Asam Nukleat: Struktur, Fungsi, Jenis & Contoh

Asam nukleat mewakili salah satu dari empat kategori utama biomolekul, yang merupakan zat yang membentuk sel. Yang lainnya adalah protein, karbohidrat dan lipid (atau lemak).

Asam nukleat, yang meliputi DNA (asam deoksiribonukleat) dan RNA (asam ribonukleat), berbeda dari tiga biomolekul lainnya karena mereka tidak dapat dimetabolisme untuk memasok energi ke organisme induk.

(Itulah mengapa Anda tidak melihat "asam nukleat" pada label informasi nutrisi.)

Fungsi DNA dan RNA adalah untuk menyimpan informasi genetik. Salinan lengkap DNA Anda sendiri dapat ditemukan di inti hampir setiap sel di tubuh Anda, membuat agregasi DNA ini – disebut kromosom dalam konteks ini – agak seperti hard drive komputer laptop.

Dalam skema ini, panjang RNA dari jenis yang disebut RNA pembawa pesan berisi instruksi kode untuk hanya satu produk protein (yaitu, mengandung satu gen) dan karena itu lebih seperti "thumb drive" yang berisi satu file penting.

DNA dan RNA sangat erat hubungannya. Substitusi tunggal atom hidrogen (–H) dalam DNA untuk gugus hidroksil (–OH) yang terikat pada atom karbon yang sesuai dalam RNA menyumbang seluruh perbedaan kimia dan struktural antara keduanya asam nukleat.

Namun, seperti yang akan Anda lihat, seperti yang sering terjadi dalam kimia, apa yang tampak seperti perbedaan kecil pada tingkat atom memiliki konsekuensi praktis yang jelas dan mendalam.

Asam nukleat terdiri dari nukleotida, yang merupakan zat yang terdiri dari tiga kelompok kimia yang berbeda: a gula pentosa, satu sampai tiga gugus fosfat dan basa nitrogen.

Gula pentosa pada RNA adalah ribosa, sedangkan pada DNA adalah deoksiribosa. Juga, dalam asam nukleat, nukleotida hanya memiliki satu gugus fosfat. Salah satu contoh nukleotida terkenal yang memiliki banyak gugus fosfat adalah ATP, atau adenosin trifosfat. ADP (adenosin difosfat) berpartisipasi dalam banyak proses yang sama seperti yang dilakukan ATP.

Molekul tunggal DNA dapat luar biasa panjang dan dapat memanjang sepanjang seluruh kromosom. Molekul RNA jauh lebih terbatas ukurannya daripada molekul DNA tetapi masih memenuhi syarat sebagai makromolekul.

Ribosa (gula RNA) memiliki cincin lima atom yang mencakup empat dari lima karbon dalam gula. Tiga lainnya ditempati oleh gugus hidroksil (–OH), satu oleh atom hidrogen dan satu oleh gugus hidroksimetil (–CH2OH).

Satu-satunya perbedaan dalam deoksiribosa (gula DNA) adalah salah satu dari tiga gugus hidroksil (yang berada pada posisi 2-karbon) hilang dan digantikan oleh atom hidrogen.

Juga, sementara DNA dan RNA memiliki nukleotida dengan salah satu dari empat kemungkinan basa nitrogen yang disertakan, ini sedikit berbeda antara dua asam nukleat. DNA memiliki fitur adenin (A), sitosin (C), guanin (G) dan timin. sedangkan RNA memiliki A, C dan G tetapi urasil (U) menggantikan timin.

Sebagian besar perbedaan fungsional antara DNA dan RNA berhubungan dengan peran mereka yang sangat berbeda dalam sel. DNA adalah tempat disimpannya kode genetik untuk kehidupan – bukan hanya reproduksi tetapi juga aktivitas kehidupan sehari-hari.

RNA, atau setidaknya mRNA, bertanggung jawab untuk mengumpulkan informasi yang sama dan membawanya ke ribosom di luar nukleus tempat protein dibangun yang memungkinkan pelaksanaan metabolisme yang disebutkan di atas kegiatan.

Urutan basa asam nukleat adalah tempat pesan spesifiknya dibawa, dan nitrogen basa dengan demikian dapat dikatakan bertanggung jawab atas perbedaan pada hewan dari spesies yang sama – bahwa aku s, manifestasi yang berbeda dari sifat yang sama (misalnya, warna mata, pola rambut tubuh).

Dua basa dalam asam nukleat (A dan G) adalah purin, sedangkan dua (C dan T dalam DNA; C dan U dalam RNA) adalah pirimidin. Molekul purin mengandung dua cincin yang menyatu, sedangkan pirimidin hanya memiliki satu dan umumnya lebih kecil. Seperti yang akan segera Anda pelajari, molekul DNA adalah beruntai ganda karena ikatan antara nukleotida dalam untaian yang berdekatan.

