Proses Metabolisme, Struktur dan Fungsi Asam Nukleat

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Metabolisme adalah proses pengolahan (pembentukan dan penguraian) za-zat yang diperlukan oleh tubuh agar tubuh dapat menjalankan fungsinya. Metabolisme juga dapat diartikan sebagai proses pengolahan (pembentukan dan penguraian (Katabolisme dan Anabolisme) zat-zat yang diperlukan oleh tubuh untuk menjalankan fungsinya. Kelainan Metabolisme adalah keadaan tubuh yang tidak mampu menjalankan proses metabolisme karena sesuatu dan lain hal. Yang paling berpengaruh bisa atau ketidak bisaan tubuh ialah disebabkan oleh kelainan tidak memiliki suatu enzim yang diperlukan untuk membantu metabolisme. Kelainan metabolisme seringkali disebabkan oleh kelainan genetik yang mengakibatkan hilangnya enzim tertentu yang diperlukan untuk merangsang suatu proses metabolisme. Karbohidrat adalah gula, diantaranya adalah glukosa, sukrosa dan fruktosa.Beberapa gula (misalnya sukrosa) harus diproses oleh enzim di dalam tubuh sebelum bisa digunakan sebagai sumber energi. Jika enzim yang diperlukan tidak ada, maka gula akan tertimbun dan menimbulkan masalah kesehatan.

Karbohidrat juga berperan penting dalam menentukan karakteristik bahan makanan, misalnya warna, rasa, tekstur dan lain-lain. Sedangkan dalam tubuh karbohidrat berguna untuk mencegah timbulnya ketosis, pemecahan protein yang berlebihan, kehilangan mineral dan berguna untuk metabolisme lemak dan protein.

Cakupan biologi molekuler begitu luas dan perkembangannya begitu cepat, sehingga tidaklah mudah untuk memberikan gambaran menyeluruh mengenai cabang ilmu ini dalam bentuk makalah singkat. Biologi molekuler muncul sebagai kelanjutan dua cabang ilmu yang sudah ada sebelumnya, yaitu genetika dan ilmu biokimia. Para pakar bersepakat bahwa biologi molecular ditandai dengan penemuan struktur heliks ganda DNA oleh Watson dan Crick pada tahun 1953. Penemuan ini didahului oleh penemuan penting sebelumnya, antara lain penemuan gen oleh Mendel (1853), pembuktian bahwa gen terdapat dalam kromosom oleh Morgan dkk (1910-1915), dan akhirnya penemuan bahwa gen adalah DNA oleh Avery, Mcleod dan McCarty (1944).

Genetika adalah ilmu pewarisan faktor keturunan (hereditas). Ilmu genetika ini meliputi studi tentang apa yang dimaksud dengan gen, bagaimana gen dapat membawa informasi genetik, gen direplikasikan dan dilewatkan dari generasi ke ganerasi, dan bagaimana gen dapat mengekspresikan informasi di dalam organisme yang akan menentukan karakteristik organisme yang bersangkutan.

Informasi genetik di dalam sel disebut genom. Genom sel diorganisasi di dalam kromosom. Kromosom adalah suatu struktur yang mengandung DNA, dimana DNA secara fisik membawa informasi herediter. Kromosom mengandung gen. Gen adalah segmen dari DNA (kecuali pada beberapa virus RNA), dimana gen mengkode protein.

DNA adalah makromolekul yang tersusun atas unit berulang yang disebut nukleotida. Setiap nukleotida terdiri atas basa nitrogen adenine (A), timin (T), sitosin (cytosine, C), atau guanine (G); deoksiribosa (suatu gula pentose) dan sebuah gugus fosfat. DNA di dalam sel terdapat sebagai rantai panjang nukleotida yang berpasangan dan membelit menjadi satu membentuk struktur helix ganda (double helix). Kedua rantai terkait oleh ikatan organisme yang terdapat di antara basa – basa nitrogennya. Pasangan basa selalu terdapat dalam pola spesifik yaitu adenine selalu berpasangan dengan timin, dan sitosin selalu berpasangan dengan guanine. Akibat pasangan basa yang spesifik ini, maka sekuens basa pada satu rantai menentukan sekuens basa pada rantai pasangannya, sehingga kedua rantai dikatakan saling komplementer. Informasi genetik dikode oleh sekuens – sekuens basa disepanjang rantai DNA. Struktur komplementer juga memungkinkan duplikasi presisi DNA selama proses pembelahan sel.

Mutasi adalah perubahan pada materi genetik suatu makhluk yang terjadi secara tiba-tiba, acak, dan merupakan dasar bagi sumber variasi organisme hidup yang bersifat terwariskan (heritable). Istilah mutasi pertama kali dipergunakan oleh Hugo de vries, untuk mengemukakan adanya perubahan fenotip yang mendadak pada bunga oenothera lamarckiana dan bersifat menurun. Ternyata perubahan tersebut terjadi karena adanya penyimpangan dari kromosomnya. Seth wright juga melaporkan peristiwa mutasi pada domba jenis Ancon yang berkaki pendek dan bersifat menurun.

