Metabolisme Adalah Semua Reaksi Kimia Yang Terjadi Di Dalam Organisme

Metabolisme adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme,termasuk

yang terjadi di tingkat selular. Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi

kimia organik. Sedangkan untuk katabolisme itu sendiri yaitu reaksi yang mengurai molekul

senyawa organik untuk mendapatkan energi. Dan anabolisme merupakan reaksi yang

merangkai senyawa organik dari molekul- molekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh.

Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik yaitu:

1.Katabolisme yaitu reaksi yang mengurai senyawa molekul organik untuk mendapatkan

energy.

2.Anabolisme yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu,

untuk diserap oleh sel tubuh.Kedua arah lintasan metabolisime sangat diperlukan oleh setiap

organisme untuk dapat bertahan hidup. Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu

senyawa yang disebut sebagai hormon, dan dipercepat (dikatalisis) oleh enzim.

Metabolisme makromolekul protein

Protein bersama karbohidrat dan lemak merupakan sumber energi bagi tubuh. protein

tersusun dari molekul-molekul yang disebut asam amino. Di dalam tubuh mamalia asam

amino terbagi menjadi dua bagian yaitu asam amino esensial dan non esensial. Asam amino

esensial ialah asam amino yang tidak dapat disintesis oleh tubuh. Asam amino esensial dapat

disintesis oleh tubuh namun tetap diperlukan asupan dari makanan untuk menjaga

keseimbangan asam amino tersebut di dalam tubuh.

Metabolisme protein meliputi:

1.Degradasi protein (makanan dan protein intraseluler) menjadi asam amino

2.Oksidasi asam amino

3.Biosintesis asam amino

4.Biosintesis protein

Manusia memakan banyak protein untuk menggantikan protein endogen. Kelebihan

asam amino tidak dapat disimpan karena langsung mengalami katabolisme dalam tubuh.

Rantai karbon asam amino mengalami proses katabolisme yang diubah menjadi CO2, H2O

dan energi (ATP) melalui siklus asam sitrat dan rantai pernafasan. Jalur katabolisme

merupakan beberapa proses dengan zat yaitu: Jalur sangat panjang (contohnya triptophan)

sementara yang lainnya pendek (contohnya alanin). Beberapa jalur asam amino menunjukkan

hasil akhir produk katabolisme utama seperti pada gambar

Setiap asam amino didegradasi menjadi piruvat atau zat siklus asam sitrat lainnya dan

dapat menjadi prekrusor sintesis glukosa di hepar yang disebut glikogenik atau

glukoneogenik. Untuk beberapa asam amino seperti tirosin dan fenilalanin, hanya sebagian

dari rantai karbonnya yang digunakan untuk mensintesis glukosa karena sisa rantai karbon di

ubah menjadi asetil koa yang tidak dapat digunakan untuk sintesis glukosa.

A.Protein Tubuh dan Fungsinya

1.Protein Tubuh

Protein di dalam tubuh terdiri dari ¾ zat padat dari protein yaitu otot, enzim, protein

plasma, antibodi, hormon. Protein merupakan rangkaian asam amino dengan ikatan peptida

dan banyak protein terdiri dari ikatan komplek dengan fibril menjadi protein fibrosa, ada

beberapa macam protein fibrosa seperti: kolagen (tendon, kartilago, tulang); elastin (arteri);

keratin (rambut, kuku); dan aktin-miosin.

Ada beberapa macam protein dan asam amino diantaranya sebagai berikut:

a.Macam-macam protein:

1.Peptide: 2 – 10 asam amino

2.Polipeptide: 10 – 100 asam amino

3.Protein: > 100 asam amino

4.Antara asam amino saling berikatan dengan ikatan peptide

5.Glikoprotein: gabungan glukose dengan protein

6.Lipoprotein: gabungan lipid dan protein

b.Asam amino

1.Asam amino dibedakan: asam amino esensial dan asam amino nonesensial

2.Asam amino esensial: T2L2V HAMIF (treonin, triptofan, lisin, leusin,valin → histidin,

arginin, metionin, isoleusin, fenilalanin)

