-mRNA (messenger-RNA)

-rRNA (ribosomal-RNA)

-tRNA

Ø  Molekul yang kecil

Ø   Basanya : A, G dan U yang termetilasi.

Ø  Jumlahnya hanya sedikit dari total RNA dalam sel

Ø   Mengangkut (transport) asam amino spesifik ke

Ø  Ribosom untuk proses sintesis protein

-mRNA

Ø  Basa nya : A, G, C dan U

Ø  Disintesis dalam inti sel pada proses transkripsi

Ø  Pembawa informasi genetik dari DNA untuk

Ø  Sintesis protein

Ø  Umurnya pendek→  mengalami Degradasi/resintesis

-r RNA

Ø  Bagian terbanyak dari RNA dalam sel (80%)

Ø  Merupakan 60% dari berat ribosom

Ø  Basa utamanya : A, G, C, U

Ø  Fungsinya belum jelas

RIBONUKLEOTIDA UTAMA

G.    Hidrolisis Asam Nukleat

1. Hidrolisis dengan enzim→ enzim nuklease, yang terdiri dari :

a.          enzim eksonuklease→ menyerang ujung rantai polinukleotida

b.         enzim endonuklease→ menyerang bagian dalam rantai

2. Hidrolisis dengan asam/basa

a.          Hidrolisis DNA dengan asam→ terbentuk asam apurinat (DNA tanpa purin) dan asam apirimidat (DNA tanpa pirimidin)

b.         DNA tidak dihidrolisis oleh basa

c.          Hidrolisis RNA dengan basa memutuskan→ ikatan gugus hidroksil – 2 ribosa.

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

·         Asam nukleat merupakan suatu polimer yang memegang peranan penting dalam kehidupan organisme.

·         Fungsi dari asam nukleat adalah menyimpan, mereplikasi dan mentranskripsi informasi genetika, turut dalam metabolisme, penyimpan energi dan sebagai ko-enzim.

·         Ada dua macam asam nukleat : DNA (asam dioksiribonukleat) dan RNA (asam ribonukleat).

·         Suatu DNA mempunyai basa purin berupa adenin dan guanin, basa pirimidin berupa sitosin dan timin serta gula deoksiribosa yang dihubungkan oleh gugus fosfat

·         Suatu RNA memiliki basa purin berupa adenin dan guanine, basa pirimidin berupa sitosin dan urasil serta gula ribose yang dihubungkan oleh gugus fosfat.

·         RNA terdiri dari tiga tipe, yaitu mRNA ( messenger RNA ) , tRNA      ( transfer RNA ) dan Rrna ( ribosomal RNA ).

B.     Saran

Makalah ini dibuat untuk menambah pengetahuan pembaca tentang asam nukleat. Jadi, penulis membutuhkan kritik dan saran dari pembaca agar makalah ini lebih sempurna.

DAFTAR PUSTAKA

Alberts, Bruce dkk.  2007. Biologi Molekuler dari Walter your. NCBI.

Berg, Jeremy Mark dkk. 2007. Biokimia. WH Freeman: San Francisco.

Dahm, R. 2008. Menemukan DNA: Friedrich Miescher dan tahun-tahun awal penelitian asam nukleat" Manusia genetika .  ISSN 0340-6717

Jeremy M Berg, John L Tymoczko, dan Lubert Stryer, Biokimia 5th edition, 2002, WH Freeman.

Saenger , Wolfram.  Prinsip Struktur Asam Nukleat.  Springer-Verlag:  New York.

Stryer, Lubert dkk. 2007. Biokimia. WH Freeman : San Francisco .