Kanker adalah proliferasi sel yang tidak terkontrol, yang tumbuh dengan cepat dan ada yang tumbuh lambat, tetapi semua sel tidak pernah berhenti membelah. Kanker adalah klon, yaitu sekelompok sel dengan kelainan kromosom yang mirip satu sama lain mempunyai asal usul yang bersifat klonal. Kanker disebabkan adanya genom abnormal, yang terjadi karena ada kerusakan gen yang mengatur pertumbuhan dan diferensiasi sel. Adanya genom abnormal ini menimbulkan salah atur, lebih atau kurang aturan. Gen yang mengatur pertumbuhan dan diferensiasi sel itu disebut protoonkogen dan supresor gen, terdapat pada semua kromosom dan banyak jumlahnya. Protoonkogen yang telah mengalami perubahan sehingga dapat menimbulkan kanker disebut onkogen. Kerusakan itu dapat terjadi pada saat fertilisasi, tetapi umumnya setelah embryogenesis, setelah sel itu mengadakan diferensiasi atau setelah dewasa.

1.2 Rumusan Masalah

a)    Apa pengertian metabolisme

b)   Apa peran metabolisme

c)    Bagaimana keterkaitan metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein

d)   Apa pengertian asam nukleat

e)    Bagaimana tingkatan struktur asam nukleat

f)    Apa fungsi asam nukleat

g)   Bagaimana peran enzim dalam replikasi DNA dan RNA

h)   Apa saja dasar-dasar mutasi genetic dan kanker

1.2  Tujuan Penulisan

a)   Untuk mngetahui pengertian dari metabolisme

b)   Untuk mengetahui peran metabolisme

c)   Untuk mengetahui keterkaitan metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein

d)  Untuk mengetahui pengertian asam nukleat

e)   Untuk mengetahui tingkatan struktur asam nukleat

f)    Untuk mengetahui fungsi asam nukleat

g)   Untuk mengetahui peran enzim dalam replikasi DNA dan RNA

h)   Untuk mengetahui dasar-dasar mutasi genetic dan kanker

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Definisi Metabolisme

Sel merupakan unit kehidupan yang terkecil, oleh karena itu sel dapat menjalankan aktivitas hidup, di antaranya metabolisme. Metabolisme adalah proses -proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi  selalu menggunakan katalisator enzim

2.2  Peran Metabolisme

Metabolisme berperan mengubah zat-zat makanan seperti: glukosa, asam amino, dan asam lemak menjadi senyawa-senyawa yang diperlukan untuk proses  kehidupan seperti: sumber energi (ATP). Energi antara lain berguna untuk aktivitas  otot, sekresi kelenjar, memelihara membran potensial sel saraf dan sel otot,  sintesis substansi sel. Zat-zat lain yang berasal dari protein berguna untuk  pertumbuhan dan reparasi jaringan tubuh. Hasil metabolisme tersebut kemudian  dimanfaatkan oleh tubuh untuk berbagai keperluan antara lain: sumber energi,  menggangti jaringan yang rusak, pertumbuhan, dsb.

Metabolisme adalah seluruh reaksi biokimiawi yang terjadi di dalam sel tubuh  makhluk hidup. Metabolisme dapat dibedakan menjadi 2 (dua) macam proses yaitu  anabolisme (penyusunan) dan katabolisme (penguraian). Anabolisme adalah  sintesis makromolekul seperti protein, polisakarida, dan asam nukleat dari bahan-bahan yang kecil. Proses sintesis demikian tidak dapat berlangsung tanpa adanya.  masukan energi. Secara langsung atau tidak langsung, ATP merupakan sumber energi bagi semua aktifitas anabolik di dalam sel. Metabolisme memerlukan keberadaan enzim agar prosesnya berjalan cepat. Hasil proses metabolisme berupa energi dan zat-zat lain yang diperlukan oleh tubuh

2.3  Metabolisme Karbohidrat

Karbohidrat tersusun atas untaian molekul glukosa. Karbohidrat merupakan sumber utama energi dan panas tubuh. Karbohidrat tersusun atas untaian (polimer) molekul glukosa. Karbohidrat merupakan sumber utama energi dan panas tubuh.  Karbohidrat sebagian besar dalam bentuk glukosa (sekitar 80%), lainnya dalam  bentuk fruktosa dan galaktosa. Fruktosa dan galaktosa setelah diserap akan  segera diubah menjadi glukosa, hanya sedikit yang tetap dalam bentuk fruktosa dan galaktosa.  

Glukosa dalam darah masuk lewat vena porta hepatica kemudian masuk ke sel hati. Selanjutnya glukosa diubah menjadi glikogen (glikogenesis). Sebaliknya, jika  tubuh kekurangan glukosa, maka glikogen akan segera diubah lagi menjadi glukosa (glikogenolisis). Hal ini dapat terjadi di hati karena hati memiliki kedua enzim yang berperan dalam katabolisme maupun anabolisme karbohidrat. Glukagon berperan merangsang proses glikogenolisis dan gluconeogenesis.Insulin berperan untuk meningkatkan sintesis glikogen. Makanan yang banyak  mengandung KH akan merangsang sekresi insulin dan mencegah sekresi glukagon. Insulin berfungsi mempermudah dan mempercepat masuknya glukosa ke dalam sel dengan meningkatkan afinitas molekul karier glukosa. Glukosa setelah berada di dalam sel, oleh insulin akan disimpan atau disintesis menjadi glikogen baik di hati, otot, atau jaringan lain.