Basa purin hanya dapat berikatan dengan basa pirimidin, karena dua purin akan memakan terlalu banyak ruang antara untai dan dua pirimidin terlalu sedikit, dengan kombinasi purin-pirimidin yang tepat ukuran.

Tetapi hal-hal sebenarnya dikontrol lebih ketat dari ini: Dalam asam nukleat, SEBUAHobligasi hanya untukT (ataukamu dalam RNA), sedangkan C hanya terikat pada G.

Deskripsi lengkap molekul DNA sebagai heliks untai ganda pada tahun 1953 oleh James Watson dan Francis Crick akhirnya mendapatkan duo itu Hadiah Nobel, meskipun karya difraksi sinar-X Rosalind Franklin di tahun-tahun menuju pencapaian ini berperan penting dalam kesuksesan pasangan dan sering diremehkan dalam buku sejarah.

Di alam, DNA ada sebagai heliks karena ini adalah bentuk yang paling disukai secara energi untuk kumpulan molekul tertentu yang dikandungnya.

Rantai samping, basa, dan bagian lain dari molekul DNA mengalami perpaduan yang tepat antara gaya tarik elektrokimia dan elektrokimia tolakan sehingga molekul paling "nyaman" dalam bentuk dua spiral, sedikit diimbangi satu sama lain, seperti gaya spiral terjalin tangga.

Untaian DNA terdiri dari gugus fosfat dan residu gula yang berselang-seling, dengan basa nitrogen yang melekat pada bagian gula yang berbeda. Untaian DNA atau RNA memanjang berkat ikatan hidrogen yang terbentuk antara gugus fosfat dari satu nukleotida dan residu gula dari nukleotida berikutnya.

Secara khusus, fosfat pada karbon nomor-5 (sering ditulis 5') dari nukleotida yang masuk terpasang menggantikan gugus hidroksil pada karbon nomor-3 (atau 3') dari polinukleotida yang sedang tumbuh (nukleat kecil AC id). Ini dikenal sebagai ikatan fosfodiester.

Sementara itu, semua nukleotida dengan basa A berjajar dengan nukleotida dengan basa T pada DNA dan nukleotida dengan basa U pada RNA; C berpasangan secara unik dengan G di keduanya.

Dua untai molekul DNA dikatakan sebagai yang saling melengkapi satu sama lain, karena urutan basa satu dapat ditentukan menggunakan urutan basa yang lain berkat skema pasangan basa sederhana yang diamati molekul asam nukleat.

RNA, sebagaimana dicatat, sangat mirip dengan DNA pada tingkat kimia, dengan hanya satu basa nitrogen di antara empat yang berbeda dan satu atom oksigen "ekstra" dalam gula RNA. Jelas, perbedaan yang tampaknya sepele ini cukup untuk memastikan perilaku yang berbeda secara substansial antara biomolekul.

Khususnya, RNA adalah beruntai tunggal. Artinya, Anda tidak akan melihat istilah "untai komplementer" yang digunakan dalam konteks asam nukleat ini. Bagian yang berbeda dari untai RNA yang sama, bagaimanapun, dapat berinteraksi satu sama lain, yang berarti bahwa bentuk RNA sebenarnya lebih bervariasi daripada bentuk DNA (selalu heliks ganda). Dengan demikian, ada banyak jenis RNA yang berbeda.

• mRNA, atau messenger RNA, menggunakan pasangan basa komplementer untuk membawa pesan yang diberikan DNA selama transkripsi ke ribosom, di mana pesan itu diterjemahkan ke dalam sintesis protein. Transkripsi dijelaskan secara rinci di bawah ini.
• rRNA, atau RNA ribosom, merupakan bagian yang cukup besar dari massa ribosom, struktur di dalam sel yang bertanggung jawab untuk sintesis protein. Sisa massa ribosom terdiri dari protein.
• tRNA, atau RNA transfer, memainkan peran penting dalam translasi dengan memindahkan asam amino yang ditujukan untuk rantai polipeptida yang sedang tumbuh ke tempat di mana protein dirakit. Ada 20 asam amino di alam, masing-masing dengan tRNA sendiri.
  

Bayangkan disajikan dengan untai asam nukleat dengan urutan basa AAATCGGGCATTA. Berdasarkan informasi ini saja, Anda harus dapat menyimpulkan dua hal dengan cepat.

Satu, bahwa ini adalah DNA, bukan RNA, seperti yang diungkapkan oleh adanya timin (T). Hal kedua yang dapat Anda ketahui adalah bahwa untai komplementer dari molekul DNA ini memiliki urutan basa TTTAGCCGTAAT.