3.Asam amino non esensial: SAGA SATGA (serin, alanin, glisin, asparadin→ sistein, asam

aspartat, tirosin, glutamin, asam glutamat)

c.Transport protein

1.Protein diabsorpsi di usus halus dalam bentuk asam amino → masuk dalamdarah

2.Dalam darah asam amino disebar keseluruh sel untuk disimpan

3.Didalam sel asam amino disimpan dalam bentuk protein (dengan menggunakan enzim)

4.Hati merupakan jaringan utama untuk menyimpan dan mengolah protein

d.Penggunaan Protein Untuk Energi

1.Jika jumlah protein terus meningkat → protein sel dipecah jadi asam amino untuk dijadikan

energi atau disimpan dalam bentuk lemak

2.Pemecahan protein jadi asam amino terjadi di hati dengan proses deaminasi atau

transaminasi

3. Deaminasi merupakan proses pembuangan gugus amino dari asam amino sedangkan

transaminasi adalah proses perubahan asam amino menjadi asam

A.Fungsi Protein

Fungsi dari protein itu sendiri secara garis besar dapat dibagi ke dalam dua kelompok

besar, yaitu sebagai bahan struktural dan sebagai mesin yang bekerja pada tingkat molekular.

Apabila tulang dan kitin adalah beton, maka protein struktural adalah dinding batu-batanya.

Beberapa protein struktural, fibrous protein berfungsi sebagai pelindung, sebagai contoh α

dan β-keratin yang terdapat pada kulit, rambut, dan kuku. Sedangkan protein struktural lain

ada juga yang berfungsi sebagai perekat, seperti kolagen. Protein dapat memerankan fungsi

sebagai bahan struktural karena seperti halnya polimer lain, protein memiliki rantai yang

panjang dan juga dapat mengalami cross-linking dan lain-lain. Selain itu protein juga dapat

berperan sebagai biokatalis untuk reaksi-reaksi kimia dalam sistem makhluk hidup.

Makromolekul ini mengendalikan jalur dan waktu metabolisme yang kompleks untuk

menjaga kelangsungan hidup suatu organisma. Suatu sistem metabolisme akan terganggu

apabila biokatalis yang berperan di dalamnya mengalami kerusakan.

B.Struktur Protein

Bagaimana suatu protein dapat memerankan berbagai fungsi dalam sistem makhluk

hidup? Jawabnya adalah terletak pada strukturnya. Struktur protein terdiridari empat macam

struktur. Struktur pertama adalah struktur primer. Struktur ini terdiri dari asam-asam amino

yang dihubungkan satu sama lain secara kovalen melalui ikatan peptida. Informasi yang

menentukan urutan asam amino suatu protein tersimpan dalam molekul DNA dalam bentuk

kode genetik. Sebelum kode genetik ini. diterjemahkan menjadi asam-asam amino yang

membangun struktur primer protein, mula-mula kode ini disalin kedalam bentuk kode lain

yang berpadanan dengan urutan kode genetik pada DNA, yaitu dalam bentuk molekul RNA.

Urutan RNA inilah yang kemudian diterjemahkan menjadi. Urutan RNA inilah yang

kemudian diterjemahkan menjadi urutan asam amino.

Gambar 2. Skema Aliran Informasi Genetik dari DNA ke Protein

Struktur yang kedua adalah struktur sekunder. Pada struktur sekunder, protein sudah

mengalami interaksi intermolekul, melalui rantai samping asam amino. Ikatan yang

membentuk struktur ini, didominasi oleh ikatan hidrogen antar rantai samping yang

membentuk pola tertentu bergantung pada orientasi ikatan hidrogennya. Ada dua jenis

struktur sekunder, yaitu: a-heliks dan b-sheet (Gambar 2). b-sheet itu sendiri ada yang paralel

dan juga ada yang anti-paralel, bergantung pada orientasi kedua rantai polipeptida yang

membentuk struktur sekunder tersebut.