Kadar glukosa darah disamping memacu pembebasan insulin oleh pankreas juga mempengaruhi glukostat yang terdapat pada basal hipotalamus yang merupakan pusat kenyang (satiety center). Pusat ini menghambat hipotalamus lateral yang merupakan pusat makan (feeding center). Pada kondisi kadar glukosa darah  rendah, pusat kenyang tidak lagi menghambat pusat makan sehingga memacu pusat tersebut dan timbul keinginan untuk makan (nafsu makan), pengambilan makanan, glukosa meningkat, kembali normal.

2.3.1        Metabolisme Lemak

Unsur lemak dalam makanan (dietary lipids) yang memiliki peranan penting dalam proses fisiologis adalah: trigliserida (TG), posfolipid (PL), dan kolesterol (Kol).

·         Trigliserida terusun atas asam lemak (free fatty acids, FFA) dan gliserol.

·         Kolesterol kebanyakan berasal dari kolesterol hewan, sedangkan kolesterol dari tumbuhan sukar diserap usus. Kolesterol dalam makanan (hewani) terutama berasal dari otak, kuning telur, hati, dan lemak hewan lainnya. Kolesterol makanan dalam wujud sebagai kolesterol ester.

Asam lemak setelah diserap oleh sel mukosa usus halus dengan cara difusi, kemudian di dalam sel mukosa asam lemak dan gliserol mengalami resintesis (bergabung lagi) menjadi trigliserida. Kolesterol juga mengalami reesterifikasi menjadi ester kolesterol. Trigliserida dan ester kolesterol bersatu diselubungi oleh protein menjadi kilomikron (chylomicron). Protein penyusun selubung kilomikron disebut apoprotein. Selubung protein berfungsi mencegah antarmolekul lemak bersatu dan membentuk bulatan besar yang dapat mengganggu sirkulasi darah. Kilomikron keluar dari sel mukosa usus secara eksositosis (kebalikan dari pinositosis) kemudian diangkut lewat sistem limfatik (ductus thoracicus →cysterna chili) dan selanjutnya masuk ke dalam sirkulasi darah (vena subclavia). Kadar kilomikron dalam plasma darah meningkat 2 - 4 jam setelah makan. Kilomikron di dalam pembuluh darah dihidrolisis oleh enzim lipase endotel menjadi menjadi asam lemak (FFA) dan gliserol. FFA dibebaskan dari kilomikron dan selanjutnya disimpan dalam jaringan lemak (adipose tissue) atau jaringan perifer. Kilomikron yang telah kehilangan asam lemak dengan demikian banyak mengandung kolesterol dan tetap berada di dalam sirkulasi disebut chylomicron remnant(sisa kilomikron) dan akhirnya menuju ke hati yang selanjutnya didegradasi di dalam lisosom. Sedangkan gliserol langsung diabsorpsi ke pembuluh darah porta hepatica

2.3.2   Metabolisme Protein

Protein tersusun atas sejumlah asam amino yang membentuk suatu untaian  (polimer) dengan ikatan peptida. Selain itu, protein juga memiliki gugus amina (NH2) dan gugus karboksil (-COOH). Berdasarkan banyaknya asam amino dapat dibedakan menjadi:

1. Peptida jika terdiri atas untaian pendek asam amino (2 - 10 asam amino).

2. Polipeptida jika terdiri atas 10 - 100 asam amino.

3. Protein jika terdiri atas untaian panjang lebih dari 100 asam amino.

Beberapa jenis protein antara lain:

1. Glikoprotein yaitu protein yang mengandung karbohidrat.

2. Lipoprotein yaitu protein yang mengandung lipid.

2.2.4 Keterkaitan Metabolisme Karbohidrat, Lemak, dan Protein

Proses metabolisme karbohidrat, protein dan lemak dalam sel tubuh manusia,  satu sama lain saling terkait. Ketiga proses metabolsime tersebut akan melewati senyawa asetil CO-A, sebagai senyawa antara untuk memasuki siklus Krebs. Begitu pula apabila terjadi kelebihan sintesis glukosa, maka dalam tubuh akan diubah menjadi senyawa lemak sebagai cadangan energi.

2.4  Definisi Asam Nukleat

Pada tahun 1869 Friedrick Miescher, seorang muda bangsa Swis yang belajar pada Hoppe-Seyler yang terkemuka di Jerman, mengisolasi inti dari sel dara putih dan menemukan bahwa inti mengandung suatu zat kaya fosfat yang sampai sekarang ini tidak diketahui yang dinamakannya nuklein. Ketika nuklein ditetapkan bersifat asam, namanya diganti menjadi asam nukleat. Riset mengenai biomolekul ini pada dekade pertama dari abad ini menemukan bahwa asam nukleat, seperti protein, merupakan polimer. Unit monomeric dari suatu asam nukleat disebut nukleotida, jadi asam nukleat juga disebut sebagai polinukleotida.

