Struktur dan fungsi Nukleotida

Nukleotida adalah senyawa yang membawa banyak energi dan membantu proses metabolisme, terutama biosintesis, di sebagian besar sel. Mereka juga bertindak sebagai sinyal kimiawi, sehingga merespons hormon dan rangsangan ekstraseluler lainnya. Selain itu, mereka juga merupakan komponen struktural dari kofaktor enzimatik, zat antara metabolik dan asam nukleat.

Asam nukleat adalah senyawa organik, yang memiliki nama ini karena asalnya di inti sel. Mereka semua dibentuk oleh polimerisasi nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari ose (yang dapat berupa ribosa atau deoksiribosa, tetapi selalu pentosa), basa nitrogen, dan radikal fosfat (HPO4) dari asam fosfat.

Dalam molekul asam nukleat, ratusan dan terkadang ribuan nukleotida dirangkai, menciptakan untai tunggal atau ganda yang panjang. Biasanya, molekul yang memiliki untai tunggal adalah molekul dari kelompok asam ribonukleat, semuanya diwakili oleh akronim RNA, sedangkan yang memiliki untai ganda, yaitu rantai polinukleotida ganda, termasuk dalam kelompok asam deoksiribonukleat, yang dikenal dengan akronim DNA.

Nukleotida DNA selalu memiliki, akhiran -osa, deoksiribosa. Dalam molekul RNA, semua nukleotida memiliki ribosa.

Basa nitrogen berasal dari purin dan pirimidin. Dengan cara ini, basa purin dan basa pirimidin dibedakan, juga disebut basa purik dan pirimidin.

Basa purin adalah adenin dan guanin, umum pada molekul DNA dan RNA. Basa pirimidin, bagaimanapun, tidak sama dalam nukleotida DNA dan RNA. Dalam nukleotida DNA, kita menemukan sitosin dan timin, sebagai basa pirimidin, sedangkan pada nukleotida RNA, sitosin dan urasil adalah umum.

Dalam DNA dan RNA, molekulnya panjang, menggambarkan jalur heliks. DNA ditemukan di inti sel, menyusun kromosom, bersama dengan protein. Lebih tepatnya, mereka bertanggung jawab untuk membentuk gen. RNA, di sisi lain, berpartisipasi terutama dalam proses sintesis protein.

Pengertian

Nukleotida adalah blok bangunan DNA dan RNA. Dalam pelajaran ini Anda akan belajar tentang berbagai jenis nukleotida, struktur mereka dan bagaimana perubahan dalam nukleotida tunggal dapat mempengaruhi kelangsungan hidup organisme.

DNA manusia terdiri dari unit yang disebut nukleotida, yang berbaris berpasangan. Ada sekitar 3 miliar pasang nukleotida ini, juga disebut pasangan basa. Ini berarti setiap sperma dan telur mengandung sekitar 6 miliar nukleotida individu dalam inti mereka (diatur dalam molekul DNA kompak untuk membuatnya lebih mudah untuk menyimpan dan memindahkan mereka di sekitar).

Jadi apa yang nukleotida untuk, tepatnya? Mereka bertindak sebagai bahasa khusus, yang digunakan untuk ‘menulis resep’ untuk bahan kimia tubuh Anda membuatnya, khususnya protein. Sebagian ruas nukleotida disebut junk DNA karena mereka tidak mengkode (mengandung resep) untuk apa pun. Sebuah fraksi kecil, namun, sangat penting untuk kelangsungan hidup Anda dan membuat Anda siapa Anda. Ini 2% dari nukleotida kode untuk setiap protein tubuh Anda membuat dan berada di terbentang gen yang disebut DNA. Setiap kode gen untuk rantai asam amino yang menghasilkan protein spesifik.

Untuk memberikan gambaran betapa pentingnya nukleotida, kita akan melihat apa yang terjadi ketika ada masalah dengan nukleotida dalam telur atau sperma dan kesalahan ini diteruskan kepada keturunannya.

Mutasi (perubahan DNA sel) yang melibatkan nukleotida tunggal mungkin tampak sepele mengingat bahwa ada begitu banyak nukleotida dalam genom manusia, tetapi ketika mereka terjadi pada gen-gen tertentu mereka dapat menyebabkan penyakit yang mengancam kehidupan. Untuk lebih memahami mekanisme ini, mari kita lihat beberapa dasar nukleotida pertama.

Struktur nukleotida

Nukleotida adalah monomer (blok bangunan) dari asam nukleat dan terdiri dari gula 5-karbon, gugus fosfat dan basa nitrogen. Perhatikan pada diagram di bawah ini bahwa gula dan basa bersama-sama membuat sebuah nukleosida. Menambahkan gugus fosfat membuatnya molekul menjadi nukleotida.