Pencernaan Protein

Proses pencernaan protein yang pertama berlangsung dalam lambung. Di sini pepsin

mencernakan protein dengan memutuskan ikatan peptida yang ada di sisi NH2 dari asam-

asam amino aromatik (fenilaalanin, tirosin, triptofan), hidrofobik (leusin, isoleusin,

metionin) atau dikarboksilat (glutamat dan aspartat). PH optimum ialah 2, sehingga

aktifitasnya yang tertinggi ialah di dalam lambung. Enzim ini tidak bekerja lagi bila berada

pada pH yang tinggi seperti yang terdapat di dalam usus halus. Pepsin disekresikan sebagai

zmi ogen yang bernama pepsinogen. Pengaktifannya menjadi pepsin dilakukan oleh asam

lambung dan secara otokatalisis juga oleh pepsin itu sendiri yang sudah terbentuk. Pada

proses pengaktifan ini, dilepaskan 42 asam amino dari ujung NH2 bebas pada molekul \

imogen tadi. Peristiwa ini mengubah konformasi dan mengaktifkan protein tersebut. Oleh

karena pH yang rendah dari lambung sangatlah musthak bagi kerja enzim dan pada

kenyataannya mampu pula menghidrolisis beberapa ikatan peptida, maka perlu pulalah

agaknya diuraikan secara singkat bagaimana pHyang tidak lazim ini dicapat ion H dalam

lambung adalah hasil sekresi sel-sel parital. Peristiwa sekresi ini berlangsung dengan

melawan gradien, karena konsentrasi H + di dalam sel ialah sebesar 10-7 M, sedangkan di

luar sel lambung sebesar 10-1M. Dengan demikian jelaslah bahwa proses ini memerlukan

energi, yang pada kenyataannya didapat dengan cara hidrolisis ATP. Hidrolisis ATP ini

dikaitkan dengan pertukaran K+ dengan H+. H+ intrasel berasal dari reaksi yang berkaitan

dengan anhidrase karbonat, seperti yang terlukis pada Gambar

Gambar 3. Struktur protein sekunder & tersier protein

Banyak molekul protein yang memiliki lebih dari satu struktur tersier, dengan kata lain multi

subunit. Intraksi intermolekul antar sub unit protein ini membentuk struktur

keempat/kwaterner (Gambar 4). Setiap subunit protein dapat melakukan komunikasi dan

saling mempengaruhi satu sama lain melalui interaksi intermolekular ini

Gambar 4. Struktur kwartet protein

Jumlah monomer asam amino yang membangun suatu protein adalah 20 asam amino. Bisa

dibanyangkan berapa peluang kemungkinan struktur 3 dimensi yang mungkin terbentuk

dengan monomer sebanyak ini. Hingga saat ini tidak satu sintetik polimerpun yang memiliki

monomer sebanyak protein. Bila saja protein memiliki panjang 100 residu asam amino, bila

dalam protein ini ke dua puluh asam amino tersebut dipakai untuk mensintesis protein, maka

jumlah struktur 3 dimensi yang mungkin adalah 20100 struktur. Tentu saja struktur yang

paling pavorable secara termodinamika saja yang akan terbentuk. Karena banyaknya

kemungkinan struktur ini, maka protein dapat memerankan berbagai macam fungsi.

Perubahan pada struktur akan mempengaruhi fungsi dari protein. Beberapa penyakit pada

manusia disebabkan oleh perubahan struktur dari protein yang merusak fungsi dari protein

tersebut. Salah satu contoh pentingnya struktur tiga dimensi adalah pada fenomena yang

sangat terkenal saat ini, yaitu penyakit sapi gila di Inggris. Penyakit ini belakangan diketahui

disebabkan oleh protein yang dikenal dengan nama prion.