Suatu nukleotida dapat dihidrolisis menjadi suatu basa nitrogenosa, suatu gula lima karbon, dan asam fostorik. Disamping itu, terdapat dua jenis asam nukleat: asam ribonukleat (RNA) dan asam deoksiribonukleat (DNA). Secara kimiawi, RNA berbeda dengan DNA dimana RNA memiliki ribose sebagai penitosanya dan DNA memilki 2-deoksiribosa. RNA juga memiliki basa nilrogenosa urasil, sementara DNA memiliki timin, suatu derivate urasil yang dimetilasi. Penelitian berlanjut mengenai asam nukleat menemukan bahkan unit nukleotida ini terkait satu sama lain melalui ikatan fosfodiester membentuk struktur makromolekular, yang dalam kasus DNA, dapat mempunyai berat molekul milyaran. Kedua jenis asam nukleat ditemukan pada semua tumbuh-tumbuhan dan hewan. Virus juga mengandung asam nukleat namun, tidak seperti tumbuh-tumbuhan atau hewan, suatu virus memiliki RNA ataupun DNA, tetapi tidak keduanya.

Walaupun kimiawi dari asam nukleat diteliti secara serius setelah penemuannya, 75 tahun berlalu sebelum makna biologi dari makro- molekul ini disadari. Sran yang diajukan oleh Avery dan rekan pada tahun 1994, bahwa DNA adalah bahan genetika, merupakan peranan biologi spesifik pertama yang diajukan untuk asam nukleat.

2.4.1        Tingkatan Struktur Asam Nukleat

Asam nukleat dapat dilihat dengan cara yang sama seperti identifikasi struktur primer, sekunder, tersier dan kuartener protein. 

Struktur primer asam nukleat adalah urutan basa di urutan polinukleotida, dan struktur sekunder adalah konformasi tiga dimensi rantai induk. Struktur tersier adalah spesifikasisupercoiling dari molekul.

Ada dua jenis utama asam nukleat, DNA (asam deoksiribonukleat) dan RNA (asam ribonukleat). Perbedaan penting antara DNA dan RNA muncul dalam struktur sekunder dan tersier, dan sebagainya kita akan menggambarkan fitur struktural terpisah untuk DNA dan RNA. Meskipun tidak ada dalam struktur asam nukleat langsung analog dengan struktur kuartener protein, interaksi asam nukleat dengan makromolekul kelas lain (misalnya protein) untuk bentuk kompleks mirip dengan interaksi dari subunit dalam oligomer protein. Satu contoh terkenal adalah asosiasi dari RNA dan protein dalamribosom (mesin polipeptida yang menghasilkan sel); lainnya adalah self-assembly (perakitan-diri) dari virus mosaik tembakau, di mana angin untai asam nukleat melalui mantel silinder subunit protein.

Ringkasan
■ Dua jenis utama dari asam nukleat DNA dan RNA.

■ Struktur primer asam nukleat adalah urutan basa. Sekunder struktur adalah konformasi tiga dimensi dari rantai induk. Struktur tersier adalah supercoiling molekul.
2.3.1 Struktur kovalen dari polynucleotides

Polimer selalu dapat dipecah menjadi unit yang lebih kecil dan lebih kecil sampai yang tersisa dengan unit terkecil dari polimer, yang disebut monomer. Monomer asam nukleat adalah nukleotida. Sebuah nukleotida individu terdiridari tiga bagian-basa nitrogen, gula, dan asam fosfat residu-semua dari ikatan kovalen bersama. Urutan basa dalam asam nukleat DNA mengandung informasi yang diperlukan untuk menghasilkan urutan asam amino pada protein sel yang benar.

Basa asam nukleat (juga disebut nukleobasa) terdiri dari dua jenis pirimidin dan purin (Gambar. 1). Dalam hal ini, dasar kata tidak merujuk pada suatu senyawa basa, seperti NaOH, melainkan mengacu pada satu –dua cincin ataunitrogen aromatik majemuk. Tiga basa pirimidin (senyawa cincin tunggal aromatik)-sitosin, timin, dan urasil. Sitosin ditemukan baik dalam RNA dan dalam DNA. Urasil terjadi hanya pada RNA. Pada DNA, timin adalahmenggantikan urasil; timin juga ditemukan pada sebagian kecil dalam beberapa bentuk RNA.  

Dasar purin umum (senyawa cincin ganda aromatik) adalah adenin dan guanin, yang keduanya ditemukan dalam RNA dan dalam DNA (Gambar. 1). Selain lima basa sering terjadi, ada basa yang “tidak biasa”, dengan struktur yang sedikit berbeda,yang ditemukan terutama, tetapi tidak eksklusif, di RNA transfer  (Gambar. 2).

Dalam baynak kasus, basa adalah dimodifikasi oleh metilasi.

Gambar. 1. Struktur umum nukleobasa. Struktur dan pirimidin purin ditampilkan untuk perbandingan.

Gambar. 2 Struktur dari beberapa nukleobasa kurang umum.  Ketika hipoksantin  terikat pada gula, senyawa yang sesuai adalah disebut inosin.

Nukleosida adalah senyawa yang terdiri dari basa dan gula kovalen dihubungkan bersama. Ini berbeda dari nukleotida oleh kurang gugus fosfat di strukturnya. Dalam sebuah nukleosida, basa membentuk hubungan glikosidik dengan gula. Ketika gula adalah β-D-deoksiriboa, senyawa yang dihasilkan adalah sebuah deoxyribonucleoside (Gambar.3). Keterkaitan glikosidik adalah dari karbon C-1 ‘dari gula dengan nitrogen N-1 dari pirimidin atau ke nitrogen N-9 purin. Cincin atom asa dan atom karbon dari gula nomor keduanya, dengan jumlah atom gula prima untuk menegah kebingungan. Perhatikan bahwa gula terhubung dengan nitrogen dalam kedua kasus (ikatan N-glikosidik)

Gambar. 3 Perbandingan struktur dari ribonucleoside dan deoxyribonucleoside. (nukleosida tidak memiliki gugus fosfat dalam strukturnya.)

Ketika asam fosfat mengalami esterifikasi ke salah satu gugus hidroksil dari gula sebagian nukleosida, sebuah nukleotida terbentuk (Gambar. 4). Sebuah nukleotida adalah nama untuk nukleosida induk, dengan ditambahkan akhiran-monofosfat; posisi ester fosfat ditentukan dengan jumlah atom karbon pada gugus hidroksil yang sangat esterifikasi-misalnya, adenosin 3’-monofosfat atau deoxycytidine 5’-monophosphate.

Gambar. 4. Struktur dan nama nukleotida yang sering terjadi. Setiap nukleotida memiliki gugus fosfat dalam strukturnya. Semua struktur ditampilkan dalam bentuk yang ada pada pH 7.

5 Nukleotida  ‘yang paling sering ditemui di alam. Jika penambahan gugus fosfat membentuk hubungan anhidrida dengan fosfat pertama, yang sesuai nukleosida terbentuk difosfat dan trifosfat. Senyawa ini juga nukleotida. Polimerisasi nukleotida menimbulkan asam nukleat.

Keterkaitan antara monomer asam nukleat melibatkan pembentukan dua ikatan ester fosfat oleh asam. Gugus hidroksil yang asam fosfat teresterifikasi adalah merekaterikat pada 3 ‘dan 5’ karbon residu yang berdekatan. Yang dihasilkan diulang ikatan adalah ikatan 3, ‘5 ‘-fosfodiester.  Nukleotida residu asam nukleat
diberi nomor 5’ dari ujung, yang biasanya membawa gugus fosfat, untuk ujung 3’, yang biasanya memiliki gugus hidroksil bebas. Gambar. 5 menunjukkan struktur dari sebuah fragmen dari sebuah rantai RNA.

Pada gula- rantai induk fosfat berulang di sepanjang rantai. Fitur yang paling penting dari struktur asam nukleat adalah identitas dasar.Bentuk ringkas struktur dapat ditulis untuk menyampaikan informasi penting ini. Dalam salah satu sistem notasi, huruf tunggal, seperti A, G, C, U, dan T, mewakili individu basa. Garis vertikal menunjukkan posisi dari gugus gula yang individu basa yang melekat, dan garis diagonal melalui huruf P merupakan sebuah ikatan fosfodiester (Gambar. 5).

Namun, sistem yang lebih umum dari notasi hanya menggunakan huruf tunggal untuk menunjukkan urutan basa. Bila diperlukan untuk
menunjukkan posisi pada gula dimana gugus fosfat yang terikat, huruf p ditulis di sebelah kiri kode huruf tunggal untuk basa mewakili 5’ nukleotida dan ke kanan yang mewakili 3’ nukleotida. Sebagai contoh, pA menandakan 5’-adenosin monofosfat (5’-AMP), dan Ap menandakan 3’-AMP. Urutan oligonukleotida yang dapat direpresentasikan sebagai pGpApCpApU atau, bahkan lebih sederhana, sebagai GACAU, dengan dipahami fosfat.

Gambar. 5 Sebuah fragmen rantai RNA.

Bagian dari rantai DNA berbeda dari rantai RNA baru saja dijelaskan hanya pada kenyataan bahwa gula adalah 2’-deoksiribosa bukan ribosa (Gambar. 6). Di disingkat notasi, deoxyribonucleotide ini ditentukan dengan cara biasa.Kadang-kadang huruf d ditambahkan untuk menunjukkan residu deoxyribonucleotide; misalnya, dG digantikan dengan G, dan analog deoksi dari ribooligonucleotide yang pada paragraf sebelumnya akan d (GACAT). Namun, mengingat bahwa urutan harus mengacu pada DNA karena adanya timin, yang urutan GACAT tidak ambigu dan juga akan menjadi singkatan yang cocok.

Gambar. 6. Bagian dari rantai DNA.