Nukleotida diberi nama sesuai dengan nitrogen basa yang dikandungnya dan gula yang melekat padanya (Misalnya deoksiribosa nukleotida DNA dalam dan ribosa pada RNA). Sebagai contoh, nukleotida digambarkan di sini memiliki guanosin untuk basa nitrogen dan deoksiribosa untuk gula, yang memberitahu kita itu adalah nukleotida DNA.
Ada 8 nukleotida yang berbeda secara total ditemukan dalam DNA dan RNA:

  • RNA: Adenosin, guanosin, sitidin, uridin
  • DNA: deoksiadenosin, deoksiguanosin, deoksitidin, deoksitimidin

Untuk tetap sederhana, nukleotida biasanya hanya disebut sebagai A, T, G, C dan U berdasarkan basa nitrogen mereka. Perhatikan bahwa T (timidin) hanya ditemukan di DNA dan U (uridin) hanya ditemukan di RNA, sementara yang lain yang ditemukan dalam kedua.

Ada nukleotida penting lainnya, seperti yang terlibat dalam metabolisme (misalnya ATP) dan sel sinyal (misalnya GTP) tetapi dalam pelajaran ini kita akan berada berfokus pada nukleotida DNA dan RNA.
Ikatan nukleotida

Untuk membuat rantai polimer (multi-unit) yang menimbulkan RNA dan DNA, nukleotida bergabung satu sama lain melalui tulang punggung gula-fosfat, dibuat ketika fosfat dari satu nukleotida menempel pada gula yang di atas. Hal ini dimungkinkan melalui ikatan kovalen yang kuat disebut ikatan fosfodiester.

Karena DNA adalah molekul untai ganda, dua dari rantai polimer tersebut perlu melampirkan berlawanan satu sama lain seperti tangga. Ini ‘anak-anak tangga’ yang terdiri dari pasang nukleotida yang menghubungkan dua sisi tangga melalui ikatan hidrogen. Watson dan Crick (para ilmuwan yang menemukan bentuk 3D dari DNA pada tahun 1953), menetapkan bahwa nukleotida ‘A’ selalu bergabung dengan ‘T’ nukleotida dan ‘G selalu bergabung dengan’ C. Ini disebut pasangan basa komplementer.

Mutasi yang Melibatkan Nukleotida

Meskipun ada miliaran nukleotida dalam genom manusia, perubahan di salah satu nukleotida ini dapat menyebabkan penyakit yang menghancurkan seperti kanker, fibrosis kistik (gangguan mematikan yang melibatkan produksi lendir tebal di paru-paru dan sistem pencernaan yang mengarah ke infeksi) atau Tay Sachs (penyakit sistem saraf yang menyebabkan kematian pada usia 5). Perubahan ini dengan kode genetik yang melibatkan pasangan basa tunggal disebut mutasi titik. Efek yang mereka miliki pada individu yang mewarisi mutasi tergantung pada di mana pada genom mereka terjadi dan apakah nukleotida yang diganti, dihapus atau dimasukkan.

Dalam beberapa kasus, mutasi titik tidak membuat perbedaan dalam bagaimana kode genetik dibaca, dan menghasilkan protein yang sama, sementara dalam kasus lain mereka dapat menghasilkan protein yang berbeda yang diproduksi atau tidak ada protein sama sekali. Mari kita mengambil anemia sel sabit sebagai contoh. Anemia sel sabit adalah gangguan darah di mana sel-sel darah merah mengambil bentuk sabit bukan karakteristik mereka bentuk ‘donat tanpa-sebuah-lubang’ (lihat gambar di bawah). Sel-sel darah sabit tidak dapat membawa oksigen sebanyak sel darah merah secara teratur ke seluruh tubuh dan juga saling menempel di dalam pembuluh darah menyebabkan rasa sakit besar dan masalah peredaran darah bagi pasien.

anemia sel sabitAnemia sel sabit disebabkan oleh mutasi titik pada gen hemoglobin. Gen ini terdiri dari 576 pasangan basa. Jika mutasi terjadi pada salah satu nukleotida ini dan asam amino ke-6 dalam rantai akan diganti untuk valin, protein yang dihasilkan adalah bentuk abnormal hemoglobin (HbS) yang menyebabkan bentuk sabit.
Pengamatan lebih dekat mengungkapkan bahwa asam glutamat ini dalam hemoglobin normal dikodekan oleh basis GAG. Ini adalah ketika nukleotida adenosin tengah (A) diganti untuk timidin (T) yang HbS terbentuk sebagai produk akhir, maka kesalahan dalam satu nukleotida mengarah ke penyakit yang menyakitkan dan mengancam jiwa.

Mutasi nukleotida terjadi secara acak di setiap organisme, tetapi lebih cepat organisme yang mereproduksi, semakin sering mereka terjadi, yang membuat bakteri dan virus sangat rentan terhadap jenis mutasi. Hal ini karena ini ‘kesalahan’ selama replikasi RNA virus influenza, misalnya, bahwa kita harus mengembangkan vaksin baru melawan flu setiap tahun.

Fungsi

Selain perannya sebagai subunit asam nukleat, nukleotida memiliki berbagai fungsi lain di setiap sel: sebagai pembawa energi, komponen kofaktor enzim, dan pembawa pesan kimiawi.