Anda juga dapat yakin dengan untaian mRNA yang akan dihasilkan dari untaian DNA ini yang menjalani transkripsi RNA. Itu akan sama urutan basa sebagai untai DNA komplementer, dengan setiap contoh timin (T) digantikan oleh urasil (U).

Ini karena replikasi DNA dan transkripsi RNA beroperasi serupa dalam hal untaian yang dibuat dari untai cetakan adalah template bukan duplikat dari untaian itu, tetapi komplemen atau ekuivalennya pada RNA.

Agar molekul DNA membuat salinan dirinya sendiri, dua untai heliks ganda harus terpisah di sekitar penyalinan. Ini karena setiap untai disalin (direplikasi) secara terpisah dan karena enzim dan molekul lain yang ambil bagian dalam replikasi DNA membutuhkan ruang untuk berinteraksi, yang tidak disediakan oleh heliks ganda. Dengan demikian kedua untai menjadi terpisah secara fisik, dan DNA dikatakan sebagai terdenaturasi.

Setiap untai DNA yang terpisah membuat untai baru yang melengkapi dirinya sendiri, dan tetap terikat padanya. Jadi, dalam arti, tidak ada yang berbeda di setiap molekul beruntai ganda baru dari induknya. Secara kimia, mereka memiliki komposisi molekul yang sama. Tetapi salah satu untaian di setiap heliks ganda adalah baru sementara yang lain adalah sisa dari replikasi itu sendiri.

Ketika replikasi DNA terjadi secara bersamaan di sepanjang untai komplementer yang terpisah, sintesis untaian baru sebenarnya terjadi dalam arah yang berlawanan. Di satu sisi, untai baru hanya tumbuh ke arah DNA yang "dibuka" saat didenaturasi.

Di sisi lain, bagaimanapun, fragmen kecil DNA baru disintesis jauh dari arah pemisahan untai. Ini disebut fragmen Okazaki, dan disatukan oleh enzim setelah mencapai panjang tertentu. Kedua untai DNA baru ini adalah antiparalel untuk satu sama lain.

transkripsi RNA mirip dengan replikasi DNA di mana unpairing untai DNA diperlukan untuk memulai. mRNA dibuat di sepanjang cetakan DNA dengan penambahan berurutan nukleotida RNA oleh enzim RNA polimerase.

Transkrip awal RNA yang dibuat dari DNA ini menciptakan apa yang kita sebut pra-mRNA. Untai pra-mRNA ini mengandung keduanya intron dan ekson. Intron dan ekson adalah bagian dalam DNA / RNA yang melakukan atau tidak mengkode bagian dari produk gen.

Intron adalah bagian non-coding (juga disebut "ke dalambagian yang menyimpang") sementara ekson adalah bagian pengkodean (juga disebut "exbagian yang ditekan").

Sebelum untai mRNA ini meninggalkan nukleus untuk diterjemahkan menjadi protein, enzim di dalam nukleus memotong, alias memotong, intron karena mereka tidak mengkode apa pun dalam gen tertentu. Enzim kemudian menghubungkan urutan intron yang tersisa untuk memberi Anda untai mRNA terakhir.

Satu untai mRNA biasanya mencakup urutan basa yang diperlukan untuk merakit satu protein unik di hilir dalam terjemahan proses, yang berarti bahwa satu molekul mRNA biasanya membawa informasi untuk satu gen. Gen adalah urutan DNA yang mengkode produk protein tertentu.

Setelah transkripsi selesai, untai mRNA diekspor keluar dari nukleus melalui pori-pori di amplop nuklir. (Molekul RNA terlalu besar untuk berdifusi melalui membran inti, seperti halnya air dan molekul kecil lainnya). Kemudian "berlabuh" dengan ribosom dalam sitoplasma atau di dalam organel tertentu, dan sintesis protein dimulai.

Asam nukleat tidak dapat dimetabolisme untuk bahan bakar, tetapi dapat dibuat dari molekul yang sangat kecil atau dipecah dari bentuk lengkapnya menjadi bagian yang sangat kecil. Nukleotida disintesis melalui reaksi anabolik, seringkali dari nukleosida, yang merupakan nukleotida tanpa gugus fosfat (yaitu, nukleosida adalah gula ribosa ditambah basa nitrogen).

DNA dan RNA juga dapat didegradasi: dari nukleotida menjadi nukleosida, kemudian menjadi basa nitrogen dan akhirnya menjadi asam urat.

Pemecahan asam nukleat penting untuk kesehatan secara keseluruhan. Misalnya, ketidakmampuan untuk memecah purin terkait dengan asam urat, penyakit yang menyakitkan yang mempengaruhi beberapa persendian berkat endapan kristal urat di lokasi tersebut.