Pada awalnya, para ilmuan sangat sukar memahami bagaimana mungkin protein bisa menjadi

desease agent dan dapat diturunkan. Hasil penelitian menunjukan bahwa protein ini lebih

tahan terhadap serangan protease dibanding protein biasa. Protease adalah suatu enzim yang

berfungsi untuk mengurai protein. Penelitian lain juga mendapati bahwa saat DNAase dan

RNAase dimasukan ke dalam sistem, aktivitas prion tidak menurun, tetapi saat dimasukan

protease aktivitasnya menurun. Dari sini para ilmuan lalu menyimpulkan bahwa prion tidak

memiliki DNA ataupun RNA. Lalu, bagaimana protein ini bisa diturunkan dan bertambah

jumlahnya di dalam tubuh tanpa adanya gen yang mengkodenya. Virus saja untuk

berkembang biak harus memasukan DNAnya ke dalam inang, lalu bagaimana dengan prion?

Dari hasil pencarian yang panjang, ternyata ditemukan bahwa gen yang mengkode prion

terdapat disetiap organisma hidup yang menjadi inang untuk berkembangnya prion. Gen

tersebut dikenal sebagai PrP. Tetapi, saat gen ini diekspresikan dan proteinnya di injeksikan

ke dalam tubuh tikus percobaan, tidak dideteksi adanya penyakit. Dari hasil ini, para ahli

biokimia memprediksi adanya struktur lain diluar struktur protein PrP normal, yang

menyebabkan penyakit.

C.Pencernaan Protein

Proses pencernaan protein yang pertama berlangsung dalam lambung. Di sini pepsin

mencernakan protein dengan memutuskan ikatan peptida yang ada di sisi Histamin

meningkatkan proses sekresi H+ dengan cara meningkatkan konsentrasi cAMP intrasel. Ini

pada gilirannya mengaktifkan suatu kinase protein. Melalui suatu jeram reaksi yang mirip

dengan yang ditemukan pada metabolisme glikogen, kinase tersebut memfosforilasikan

anhidrase karbonat sehingga aktifitasnya pun bertambah. Zat seperti kafein yang

menghambat pemecahan cAMP meningkatkan sekresi asam lambung. Hormon gastrin

menyebabkan hal yang sama. Enzim ini bekerja dengan cara mengaktifkan enzim histidin

dekarboksilase sehingga terbentuklah histamin. Akibatnya, segala peristiwa yang telah

diuraikan tadi meningkat dan hasil akhirnya ialah meningkatnya produksi asam lambung.

Kira-kira 4% dari seluruh orang dewasa dan 40% dari seluruh orang yang berusia

lebih dari 60 tahun kekurangan sekresi HCl di lambung. Keadaan ini disebut “achlorhydrea”.

Pada orang-orang dengan keadaan ini, pepsin mereka tidaklah aktif dan proses pencernaan

protein barulah dimulai di usus halus. Oleh karena ada beberapa enzim yang khas

mencernakan protein, keadaan ini tidaklah menimbulkan gejala klinik yang berat.

Selain pepsin, lambung juga mensekresikan enzim rennin, yang mengkoagulasikan

susu. Hal ini penting bagi anak kecil karena peristiwa ini mencegah pengosongan lambung

yang terlalu cepat. Dengan bantuan kalsium, kasein yang terdapat di dalam susu diubah oleh

rennin menjadi parakasein, yang selanjutnya dihidrolisis oleh pepsin. Di dalam usus, protein

diolah oleh sejumlah enzim yang disekresikan oleh pancreas, yaitu tripsin, kimotripsin,

karboksipeptidase dan elastase.

Semua enzim ini disekresikan dalam bentuk zimogen. Enteropeptidase atau

enterokinase mampu mengubah tripsinogen menjadi tripsin. Sebaliknya tripsin yang sudah

aktif ini akan mengaktifkan enzim-enzim lain yang masih berbentuk zimogen, yaitu

kimotripsinogen, prokarboksipeptidase dan poelastase. Tripsin memutus ikatan peptida yang

dibentuk oleh asam-asam amino basa. Kimotripsin memutus ikatan peptida yang dibentuk

oleh asam amino aromatik, sedangkan elastase selanjutnya bekerja terhadap ikatan peptida

yang dibentuk asamamino alifatik. Babungan hasil kerja enzim ini ialah monopeptida,

dipeptida dan tripeptida. Selanjtnya yang bekerja ialah enzim karboksipeptidase yang bekerja

memutus satu demi satu ikatan peptida yang tersisa pada berbagai peptida tadi, dari sisi