1. Nukleotida Membawa Energi Kimia dalam Sel

Nukleotida mungkin memiliki satu, dua, atau tiga gugus fosfat yang terikat secara kovalen pada 5 ‘hidroksil ribosa. Ini disebut sebagai nukleosida mono-, di-, dan trifosfat, masing-masing. Berawal dari ribosa, ketiga fosfat tersebut umumnya diberi label α, β, dan γ. Nukleosida trifosfat digunakan sebagai sumber energi kimia untuk menggerakkan berbagai macam reaksi biokimia. ATP sejauh ini paling banyak digunakan, tetapi UTP, GTP, dan CTP digunakan dalam reaksi tertentu. Nukleosida trifosfat juga berfungsi sebagai prekursor aktif sintesis DNA dan RNA.

Hidrolisis ATP dan nukleosida trifosfat lainnya adalah reaksi yang menghasilkan energi karena sifat kimiawi struktur trifosfat. Ikatan antara ribosa dan αfosfat adalah ikatan ester. Hubungan α-β dan β-γ adalah anhidrida asam fosfat. Hidrolisis dari ikatan ester menghasilkan sekitar 14 kJ / mol, sedangkan hidrolisis dari masing-masing ikatan anhidrida menghasilkan sekitar 30 kJ / mol. Dalam biosintesis, hidrolisis ATP sering kali mendorong reaksi metabolik yang kurang disukai (yaitu reaksi dengan ΔG0 ‘> 0). Ketika digabungkan dengan reaksi dengan perubahan energi bebas positif, hidrolisis ATP menggeser kesetimbangan dari keseluruhan proses untuk mendukung pembentukan produk.

2. Nukleotida Adalah Komponen Banyak Kofaktor Enzim

Berbagai macam kofaktor enzim yang melayani berbagai fungsi kimiawi termasuk adenosin sebagai bagian dari strukturnya. Mereka tidak berhubungan secara struktural kecuali adanya adenosin. Tidak satu pun dari kofaktor ini yang membuat bagian adenosin berpartisipasi secara langsung dalam fungsi utama, tetapi penghilangan adenosin dari struktur ini umumnya menghasilkan pengurangan aktivitas secara drastis. Misalnya, penghilangan nukleotida adenosin (3′-P-ADP; lihat Gambar 12-41) dari asetoasetil-KoA mengurangi reaktivitasnya sebagai substrat untuk transferase β-ketoasilCoA (enzim metabolisme lipid) dengan faktor 106 Meskipun alasan untuk kebutuhan adenosin ini belum diperiksa secara rinci, hal ini harus melibatkan energi pengikatan antara enzim dan substrat (atau kofaktor) yang digunakan baik dalam katalisis dan untuk menstabilkan kompleks ES awal.

Dalam kasus CoA transferase, nukleotida tampaknya menjadi “pegangan” pengikat yang membantu menarik substrat ke situs aktif. Peran serupa dapat ditemukan untuk bagian nukleosida dari kofaktor nukleotida lainnya.

3. Beberapa Nukleotida Adalah Perantara dalam Komunikasi Seluler

Sel merespons lingkungannya dengan mengambil isyarat dari hormon atau sinyal kimiawi lain di media sekitarnya. Interaksi sinyal kimiawi ekstraseluler ini (pembawa pesan pertama) dengan reseptor di permukaan sel sering mengarah pada produksi pembawa pesan kedua di dalam sel, yang pada gilirannya menyebabkan perubahan adaptif dalam interior sel. Seringkali, pembawa pesan kedua adalah nukleotida.

Salah satu pembawa pesan kedua yang paling umum adalah nukleotida adenosin 3 ‘, 5’-siklik monofosfat (AMP siklik, atau cAMP), yang dibentuk dari ATP dalam reaksi yang dikatalisasi oleh adenilat siklase, terkait dengan bagian dalam membran plasma. AMP siklik melayani fungsi pengaturan di hampir setiap sel di luar kingdom tumbuhan. Guanosin 3 ‘, 5’-siklik monofosfat (cGMP) terjadi di banyak sel dan juga memiliki fungsi pengaturan.

Nukleotida pengatur lainnya, ppGpp, diproduksi dalam bakteri sebagai respons terhadap perlambatan sintesis protein yang terjadi selama kelaparan asam amino. Nukleotida ini menghambat sintesis molekul rRNA dan tRNA yang diperlukan untuk sintesis protein, mencegah produksi asam nukleat yang tidak perlu.

Kesimpulan

Nukleotida adalah monomer DNA dan RNA dan mereka adalah ‘resep’ yang membentuk kode genetik kita (buku resep tubuh untuk protein). Perubahan pada urutan nukleotida ini dapat menyebabkan perubahan dalam protein yang diproduksi oleh tubuh, dan ini pada gilirannya dapat memiliki konsekuensi serius bagi kesehatan dan kelangsungan hidup seseorang. Namun, sebagian besar mutasi titik yang tidak berbahaya dan memainkan peran penting dalam evolusi.

Berita gembira diakhiri dengan: 99,9% dari nukleotida yang persis sama dalam setiap manusia. Hal ini hanya 0,1% lainnya (~ 1,4 Juta basa) yang membuat kita tiap orang berbeda-beda.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *