1 Biodata penulis (untuk Unit ..) Nama penulis: Abu Bakar Salleh No telefon: 03 89486101 samb 3635 Faks: 03 8943 0913 E-mail: [email protected](Pelajardigalakkan mengguna kaedah ini untuk berhubung dengan penulis) UNIT ASID NUKLEIK Pengenalan Satu kelas metabolit yang penting dalam sel. Biasanya ditemui sebagai RNA dan DNA. Nukleik sebagai DNA dikenali umum sebagai sebatian pembawa maklumat genetik. Adalah pentingkita memahami tentang asid nukleik. Kita sering mendengar atau membaca bagaimana corak DNA dapat mengenalpasti pertalian anak dan ibu bapa, atau mengenalpasti penjenayaha berasaskan corak DNA tisu yang tertinggal di tempat jenayah berlaku dan akhir-akhir ini kita dimaklumkan tentang kejayaan mengklonkan haiwan. Dismping itu bidang perubatan berkembang pesat dimana penyelidik kini menanganii masalah kesihatan melalui kaedah genetik. Disamping itu nukleik asid mempunyai banyak lagi peranan penting dalam sel hidupan. Saya harap anda akan dapt menghayatinya diakhir unit ini Tajuk-tajuk dalam Unit 1. Pengenalan asid nukleik dan fungsinya 2. Struktur asas asid nukleik 3. Struktur DNA 4. Struktur RNA Objektif Pembelajaran Unit Selepas selesai mempelajar unit ini dengan sempurna, anda diharapkan dapat 1. Mengenal molekul asid nukleik dan peranannya dalam alam biologi 2. Mengenali struktur dan nomenklatur nukleosida dan nukleotida 3. Mengenali struktur dan fungsi DNA 4. Mengenali struktur dan fungsi RNA
81
Embed
UNIT - vodppl.upm.edu.my -ABS.pdf · ini berupa rantai panjang yang berasaskan monomer-monomer asid nukleik, yang mengkodkan maklumat untuk sel berfungsi. Maklumat ini diekspresikan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
Biodata penulis (untuk Unit ..)
Nama penulis: Abu Bakar Salleh
No telefon: 03 89486101 samb 3635
Faks: 03 8943 0913
E-mail: [email protected] (Pelajardigalakkan mengguna kaedah ini untuk
berhubung dengan penulis)
UNIT
ASID NUKLEIK
Pengenalan
Satu kelas metabolit yang penting dalam sel. Biasanya ditemui sebagai RNA dan DNA.
Nukleik sebagai DNA dikenali umum sebagai sebatian pembawa maklumat genetik.
Adalah pentingkita memahami tentang asid nukleik. Kita sering mendengar atau
membaca bagaimana corak DNA dapat mengenalpasti pertalian anak dan ibu bapa, atau
mengenalpasti penjenayaha berasaskan corak DNA tisu yang tertinggal di tempat
jenayah berlaku dan akhir-akhir ini kita dimaklumkan tentang kejayaan mengklonkan
haiwan. Dismping itu bidang perubatan berkembang pesat dimana penyelidik kini
menanganii masalah kesihatan melalui kaedah genetik. Disamping itu nukleik asid
mempunyai banyak lagi peranan penting dalam sel hidupan. Saya harap anda akan dapt
menghayatinya diakhir unit ini
Tajuk-tajuk dalam Unit
1. Pengenalan asid nukleik dan fungsinya
2. Struktur asas asid nukleik
3. Struktur DNA
4. Struktur RNA
Objektif Pembelajaran Unit
Selepas selesai mempelajar unit ini dengan sempurna, anda diharapkan dapat
1. Mengenal molekul asid nukleik dan peranannya dalam alam biologi
2. Mengenali struktur dan nomenklatur nukleosida dan nukleotida
3. Mengenali struktur dan fungsi DNA
4. Mengenali struktur dan fungsi RNA
2
1.0 Pengenalan asid nukleik dan fungsinya
Asid nukleik terkenal sebagai bahan genetik. Setiap sel hidup mengandungi asid nukleik
samada asid deoksiribonukleik (DNA) atau asid ribonukleik (RNA). Bahan genetik
ini berupa rantai panjang yang berasaskan monomer-monomer asid nukleik, yang
mengkodkan maklumat untuk sel berfungsi. Maklumat ini diekspresikan melalui
protein-protein khusus yang dapat menjalankan proses metabolisme sel. Melalui kaedah
inilah, DNA dan RNA mencorakkan sesuatu organisme. Peranan DNA. dan RNA ini
membuahkan 'Central dogma'. Konsep ini menggambarkan pengaliran maklumat genetik
(DNA) yang ditranskripsi (salin) ke RNA dan seterusnya ditranslasi ke protein (Rajah 1)
DNA
RNA
protein
Rajah 1. Central Dogma
Sementara itu harus dimaklumi bahawa asid nukleik mempunyai fungsi lain dalam sel.