Ringkasan

a)      Dua jenis yang mengandung nitrogen nukleobasa, pirimidin dan purin, bergabung ke gula untuk membentuk nukleosida.

b)      gula di DNA adalah deoksiribosa dan ribosa di RNA.

c)      Penambahan gugus fosfat dengan nukleotida menimbulkan nukleotida, yang merupakan monomer asam nukleat.

d)     Ketika nukleotida yang bergabung melalui ikatan fosfodiester, mereka membentuk rantai induk gula fosfat, sehingga menimbulkan DNA dan RNA.

e)      Urutan basa adalah fitur yang sangat penting dari struktur utama asam nukleat, karena urutan adalah informasi genetik yang akhirnya mengarah ke urutan RNA dan protein.

2.4 Fungsi Asam Nukleat

• Menyimpan dan mentransfer informasi genetik.
• Menggunakan informasi genetik untuk mengarahkan sintesis protein baru.
• Informasi genetik yang ditransmisikan dari DNA untuk pembentukan protein dalam sel.
• RNA juga mengarahkan produksi protein baru dengan mengirimkan informasi genetik pada struktur protein.
• Asam deoksiribonukleat adalah tempat penyimpanan untuk informasi genetik dalam sel.
• DNA mengontrol sintesis RNA di dalam sel.
• Fungsi dari urutan basa nitrogen dalam tulang punggung DNA menentukan protein yang disintesis.
• Fungsi dari heliks ganda DNA adalah bahwa tidak ada gangguan terjadi pada informasi genetik jika hilang atau rusak.
• RNA mengarahkan sintesis protein.
• m-RNA mengambil pesan genetik dari RNA.
• transfer t-RNA mengaktifkan asam amino, ke tempat sintesis protein.
• r-RNA sebagian besar hadir dalam ribosom, dan bertanggung jawab atas stabilitas m-RNA.

2.5  Peran Enzim Dalam Replikasi RNA dan DNA

 Replikasi DNA merupakan proses enzimatis. Enzim-enzim yang berperan (fungsi, sifat, dan cara kerja) pada replikasi DNA antara lain enzim DNA polimerase, DNA ligase, DNA gyrase, dan Helicase. Ada 3 macam enzim polimerase DNA yaitu polimerase DNA I, II, dan III.

1. Enzim polimerase DNA I

- DNA polimerase I berperan menghilangkan RNA primer yang melekat pada lagging strand DNA dan mengganti dgn DNA

- Merupakan rantai tunggal polipeptida dengan BM 109 kdal

- Mengkatalisir penempelan unit deoxyribonucleotida baru ke rantai DNA pemula (primer strand)

- Kecepatan mengkatalisir 10 nukleotida diambahkan tiap detik setiap 1 mol polimerase DNA I

- Mempunyai aktivitas 3’-5’ exonuclease yaitu mengecek hasil polimerisasi sebelum dilanjutkan

- Mempunyai aktivitas 5’-3’ exonuclease

2.5.1 Perbedaan 3’-5’ exonuclease dan 5’-3’ exonucelase

·         3’-5’ exonuclease

- Proof reading action

- Berfungsi menghidrolisa DNA jika terjadi kesalahan

(memotong nukleotida yang bukan pasangan nukleotidanya) dari ujung 3’-OH

- Nukleotida yang diambil harus mempunyai gugus 3’-OH bebas dan bukan bagian double helix

·         5’-3’ exonuclease

- Membetulkan kesalahan dengan menghidrolisa DNA dari ujung rantai 5’- fosfat

- Pemotongan ikatan terjadi pada ikatan fosfodiester ujung 5’ atau beberapa residu dari ujung 5’

- Pemotongan ikatan harus sudah di dalam rantai double helix

- Kesalahan yang dibetulkan baik salah karena basa tidak sesuai dengan pasangannya maupun kesalahan yang lain, misal terjadinya ”thymine dimer”.

2. Enzim polimerase DNA II

Fungsi spesifik enzim polimerase DNA II belum dapat jelas, hanya diketahui enzim ini berperan juga pada replikasi DNA. Kecepatan mengkatalisis sebanyak 0,5 nukleotida ditambahkan tiap detik, serta mempunyai aktivitas 3’-5’ exonuclease.

3. Enzim Polimerase DNA III

Merupakan polimerase yang bertanggungjawab Pada replikasI invivo. Merupakan Holoenzim kompleks denGan BM 550.000 yang terdiri atas 7 polipeptida yang berbeda, α membawa aktivitas 5’-3’ exonclease sedangkan lainnya memBawa aktivitas 3’-5’ exonulease. Satu atau lebih polipeptida yang lain mengikat molekul ATP. Sedangkan sisanya belum diketahui fungsinya. Mungkin dua kompleks holoenzim dibutuhkan dalam replication fork, kecepatan mengakataliisis 150 nukleotida ditambakan setiap detik. Enzim polimerase DNA III ini mengandung ion Zn²⁺ dan mebutuhkan ion Mg²⁺ untuk bekerjanya.

4. DNA ligase

Enzim polimerase DNA dapat menambahkan deoksiribonukleotida ke rantai pemula, tetapi tidak dapat mengkatalisis penggabungan 2 rantai DNA. Pada tahun 1967 ditemukan adanya enzim yag mengkatalisis pembentukan ikatan fosfodiester antara 2 rantai.

 Enzim ini disebut enzim ligase, yang mempunyai ciri:

a.       Berupa rantai polipeptida tunggal BM 77000

b.      Memerlukan gugus OH pada ujung 3’ bebas dan gugus fosfat pada ujung 5’ rantai yang lain, pembentukan ikatan fosfodiester ini berupa reaksi endergoni (butuh tenaga)

c.       Menyambung 2 mol rantai DNA yang merupakan bagian dari DNA double helix (tidak dapat menyambung 2 mol rantai tunggal)

Fungsi enzim ligase sebagai berikut:

        i.            Memperbaiki rantai yang putus pada DNA dupleks

      ii.            Menyambung ujng DNA dupleks untuk menghasilkan DNA sirkuler

    iii.            Menyambung sintesa DNA pada proses rekombinasi

    iv.            Bekerja sama dengan polimerase DNA pada replikasi DNA

5. Enzim girase DNA (”DNA Gyrase”)

a.       Termasuk topoisomerase tipe II

b.      Berfungsi membuka supercoiled sebelum replikasi berlangsung

c.       Mengubah bentuk relax menjadi supercoiled dengan membutuhkan ATP

6. Enzim helicase

Enzim yang membuka putaran segmen DNA tepat di bagian depan garpu replikasi, disebut enzim helicase. Enzim ini mengikat ATP dan mengikat rantai tunggal DNA. Ada dua macam enzim helicase, satu mengikat pada templatenya lagging strand dan bergerak dengan arah 5’-3’, yang satunya lagi mengikat pada rantai template leading strand dan bergerak dengan arah 3’-5’.

7. Single Strand Binding Protein (SSBP)

Secepatnya setelah rantai terbuka beberapa mol protein tertentu mengikatkan diri sangat erat untuk menjaga jangan sampai rantai berdekatan lagi. Enzim ini disebut Helix-destabilizing protein (single strand DNA binding protein (SSBP). SSBP pada E.coli merupakan polipeptida yang terdiri atas 177 asam amino. Rantai yang telah terikat oleh SSBP menjadi kaku dan lurus, tidak ada lekukan/bengkokan.

8. Enzim primase

DNA beraktivitas dengan arah 5’-3’ (hanya terdiri atas 10 nukleotida). Kemudian pada ujung 3’ ditambahkan dioksiribonukleosida trifosfat (oleh enzim polimerase DNA III) satu demi satu sehinga lengkap 1000-2000 nukleotid. Nukleotida pada RNA pemula/RNA primer dihilangkan/diputus satu demi satu oleh aktivitas 5’-3’ exonuclease.

2.6     Dasar-Dasar Mutasi Genetik Dan Kanker

1.      Mutasi titik

Mutasi titik merupakan perubahan pada basa N dari DNA atau RNA. Mutasi titik relatif sering terjadi namun efeknya dapat dikurangi oleh mekanisme pemulihan gen. Mutasi titik dapat berakibat berubahnya urutan asam amino pada protein, dan dapat mengakibatkan berkurangnya, berubahnya atau hilangnya fungsi enzim. Teknologi saat ini menggunakan mutasi titik sebagai marker (disebut SNP) untuk mengkaji perubahan yang terjadi pada gen dan dikaitkan dengan perubahan fenotipe yang terjadi.

2.      Aberasi

Mutasi kromosom,sering juga disebut dengan mutasi besar/gross mutation atau aberasi kromosom adalah perubahan jumlah kromosom dan susunan atau urutan gen dalam kromosom. Mutasi kromosom sering terjadi karena kesalahan meiosis dan sedikit dalam mitosis.

a)      Aneuploidi adalah perubahan jumlah n-nya. Aneuploidi dibagi menjadi 2, yaitu:  Allopoliploidi, yaitu n-nya mengganda sendiri karena kesalahan meiosis dan Autopoliploidi, yaitu perkawinan atau hibrid antara spesies yang berbeda jumlah set kromosomnya.

b)       Aneusomi adalah perubahan jumlah kromosom. Penyebabnya adalah anafase lag (peristiwa tidak melekatnya benang-benang spindel ke sentromer) dan non disjunction (gagal berpisah).

c)       Delesi adalah hilangnya bagian kromosom setelah kromosom tersebut pecah.

d)     Inversi adalah pembentukan kromosom berupa penyusunan ulang kromosom lainnya, dapat terjadi setelah sentromer putus atau membelah abnormal.

e)      Translokasi adalah transfer segmen pecahan dari suatu kromosom ke kromosom lain.

2.6.1 Sifat Sel Kanker

Pada sel kanker terjadi bermacam-macam perubahan, seperti bentuknya yang polimorf, warnanya lebih gelap, inti sel yang relatif besar, susunan sel yang tidak rata. Sifat dari sel kanker ini tidak homogen tetapi heterogen meskipun semua sel berasal dari satu sel yang sama. Heterogenitas ini terjadi karena sel-sel kanker tumbuh dengan cepat, sehingga sel yang belum dewasa terus mengalami mitosis. Akibatnya makin lama makin banyak keturunan sel yang makin jauh menyimpang dari sel asalnya, yang menimbulkan berbagai macam bentuk dan dapat mengganggu fungsi organ yang ditumbuhinya. Sel-sel tumor itu mampu mendesak sel-sel normal sekitarnya. Sel-sel kanker juga dapat bergerak sendiri seperti amoeba dan lepas dari sel induknya, hal ini dapat menimbulkan infiltrasi ke jaringan atau organ di sekitarnya. Sel-sel kanker akan tumbuh di jaringan sekitarnya, menimbulkan perlekatan-perlekatan, satellite nodule, dan lainnya.

2.6.2        Pertumbuhan Kanker

Sel kanker timbul dari sel normal yang mengalami transformasi menjadi sel ganas karena adanya mutasi atau induksi karsinogen. Dari mulainya kontak dengan karsinogen sampai terjadinya sel kanker memerlukan waktu induksi yang cukup lama. Diperkirakan waktu induksi dapat sampai 15-30 tahun.

Pertumbuhan kanker dibedakan menjadi 2 fase yaitu :

1.      Kanker in situ atau kanker non invasif

Pada fase ini mulai timbul sel kanker yang pertumbuhannya masih terbatas pada jaringan tempat asalnya tumbuh, yaitu epitel, dalam duktus, atau dalam lobulus dan belum menembus membran basal.

2.      Kanker invasif atau kanker infiltratif

Pada fase ini sel kanker telah menembus membran basal, masuk ke jaringan atau organ sekitarnya yang berdekatan. Pada fase invasif ini dibedakan lagi 2 fase, yaitu :

a.       Fase pertumbuhan lokal; sel-sel kanker masih terbatas letaknya pada organ atau bagian tempat asal kanker.

b.      Fase penyebaran kanker; pada fase ini sel kanker menyebar ke organ lain, yaitu kelenjar limfe regional dan atau ke organ-organ jauh.

Faktor yang mempengaruhi kecepatan pertumbuhan kanker ada 2 faktor yaitu:

1.      Faktor penderita

a.    umur; kanker yang tumbuh pada anak-anak umumnya akan tumbuh dengan cepat

b.    jenis kelamin; beberapa jenis pertumbuhan kanker dipengaruhi oleh hormone

c.      penyakit

2.      Faktor tumor

a)      jenis tumor; tergantung dari tempat tumor itu pertama kali tumbuh

b)      asal tumor; masing-masing jaringan tempat kanker itu berasal memiliki kecepatan tumbuh yang berbeda

c)      sifat tumor

d)     derajat keganasan.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

·         Metabolisme berperan mengubah zat-zat makanan seperti: glukosa, asam amino, dan asam lemak menjadi senyawa-senyawa yang diperlukan untuk proses  kehidupan seperti: sumber energi (ATP). Energi antara lain berguna untuk aktivitas  otot, sekresi kelenjar, memelihara membran potensial sel saraf dan sel otot,  sintesis substansi sel. Zat-zat lain yang berasal dari protein berguna untuk  pertumbuhan dan reparasi jaringan tubuh..

·         Ada dua jenis utama asam nukleat, DNA (asam deoksiribonukleat) dan RNA (asam ribonukleat). Perbedaan penting antara DNA dan RNA muncul dalam struktur sekunder dan tersier, dan sebagainya kita akan menggambarkan fitur struktural terpisah untuk DNA dan RNA. Meskipun tidak ada dalam struktur asam nukleat langsung analog dengan struktur kuartener protein, interaksi asam nukleat dengan makromolekul kelas lain (misalnya protein) untuk bentuk kompleks mirip dengan interaksi dari subunit dalam oligomer protein.

·         Pada sel kanker terjadi bermacam-macam perubahan, seperti bentuknya yang polimorf, warnanya lebih gelap, inti sel yang relatif besar, susunan sel yang tidak rata. Sifat dari sel kanker ini tidak homogen tetapi heterogen meskipun semua sel berasal dari satu sel yang sama. Heterogenitas ini terjadi karena sel-sel kanker tumbuh dengan cepat, sehingga sel yang belum dewasa terus mengalami mitosis.

3.2 Saran

Kami mengharapkan agar pembaca dapat membaca makalah ini sehingga dapat menambah wawasan serta lebih memahami materi tentang proses metabolisme, struktur dan fungsi asam nukleat, serta dasar mutasi genetik dan kanker.

DAFTAR PUSTAKA

Irwan Ary Dharmawan ,2009. Metabolisme Tubuh pdf. Fakultas Keperawatan        Universitas Padjadjaran. diakses pada tanggal 21 Agustus 2017

Baret, J.M., Peter Abramoff, Kumaran, A.K., and Millington, W.F. 1986. Biology.

New Jersey, Prentice Hall. diakses pada tanggal 21 Agustus 2017

Anonim, http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/tmp/Bb6-Metabolisme.pdf. diakses pada tanggal 21 Agustus 2017

Anonim, http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/biokimia/bab%2012.pdf,         diakses pada tanggal 21 Agustus 2017

Aung Sumbono, 2012. BIOKIMIA PANGAN. Sorong, STKIP Muhammadiyah.     diakses tanggal 21 Agustus 2017

Stansfield, dkk (2003), Biologi Molekuler dan Sel. Jakarta : Erlangga. Diakses        pada tanggal 21 Agustus 2017