gugus karboksil bebas; dan juga enzim aminopeptidase yang bekerja dengan cara yang sama

dari sisi gugus amino bebas. Tripsin, kimotripsin dan elastase mempunyai serin pada situs

katalitik masingmasing dan karena itu enzim-enzim ini dikelompokkan dalam robongan

protease serin. Selama proses hidrolisis oleh enzim-enzim tersebut berlangsung ujung

karboksil dari suatu asam amino terikat secara kovalen dengan residu serin yang ada di situs

katalitik. Bagian lain dari peptida atau protein yang dioleh dibebaskan oleh enzim. Sesudah

hidrolisis ester serin tersebut oleh air, reaksipun selesai. Berbagai protease serin dapat dibuat

tidak aktif dengan cara mengikatnya secara kovalen dengan diisopropil fluorofosfat.

Amonia dibentuk pada pemecahan asam amino dan asam nukleat oleh sel. Selain itu

ammonia juga dihasilkan oleh bakteri usus. Pemecahan berbagai alat dan menghasilkan

ammonia ini terjadi baik pada keseimbangan nitrogen yang positif, negatif ataupun

keseimbangan yang normal. Blutaminase, asparaginase, berbagai oksidase asam amino

kesemuanya menghasilkan ammonia. Histidase, serin dehidratase dan sistein dehidratase

adalah penghasil ammonia yang lain di dalam sel.

Sekali pun demikian, sumber terbesar dari ammonia sel, terutama dalam jaringan hati, ialah

reaksi yang dikatalisis oleh enzim glutamat dehidrogenase yang terdapat dalam mitokondria.

Nitrogen yang diikat oleh glutamat, yang sebelumnya berasal dari reaksi transaminasi asam-

asam amino yang lain, dibebaskan dalam bentuk ammonia oleh kerja enzim ini. Oleh karena

enzim ini ada di dalam mitokondria, ammonia yang dibentuknya dapat segera dipakai untuk

sintesis urea. Otot menggunakan glutamin dan juga alanin untuk membawa kelebihan

nitrogen. Alanin dibuat dari piruvat, suatu zat yang mudah ditemukan di mana-mana sebagai

hasil metabolisme glukosa atau glikogen dan siap untuk dipakai

ketoglutarat sehinggga terbentuklah glutamat. Glutamat ini sebaliknya dapat pula mengalami

dehidrogenasi dan membebaskan ammonia. Glutami yang sampai ke hati dapat

membebaskan dua molekul ammonia dengan kerja sama dari glutaminase dan glutamat

dihidrogenase. Perlu diingat bahwa enzim yang diperlukan untuk sintesis glutamin berbeda

dengan enzim yang diperlukan untuk memecahnya. Daur urea terdiri atas lima reaksi yang

mengubah ammonia, CO2 dan nitrogen dari aspartat menjadi urea. Daur ini terlukis pada

gambar . Perlu diperhatikan bahwa dua reaksi dalam daur ini berlangsung di dalam

mitokondria, sedangkan sisanya terjadi di sitoplasma. Dalam reaksi yang pertama, CO2 yang

berada di dalam mitokondria mengalami fosforilasi oleh ATP dan kemudian berkondensasi

dengan ammonia dengan menggunakan energi yang berasal dari hidrolisis satu molekul ATP

lainnya. Hasilnya terbentuklah karbamoil fosfat. Reaksi ini adalah reaksi yang mengatur laju

sintesis urea, dikatalisis oleh karbamoil fosfat sintetase dan memerlukan N-asetil glutamat

sebagai suatu kofaktor. Dalam reaksi kedua yang juga terjadi de dalam mitokondria,

karbamoil fosfat berkondensasi dengan ornitin sehingga terbentuklah sitrulin dan fosfat

bebas. Reaksi ini adalah reaksi kedua yang mengatur laju sintesis urea.

Selanjutnya sitrulin meninggalkan mitokondria. Di dalam sitoplasma sitrulin ini

berkondensasi dengan aspartat dan inilah reaksi yang ketiga. Dalam reaksi ini ATP diubah

menjadi AMP. Arginosuksinat yang terbentuk sebagai produk diubah dalam reaksi keempat

menjadi arginin dan fumarat. Fumarat dapat masuk ke dalam mitokondria dan dioksidasi

menjadi oksaloasetat melalui daur Krebs. Dengan transaminasi maka aspartatpun terbentuk

kembali. Arginin dihidrolisis untuk menghasilkan urea dan ornitin. Ornitin ini kemudian

masuk lagi ke dalam mitokondria dan menyelesaikan daur. Secara keseluruhan diperlukan

empat ikatan fosfat kaya – energi atau ekivalen ATP untuk sintesis satu molekul urea. Dua

ikatan diperlukan untuk menghasilkan karbamoil fosfat dan dua lagi untuk kondensasi

aspartat dengan sitrulin. Proses katabolisme triptofan pada manusia merupakan penguraian

seluruh atom karbon pada rantai samping maupun pada cincin aromatik menjadi

senyawaantara amfiolik melalui lintasan kinurenin-antranilat.

Enzim triptofan oksigenase (triptofan pirolase) mengkatalisis reaksi pemutusan cincin indol

dengan penyatuan dua atom dari molekul oksigen sehingga terbentuk senyawa

Nformilkinurenin. Enzim oksigenase yang merupakan metaloprotein besi pofirin, dapat

diinduksi dalam hati oleh kortikosteroid adrenal dan triptofan. Sebagian enzim yang baru

disintesis ini akan berada dalam bentuk laten yang memerlukan pengaktifan. Triptofan juga

menstabilkan enzim oksigenase terhadap reaksi penguraian proteolitik. Triptofan oksigenase

dihambat secara umpan balik oleh derivat asam nikotinat, termasuk NADPH. Pengeluaran

hidrolitik gugus formil pada N-formilkinurenin yang dikatalisis oleh enzim kinurenin

formilase pada hati akan menghasilkan senyawa kinurenin. Kinurenin dapat mengalami

deaminasi lewat reaksi transaminasi. Senyawa 2-amino-3-hidroksi benzoil piruvat yang

dihasilkan akan kehilangan air dan penutupan cincin yang terjadi secara spontan akan

membentuk kinurenat. Metabolisme selanjutnya kinurenin akan melibatkan konversi

senyawa ini menjadi 3-hidroksikinurenin yang kemudian menjadi 3- hidroksiantranilat.

Hidroksilasi memerlukan oksigen molekuler dalam reaksi yang tergantung NADPH dan

serupa dengan reaksi hidroksilasi fenilalanin. Hidroksilasi triptofan menjadi 5-

hidroksitriptofan dikatalisis selanjutnya oleh enzim tirosin hidroksilase hati. Dekarboksilase

selanjutnya akan membentuk serotonin (5-hidroksitriptamin). Katabolisme serotonin diawali

oleh oleh reaksi deaminase oksidatif yang dikatalisis enzim monoamin oksidase menjadi

senyawa 5-hidroksiindolasetat (Gambar 5). Senyawa ini pada manusia diekskresikan dalam

urin (2-8 mg/dL). Triptofan membentuk sejumlah derivat indol tambahan. Ginjal mamalia,

hati dan bakteri dalam feses manusia dapat mengadakan dekarboksilasi triptofan menjadi

triptamin yang kemudian bisa teroksidasi menjadi senyawa inol-3 asetat. Hasil utama

katabolisme triptofan dalam urin yang normal adalah senyawa 5- hidroksiindolasetat dan

indol-3 asetat.

D.Proses Glikolisis

Protein pengikat, DNA Girase.

Arus informasi genetik pada sel normal berawal dari DNA ke RNA terus ke protein.

Sintesis RNA berdasarkan suatu cetakan DNA disebut proses transkripsi. Sedangkan sintesis

protein berdasarkan suatu cetakan RNA disebut Translasi. Proses sintesis RNA menyerupai

pembentukan Dna tetapi ada perbedaan prinsip dimana kalau sintesis DNA seluruh urutan

nkleotida DNA digandakan seperti DNA induk, pada sintesis RNA tidak semua DNA

ditranskripsi menjadi RNA, hanya gen atau kelompok gen yang ditarnskripsi. Produk yang

terbentuk adalah RNA yang komplementer dengan salah satu rantai DNA dupleks yang jadi

cetakan. Sintesis RNA (transkripsi) terdiri 4 tahap reaksi :pertama enzim RNA polimerase

mengikat urutan basa spesifik,k edua RNA polimerase mengkatalisis pemanjangan ikatan

fosfodiester antara ribonukleotia trifosfat dan ujung 3’-fosfat melalui cara seperti DNA

polimerase I,ketiga, komplemen DNA-RNA (hibrid DNA-RNA) yang dihasilkan membuka

dengan melepaskan RNA yang terbentuk diikuti hibridisasi ulang rantai DNA membentuk

untai DNA ganda. Keempat, terjadi pengubahan secara kimia RNA yang terbentuk.

Sintesis protein (translasi) yaitu molekul Rna yang terbentuk menerjemahkan

informasi genetik ke dalam proses pembentukan protein. Pada tahap ini asam-asam amino

secara berurutan diikat satu dengan yng lain, sesuai pesan yang diberikan DNA. Berlangsung

diribosom dan melalui 5 tahapan reaksi yakni aktivasi asam amino; inisiasi rantai polipetida,

pemanjangan (elongasi) rantai polipetida; terminasi dan pembebasan rantai polipeptida serta

tahap pelipatan dan pengolahan. Nukleotida merupakan nukleosida yang gugus gula pada

posisi 5’-nya mengikat asam fosfat(gugus fosfat) dengan ikatan ester. Nukleosida terdiri atas

pentosa ( deoksiribosa atau ribosa) yang mengikat suatu basa (derivat purin atau pirimidin)

melalui ikatanglikosida.

Pentosa yang berasal dari DNA ialah deoksiribosa dan dari RNA ialah ribosa. Basa

purin dan pirimidin yang berasal dari DNA ialah adenin, guanin, sitosin dan timin.

Sedangkan basa RNA terdiri atas adenin, guanin, sitosin dan urasil. Dengan demikian

nukleosida adalah penyusun nukleotida dan dapat diberi nama trivial dan nama sistematis

Metabolisme Asam Nukleat

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. 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. A.

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. 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.

Peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan protein

dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam peran

ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam proses

transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk 'triplet tiga urutan basa N, yang

dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan

satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein. Lihat ekspresi

genetic untuk keterangan lebih lanjut. Penelitian mutakhir atas fungsi RNA menunjukkan

bukti yang mendukung atas teori 'dunia RNA', yang menyatakan bahwa pada awal proses

evolusi, RNA merupakan bahan genetik universal sebelum organisme hidup memakai DNA.

A.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.

a.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.

b. 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.

C. 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.

d. 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.

e. 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.

f. 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).

B.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. 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, , dan uridin sitidin. 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.

Hampir semua organisme mampu mensintesis nukleotida dr prekursor yg lebih

sederhana, jalur de novo untuk nukleotida, mirip utk setiap organism.Nukleotida juga dapat

disintesis dari hasil pemecahan nukleotida yang telah ada salvage pathway (recycle) yaitu

dari degradasi pirimidin dan purin dari sel yang mati (regenerasi) atau dari makanan.

C.Degradasi nukleotida

Di dalam usus halus tjd pemutusan ikatan fosfodiester oleh endonuklease (pankreas)

àoligonukleotida. Dipecah lebih lanjut dg fosfodiesterase (ensimexonuclease non spesifik)

menjadi monofosfat. Dipecah lbh lanjut fosfomonoesterase dikenal sebagai nukleotidaseà

menghasilkan nukleosida and orthophosphate. Nucleosida phosphorylaseà menghasilkan

basa dan andribose-1-phosphate. Jika basa atau nukleosida tidak digunakan kembali utk

salvage pathways, basa akan lebih lanjut didegradasi menjadi asam urat (purin),

ureidopropionat (pyrimidine).