Fungsi-fungsi ini tidak kurang pentingnya dan menjadi keperluan untuk sesuatu sel
berfungsi dengan sempurna.
Di antara fungsi asid nukleik ialah
• Berperanan sebagai sebatian yang menyimpanan tenaga dalam tindak balas
pemindahan fosfat. Biasa di dijalankan oleh molekul ATP. ATP berperanan sebagai
sumber tenaga serta merta bagi memenuhi keperluan sel
• Sebagai pengantara dalam pelbagai proses sel penting. Terutama sebagai penyampai
kedua seperti siklik-AMP (cAMP), dalam proses penyampaian signal
• Menjadi sebahagian beberapa koenzim penting seperti NAD+, NADP+, FAD dan
koenzim A.
• Pengawalan kadar tindak balas enzim melalui kesan timbal balik dan allosterik.
Banyak nukelotida berupaya mengawal edaran metabolisme secara pantas melaui
keadah ini.
3
• Bertindak sebagai bahantara teraktif dalam banyak tindak balas biosintetik, termasuk
S-adenosilmethionin yang terlibat dalam pemindahan metil, dan juga pengikatan
gula pada nukleotida dalam proses biosintesis glikogen dan glikoprotein.
Aktiviti 1.0
Soalan:
Objektif
Apakah peranan asid nukleik. Tanda kenyataan yang PALSU
A. sebagai bahan bakar untuk mendapat tenaga
B. sebagai perantara dalam pelbagai proses penting dalam sel
C. sebagai sebahagian komponen koenzim
D. penyimpan maklumat genetik
E. pengesan (modulator) allosterik kadar tindak balas enzim
Subjektif:
Bincang apa yang dimaksudkan sebagai 'Central dogma'
2.0 Komponen asid nukleik
2.1 Bes nitrogen
Nukleotida yang terdapat dalam sel adalah terbitan sebatian heterosiklik yang
amat basik, iaitu purin dan pirimidin (Rajah 2a,b). Kedua sebatian ini merupakan
sebatian yang turut mengandungi nitrogen dalam sel hidupan.
Rajah 2a: Purin
4
Rajah 2b:Pirimidin
Ciri basik nukleotida telah memberi nama bes kepada nukleotida yang didapati
dalam DNA dan RNA. Terdapat 5 jenis bes utama dalam sel iaitu terbitan purin
dipanggil adenin dan guanin dan terbitan pirimidin dikenali sebagai taimin,
sitosin dan urasil. Singkatan umum yang dipakai kepada 5 bes ini ialah A, G,
T, C dan U (Rajah 3)
Rajah 3: Bes purin dan pirimidin bagi asid nukleik
Perhatian! Terdapat beberapa bes terbitan dalam sel selain daripada yang lima ini. Bes
terbitan ini ditemui dalam DNA dan RNA tertentu. Bestambahan ini dimodifikasi
selepas replikasi atau transkripsi akan datang
2.2 Nukelosida dan nukleotida
Jika bes purin dan pirimidin digabung kepada karbohidrat, bentuk ini dipanggil
nucleosida.. Nukleosida diikat kepada gula D-ribosa atau 2'-deoksi-D-ribosa
melalui ikatan α,β-N-glikosidik antara karbon anomerik (C1) ribosa dan N9
purin atau N1 pirimidin
adenin
Guanin Taimin
sitosin
purin pirimidin
5
Rajah 4: Nukleosida. Gabungan pentosa dan bes melalui ikatan N-glikosidik
Bes boleh berada dalam 2 orientasi nyata pada ikatan N-glikosidik. Konfomasi ini
dikenalai sebagai syn dan anti. Konformasi anti didapati dengan banyak dalam
nukleotidas semula jadi (Rajah 5)
syn-Adenosin anti-Adenosin
Rajah 5: Orientasi ikatan N-glikosidik. Teliti kedudukan bes yang terikat pada C1’
deoksiribosa
Nukleosida biasanya didapati dalam sel dalam bentuk berfosforilasi dan dipanggil
nukleotida. Bahagian nukleotida dalam sel yang paling biasa difosforilasikan ialah
kumpulan hidroksil yang terlekat pada 5'-karbon ribosa. Atom karbon ribosa
dalam nukleotida di tanda dengan prime ( ' ) untuk membeza dengan atom tulang
belakang bes. Nukleotida boleh berada dalam bentuk mono-, di-, atau tri-fosforilasi
(Rajah 6 dan 7).
6
Rajah 6: Nukleotida (Adenosin mononukelotida).
Sila kaji Rajah 6, dan ambil perhatian perkara berikut
• Penomboran atom bagi bes (1 hingga 9 bagi purin , 1 hingga 6 bagi primidin)
• Penomboran atom bagi gula pentosa
• Ikatan glikosidik
• Rajah ini mempamerkan struktur adenosin monofosfat
• Gula pentosa ialah gula deoksiribosa. Perhatikan C2’ dimana kumpulan OH
telah dinyahkan
Nukleotida diberi singkatan nyata untuk memudahkan pengenalan struktur dan
keadaan fosforilasi. Bentuk monofosforilasi adenosin yang difosforilasi mono
misalnya adenosin-5'-monofosfat ditulis sebagai AMP. Bentuk di- dan tri-fosforilasi
ditulis sebagai ADP danATP,
Penggunaan singkatan nukleotida adalah dalam bentuk fosforilasi 5'. Di- dan tri-fosfat
nukleotida digabung oleh ikatan asid anhidrid. Ikatan ini mempunyai ∆ G0' hidrolisis
melebih 30KJ per mol, dengan itu mempunyai potensi tinggi untuk memindah fosfat
kepada molekul lain. Ciri nukleotida ini menyebabkan penglibatan mereka dalam
tindak balas pemindahan kumpulan atau tindak balas sintesis dalam sel.
Ikatan glikosidik
7
Rajah 7: Struktur ATP
Sila kaji Rajah 8 dan ambil perhatian perkara berikut
• Ini ialah contoh struktur nukleotida trifosfat
• Pentosa kali ini ialah gula ribosa
• Hidrolisis kumpulan yang dihujung dan yang tengah sahaja dapat mengeluarkan
tenaga tinggi
Lihat Jadual 1 bagi mendapat penjelasan lajut tentang penamaan dan jenis nukleotida
Jadual 1: Bes, nukleosida dan nukleotida
Bes gula fosfat Nama
Bes (X=H) A, G, T, C dan U.
Bes (X=H) X=ribosa atau
deoksiribosa
Nucleosida
Bes (X=H) X=ribosa atau
deoksiribosa
X=ribosa fosfat Nukleotida
C Sitosin
Sitidin monofosfat
(CMP)
U
Uracil
Uridin
Uridin Monofosfat
8
(UMP)
T
Taimin
Taimidin
Taimidin
Monofosfat (TMP)
A
Adenin
Adenosin
Adenosin
Monofosfat
(AMP)
G
Guanin
Guanosin
Guanosin
Monofosfat
GMP
Nukleotida yang terdapat dalam DNA adalah unik daripada nukleotida RNA dimana
ribosa berada dalam bentuk 2'-deoksi dan singkatan nukleotida mengadungi tanda 'd' .
Bentuk monofosforilat adenosin dalam DNA (deoksiadenosin-5'-monofosfat) ditulis
sebagai dAMP. Sementara itu nukleotida uridin tidak dijumpai dalam DNA dan hanya
ditemui dalam RNA. Tiamin ditemui dalam tRNAs tetapi tidak dalam rRNA atau
mRNAs. Ada beberapa bes yang luar biasa yang ditemui dalam DNA dan RNA.
Bes termodifikasi primer DNA ialah 5-metilsitosin. Pelbagai bes termodifikasi
dijumpai dalam jenis-jenis tRNA. Banyak nukleotida termdofikasi ditemui diluar
polimer DNA dan RNA yang memain peranan biologi yang penting.
Aktiviti 1.1
Soalan:
Objektif
Perbezaan antara nukleosida dan nukleotida ialah
A. bes yang berbeza
B. ada atau tiada fosfat
C. ketiadaan pentosa
D. perbezaan ribosa atau deoksiribosa
E. purin atau pirimidin
Subjektif:
9
Rajahkan ikatan fosfodiester antara 2 nukleotida
3.0 DNA
Gula Gula Gula Gula
bes bes bes bes
bes bes bes bes
Gula Gula Gula Gula
Rajah 8: Model struktur dua benang DNA. Perhatikan komposisi tulang belakang setiap
benang yang dianggotai oleh gula dan fosfat ( ), sementara bes berada disebelah
dalam.
Mari kita mengenali molekul DNA. DNA ialah satu polimer yang amat besar. Subunit
monomernya dipanggil deoksibonukccleotida. Maklumat yang banyak adalah diperlukan
untuk mengkod sesuatu organisme. Contohnya 3 juta bes diperlukan untuk bakterium
yang agak ‘mudah’ dan 3 ribu juta bes diperlui bagi manusia Ini ini bukan perkara
mudah kerana setiap sel manusia mengandungi 2 meter DNA. DNA berada dalam
bentuk 2 benang nyahselari (antiparallel) yang berpasangan . Setiap satu benang
berputar pada arah kekanan dan distabilkan oleh ikatan antara bes dengan benang
bersebelahan. Watson-Crick mengutarakan model DNA yang merupakan heliksdua
benang dengan bes berada di bahagian dalam heliks terletak pada sudut hampir 90
darjah kepada paksi heliks. Model ini menjadi asas kepada kefahaman dan kajian pesat
keatas molekul ini dan peranannya dalam sel hidupan.
3.1 Komposisi bes DNA
Empat bes yang menjadi komponen DNA disenaraikan dalam Jadual 2. Komposisi bes
merupakan satu ciri sesuatu organsime, tak terikat pada tisu, umur atau status pemakanan,
atau faktor sekitraran lain. Seperti yang kita sudah maklum, bes purin daripada satu
benang akan berinteraksi dengan bes pirimidin benang bersebelahan.
10
Jadual 2. Bes purin dan primidin bagi DNA. Sila ambil perhatian tentang abjad
singkatan bagi setiap bes.
Purin Pirimidin
Adenin A
Guanin G
Taimin T
Sitosil C
Nota: Jangan lupa, bes-bes ini akan digabung dengan gula deoksiribosa dalam DNA
11
Rajah 9: Pasangan purin pirimidina bes melalui ikatan hidrogen. Sila ambil maklum
bahawa adenin akan menghasilkan 2 ikatan hidrogen dengan taimin sementara guanin
dan sitosin akan diikat dengan 3 ikatan hidrogen. Perbezaan ini memberi ciri kestabilan
yang lebih bagi DNA yang mempunyai peratusn G:C yang tinggi.
Pasangan antara purin dan pirimidin ini dikawal oleh peraturan Chargaff . Dimana A
akan berpasangan dengan T dan G pula akan berpasangan dengan C (A:T, G:C). Julat
peratus G:C agak lebar diantara25 hingga 75% dalam spesis bakteria yang berlainan
tetapi lebih rapat dalam spesies berkaitan manusia iatu antara 39 - 46% (lihat Rajah 9)
Rajah 10: Polimer DNA. Ambil perhatian tentang
1. Arah 3’-5’ polimer, dan penghujung 3’ dan 5’
2. Ikatan fosfodiester antara 3’ dan 5’ deoksiribosa
3.2. Polimer DNA.
12
Seterusnya kita akan melihat bagaimana polimer atau rantai panjang DNA terhasil.
Mari kita menyemak semula komponen DNA. Unit asas DNA ialah nukleotida. Setiap
nukelotida digabungi oleh satu bes nitrogen, satu gula deoksiribosa dan satu kumpulan
fosfat. Terdapat 4 jenis nukleotida yang berbeza pada komponen besnya, sama ada A, T,
G atau C. Polinukleotida dibentuk melalui kondensasi 2 atau lebih nukleotida.
Kondensasi biasanya berlaku antara alkohol 5'-fosfat satu nukleotida dan 3'-OH
yang kedua, dengan penyahan H2O, menghasilkan satu ikatan fosfodiester. Penghasilan
ikatan fosfodiester dalam DNA mempamerkan arahan. Struktur primer DNA
(pengaturan linear nukleotida) berlaku pada arah 5' ----> 3' . Struktur primer molekul
DNA dengan mecatat jujukan nukleotida dari kiri kekanan sinonimus dengan arah 5'
-----> 3' seperti ditunjuk . Ciri antiparallel heliks datang daripada orientasi setiap
individu benang. Daripada mana-mana posisi tetap di heliks, satu benang orientasi ke
arah 5' ---> 3' dan yang satu lagi kearah 3' ---> 5' (Rajah 10, 11 dan 12)
Model untuk struktur DNA telah dikemukakan oleh Watson dan Crick. Berasaskan
data difraksi X-ray DNA, James Watson dan Francis Crick mecadangkan satu model
untuk struktur DNA. Model ini (kemudiannya disahkan oleh data ujikaji) mengagak
DNA berada dalam bentuk satu bebenang nyahselari yang berpasangan. Setiap satu pada
arah kekanan dan distabilkan oleh ikatan antara bes dari benang bersebelahan. Dalam
model Watson-Crick, bes berada dibahagian dalam heliks terletak pada sudut hampir 90
darjah kepada heliks (Rajah 11). Purin bes membentuk ikatan hidrogen dengan
pirimidin Penentutan ujikaji telah menunjukkan bagi sesuatu molekul DNA,
kepekatan adenin (A) bersamaan dengan thymine (T) dan kepekatan cytidine (C)
bersamaan guanin (G) dalam mana-mana molekul DNA. Ini bermakna A hanya
berpasangan dengan T, dan C dengan G. Mengikut paten ini, dikenali pasangan-bes
Watson-Crick pasangan- bes mengandungi G dan C mempunayi tiga ikatan hidrogen,
sementara A dan T mengandungi 2 ikatan hidrogen. Oleh itu pasangan- bes G-C lebih
stabil daripada pasangan bes A-T
13
Rajah 11: Ikatan fosfodiester antara nukleotida. Ikatan ini sama dalam DNA dan RNA.
Ambil perhatian keatas struktur deoksiribosa dimana C-2’ tidak terikat pada kumpulan
OH seperti gula ribosa RNA. Lihat juga kedudukan nyahselari benang DNA
Ciri selari heliks datangnya daripada orientasi setiap individu benang. Daripada mana-
mana posisi tetap di heliks, satu benang berorientasi ke arah 5' ---> 3' dan yang
satu lagi kearah 3' ---> 5'. Dipermukaan luar, heliks dubel DNA mengadungi 2 jalur
dalam antara rantai ribosa-fosfat . Dua jalur ini berbeza saiznya dan dinamakan jalur
major dan minor. Perbezaan saiz adalah disebabkan asimitri gelang deoksiribosa dan
ciri nyata struktur permukaan atas pasangan bes dibandingan dengan yang dibawah
(Rajah 13).
14
Rajah 13: Model struktur heliks DNA mempamerkan pasangan bes, heliks dubel dan
jalur major dan minor
3.3 Struktur Primer
DNA dan RNA adalah rantai panjang samada deoksiribonukleosida monofosfat
atauribonukleosida monofosfat disambung secara kovalen melalui ikatan fosfodiester .
Ikatan fosfodiester antara unit monomer kepada satu molekul polimer ditakrifkan
sebagai struktur primer. Ikatan fosfodiester mempunyai arah (dipanggil polariti,
kecuali dimaklum sebaliknya, dan mengikut konvensyen ialah 5' ke 3'), dan
pengaturan (atau order) nukleotida specifik sepanjang rantai dipanggil jujukan.
Jujukan nukleotida biasanya dicatatkan sebagai jujukan bes seperti ACGTT (mengikut
konvensyen jujukan bermula dengan hujung 5' disebelah kiri hujung 3' disebelah
kanan). Jujukan DNA atau RNA ialah informasi genetik, dimana setiap jujukan 3 bes
mengkodkan satu asid amino. Kita tidak akan membincang isu ini dengan lebih panjang
kerana sudah melebihi kandungan kursus ini.
3.4 Struktur Sekunder
Asid nukleik juga mempunyai struktur sekunder yang terhasil dari pelipatan rantai
polimer yang melibatkan ikatan bukan kovalen. Heliks dubel (dua benang) DNA telah
ditunjuk boleh berada dalam pelbagai bentuk. Bergantung jujukan kandungan dan
15
keadaan ionik penyediaan hablur. Bentuk β- melebihi pada keadaan fisiologi yang
rendah kepekatan ionikdan tinggi darjah hidrasi nya . Sementara itu bahagian heliks
yang kaya dengan dinukleotida pCpG boleh berada dalam helik tangan kiri yang
novel, satu komformasi disebut Z-DNA. Konformasi ini terhasil daripada pertukaran
180 darjah. dalam orientasi bes relatif keapda A- dan B-DNA yang mempunyai
orientasi lebih biasa (Jadual 3)
Jadual 3: Parameter heliks polinukleotida
Bentuk A Bentuk B Bentuk Z
Arah putaran heliks kanan kanan kiri
Bilangan residu satu
putaran
11 10 12 (6 dimer)
Putaran bagi satu
residu (
33 o
36 o
-60o
~-30o
per residu
Kenaikan heliks
bagi satu residu(h)
0.255nm 0.34 nm 0.37 nm
Pitch helik (=nh) 2.8nm
3.4 nm 4.5 nm
Diameter heliks ~2.6nm ~2.0nm ~1.8nm
Bentuk heliks dubel terlebar sederhana tertirus
Ikatan glikosidik anti anti Anti bagi pir
Sny bagi pur
3.5 Denaturasi DNA
Apabila sel membahagi DNA perlu disalin (replikasi). Untuk membolehkan proses ini
berlaku, kedua benang heliks perlu diasingkan melalui proses yang dipanggil denaturasi.
Proses ini bolehkan juga dilakukan secara in vitro. Jika larutan DNA didedahkan pada
suhu yang tinggi, ikatah hidrogen antara bes menjadi kurang stabil, dan benang heliks
akan berpisah disebabkan denaturasi thermal. Komposisi bes DNA banyak berbeza
daripada molekul ke molekul dan organisme keorganisme. Bahagian dupleks yang
mempunyai pasangang bes A-T lebih kurang stabil kepada haba dengan bahagian yang
kaya dengan pasangan-bes G-C (Rajah 14).
Dalam proses denaturasi thermal, satu titik akan tercapai dimana 50% DNA molekul
berada dalam bentuk benang tunggal. Titik ini diberi tanda Tm (Rajah 15). Tm ialah satu
ciri komposisi bes molekul DNA. bergantung kepada beberapa faktor selain daripada
komposisi bes. Ini termasuk sifat kimia pelarut dan jenis dan kepekatan ion dalam
larutan .
Bila DNA yang cair kerana haba disejukkan, benang yang berpasangan akan bercantum
semula mengikut pasangan bes yang betul dalam proses yang dipanggil ‘annealing’ atau
hibridisasi. Kadar hibridisasi bergantung pada jujukan nukleotida kedua benang DNA.
16
Rahah 14: Denarurasi DNA
Suhu atau pH yang
keterlaluan
Bahagianyang kaya
dengan A-T didenaturasi
dahulu
Peleraian dua benang DNA
Pemisahan benang dan
pengahsilan lipatan
rambang
17
Rajah 15: Kesan haba keatas molekul DNA
3.6 'Supercoiling'
molekul yang berbentuk bulat yang ditaupi oleh ikatan kovalen boleh berbentuk
'supercoil' . Bentuk ini bersamaan dengan struktur tertiar DNA yaitu satu order yang
lebih tinggi dalam ciri lipatan struktur sekonder. supercoiling mempunyai lebih
pasangan bes pada satu pusingan (underwinding). Sementara ‘supercoiling’ positif
mempunyai kurang pasangan bes bagi setiap pusingan/putaran (overwinding)
Molekul yang serupa tetapi berbeza hanya pada keadaan ‘supercoiling’ dipanggil
topoisomer (isomer topologi)
Aktiviti 1.2
Soalan:
Objektif
1. Jika peratus a dalam sesuatu molekul DNA ialah 17%, pertus C dalam molekul
yang sama ialah
A. 25
B. 17
18
C. 33
D. 34
E. 66
2. Ketinggian (pitch) satu pusingan B DNA ialah
A. 2.8oA
B 3.4 o
A
C. 4.5 o
A
D. 10 o
A
E. 11 o
A
Subjektif:
1. Rajahkan ikatan fosfodiester antara 2 nukleotida
2. Bincang mengenai faktor yuang mengesani nilai Tm sesuatu molekul DNA
3. Bincangkan struktur DNA lain berbanding dengan struktur asas yang
dikemukakan oleh Watson-Crick
4.0 RNA
RNA boleh memenuhi beberapa fungsi. Fungsi molekul yang berbeza ini termasuk dari
segi struktur dan maklumat. Struktur kimia RNA amat serupa dengan DNA. Ia
merupakan polimer monomer berulang (ribonukleotida). Walau bagaimana pun RNA
berbeza daripada DNA kerana biasanya ia berada dalam satu benang. Molekul RNA
adalah lebih kecil daripada DNA dalam sesuatu organisma ( hingga 10 kilobes
panajang maksimum) dan bergantung pada fungsinya adalah lebih berbeza dari segi
saiz. Molekul RNA boleh berkeadaan satu atau dua benang. Molekul RNA boleh juga
berbentuk lurus atau bulat (setakat ini tiada molekul RNA dua benang bulat dijumpai).
RNA yang terbanyak dalam sel ialah RNA ribosom (rRNA). Ia merupakan komponen
ribosom dan berperanan dalam proses sintesis protein. Walau pun RNA biasanya terlibat
dalam proses sintesis protein, ada juga RNA yang bertindak sebagai penyimpan
maklumat. Perkara berlaku dalam jenis-jenis virus yang tertentu.
4.1 Struktur RNA
Empat bes yang menjadi komponen RNA disenaraikan dalam Jadual 4. Walau
bagaimana pun terdapat tebitan-terbitan lain yang juga menjadi komponen RNA. Bes
terbitan ini lebih merupakan komponen struktur bukan kod asid amino. Perbezaan
utama dengan DNA ialah kehadiran gula ribosa mengganti gula deoksiribosa dan urasil
mengganti bes taimin. RNA satu benang tidak mengikut peraturan Chargaff, tetapi
molekul RNA yang 2 benang masih mengikut peraturan ini. Kehadiran kumpulan OH
pada C2' ribosa menyebabkan RNA lebih mudah di hidrolisiskan berbanding dengan
DNA. Semua RNA disintesis sebagai satu benang, dan mempunayi lebih banyak
19
konformasi dari DNA melalui pusingan dalaman, pusingan hujung tak berpasangan,
pusingan pin rambut dan heliks dubel.
Jadual 4. Bes purin dan primidin bagi RNA. Sila ambil perhatian tentang abjad
singkatan bagi setiap bes.
Purin Pirimidin
Adenin A
Guanin G
Urasil, U
Sitosil C
Nota: Jangan lupa, bes-bes ini akan digabung dengan gula ribosa dalam RNA
4.2 RNA Ribosom (rRNA)
rRNA ialah kumpulan RNA terbanyak di dalam sesuatu sel. Ia merupakan komponen
ribosom yang menjadi tapak sintesis protein. Setiap ribosom mengandungi kira-kira
60% RNA dan 40% protein. rRNA ialah salinan jujukan gen DNA tetapi tidak
ditranslasi. Genom eurkaryot memang mengandungi beratus salinan gen rRNA.
4.3 RNA penyampai (Messenger RNA, mRNA)
mRNA merupakan salinan kod genetik daripada DNA. Ia merupakan maklumat
jujukan asid amino yang digunakan semasa proses sintesis protein di ribosom. mRNA
yang disalin akan dibawa ke ribosom dimana maklumat yang dibwa akan ditranslasi
dalam proses sintesis protein. Oleh itu terdapat berjenis mRNA mengikut kod yang
tersimpan dalam DNA. Biasanya ia akan dihasilkan apabila keperluan kepada sesuatu
protein itu timbul.
Dalam proses transkripsi, DNA bertindak sebagai templat, dan mRNA ditranskrip
(disalin) adalah komplementari (berpasang) kepada templat ini. mRNA ialah molekul
satu benang. Saiznya bergantungkepada maklumat yang terkandung. Setiap tiga
nukleotida mRNA akan mengkodkan satu asid amino dan kod in dipanggil kodon.
4.4 RNA pemidah (transfer RNA, tRNA)
Oleh kerana asid amino tidak mempunyai keafinan kepada jujukan nukelotida mRNA,
sejenis molekul pelekat diperlukan untuk meletak asid amino pada jujukan yang
spesifik pada mRNA. tRNA bertindak sebagai pengangkut asid amino ke tapak sintesis.
Oleh kerana terdapat beberapa tRNA mengenali satu asid amino, bilangan tRNA
melebihi 20. Umpamanya, Esrechia coli mengandungi 86 tRNA. Kebanyakan
nukleotida asal dalam tRNAs telah berubah dengan besnya dimodifkasi enzim selepas
transkripsi. Dianatara bes yang termodifikasi termasuklah metilguanosin,
dimetilgunaosin, inosin, dimetilinosin, dihidrouridin dan pseudourodin
20
tRNA juga ditranskripsi daripada DNA tetapi tidak ditranslasi. Kebanyakan tRNA
mengandungi lebih kurang 75-80 nukleotida dan mempunyai sruktur sekonder yang
tinggi (interaksi pasangan bes) dan juga struktur tertiar (bukan ‘supercoiling’ tetapi
lipatan tambahan dalam ruang 3 dimensi). tRNA mempunyai bentuk daun cengkeh
(Rajah 17). Semua tRNA berakhir dengan ...CCA pada penghujung 3' . Asid amino
akan terikat pada penghujung 3' tRNAs membentuk aminoasil-tRNA ( tRNA bercas).
Antikodon, satu set 3 nukleotida,terdapat dilengkok struktur tengah daun cengkeh.
Antikodon merupakan komplemen (pasangan) kepada kodon mRNA, denganitu
membolehkan asid amino spesifik dibawa kepada mRNA mengikut jujukan yang
ditentukan.
Rajah 16: Struktur daun cengkeh tRNA
Aktiviti 1.3
Soalan:
Objektif
1. Pilih kenyataan yang BENAR mengenai RNA atau DNA
21
A. Hanya DNA merupakan penyimpan maklumat gen dalam sel hidupan
B. semua RNA hnaya mempunyai bes A, U, C dan G
C. Semua heliks dubel pusing kekanan
D. semua DNA mempunya galur minor dan major
E. Hanya RNA mempunya gula deoksiribosa
2. Pilih kenyataan yang PALSU
A. semua RNA ada bes urasil
B. semua RNA bertuk satu benang
C. tRNA mempunyai antikodon
D. tRNA mengenali asid amino yang spesifik
E. ribosom mengandungi perotein
Subjektif:
1. Apakah sebabnya RNA kurang stabil dibandingkan dengan DNA
Glosari
Istilah Makna/Takrifan
adenin Bes purin
antikodon Kod asid amino pada tRNA
allosterik Enzim yang dikesani modulator
diekspresikan Maklumat gen dikeluarkan dalam bentuk protein
ditranslasi Proses penghasilan protein dari mRNA
genetik Kod maklumat tersimpan dalam DNA
genom Gabungan maklumat gen
guanin Bes purin
hibridisasi
in vitro Di luar sel
kodon Kod asid amino pada mRNA
metabolit Bahan tindak balas
nukleosida Gabungan bes dan gula pentosa
nukleotida Gabungan bes, gula pentosa dan fosfat
pengklonan Penghasilan sel baru yang mempunyai maklumat
genetik yang sama
replikasi Pengahsilan molekul DNA baru dari templat DNA
ribosom Tapat sintesis protein
rRNA Pembawa jujukan nukleotida ketapak sintesis protein
sitosin Bes pirimidin
taimin Bes pirimidin khusus dalam DNA
topoisomer isomer topologi, perbezaan pada ‘supercoiling’
22
transkripsi Penyalinan DNA kepada RNA
tRNA Pembawa asid amino ketapak sintesis protein
urasil Bes pirimidin khusus dan RNA
UNIT
Biodata penulis
Nama penulis: Abu Bakar Salleh
No telefon: 03 89486101 samb 3635
Faks: 03 8943 0913
E-mail: [email protected] (Pelajar digalakkan mengguna kaedah ini untuk
berhubung dengan penulis)
Jangkamasa belajar
Mengikut sinopsis kursus, bahagian enzim memerlukan 6 kuliah sementara bahagian
hormon memerlukan 3 kuliah. Anda disarankan meluangkan sekurang-kurangnya 3 jam
bagi setiap jam kuliah bagi mengulangkaji.
Cara belajar
Kursus ini menekankan pengenalan nama dan struktur. Struktur yang perlu diketahui
mungkin spesifik bagi sesuatu molekul, tetapi biasanya anda perlu mengetahui struktur
am bagi sesuatu kumpulan. Seterusnya anda dikehendaki mengetahui peranan molekul
berkenaan, dan fungsi molekul yang selalunya dikaitkan dengan struktur dan komposisi
kimia molekul.
23
Selain daripada membaca isi kandungan modul ini, anda disarankan mendapatkan sebuah
buku teks yang tersenarai dalam modul ini.
Walaupun begitu pemahaman dan penghayatan biokimia tidak mungkin didapati hanya
melalui pembaca. Anda perlu menulis dan melakar semula nota dan struktur supaya
ianya terpahat dalam minda. Aktiviti yang disediakan akan dapat membantu anda
membuat ulangkaji.
Sila hantar jawapan kepada soalan dan permasalahan kepada penulis unit ini. Sila
catatkan nombor unit , aktiviti dan soalan dalam komunikasi anda. Saya akan dapat
mengekstrak fail anda jika anda mengguna Window 98/Word 2000 atau edisi yang
sebelumnya.
Timbal balas akan dilakukan dalam masa 3 hari selepas penerimaan mesej kecuali
penulis tidak dapat ke pejabat dalam masa itu.
24
Molekul Pengatur/Pengawal Tindak Balas dalam
Sel
Pengenalan
Untuk memahami bagaimana tindak balas dalam sel dikawal dan diatur, kita perlu
mempelajari 2 topik asas, iaitu enzim dan hormon. Kedua kumpulan pengatur ini
mempunyai sifat dan ciri tindakan yang tersendiri, tetapi mereka sering juga berinteraksi
bagi menentukan sel berfungsi dengan efisien.
Untuk memahami bagaiman enzim dan hormon bertindak, kita perlu mengetahui
sifatnya melalui struktur asas dan rupanya. Seterusnya kita perlu mengetahui cara ia
bertindak.
ENZIM DAN KOENZIM
Tajuk-tajuk
1. Apakah itu enzim?
2. Konsep pemangkinan: kinetik tindak balas kimia, tenaga aktivasi
3. Struktur enzim:
4. Ciri enzim
5. Penamaan enzim dan klassifikasi
6. Ciri tindak balas enzim
7. Keaktifan enzim
8. Parameter-parameter yang mengesan aktiviti enzim
9. Kofaktor dan koenzim
Objektif Pembelajaran
Selepas selesai mempelajari unit ini dengan sempurna, anda diharapkan dapat
1. Mengenali tentang enzim; sifat dan ciri tindak balasnya
2. Mengenali struktur enzim dengan penekanan kepada ciri proteinnya
3. Pengkalsan enzim
4. Memahami ciri tindak balas enzim
5. Mengenali dan memahami parameter-parameter yang mengesan aktiviti enzim
Parameter yang ditangani ialah
• kesan kepekatan enzim
• kesan kepekatan substrat
• kesan pH
• kesan suhu
25
• kesan perencat
6. Mengenali apakah itu kofaktor dan koenzim
1. 1 Apakah itu enzim?
1.1.1 Pemangkin dalam tindak balas
Untuk memahami ini peranan enzim, kita mesti memahami bahawa tindak balas kimia
perlu mempunyai pemangkin untuk membantu menjalankan tindak balas. Tanpa
pemangkin sesuatu tindak balas sukar untuk dijalankan.
Jika sesuatu substrat, S hendak ditukar kepada produk P, biasa tansformasi atau
pertukaran tidak berlaku dengan spontan. Kalau tidak tentulah susah bagai sesuatu
sebatian berada dalam sesuatu keadaan atau bentuk. Biasanya kita memerlukan tenaga
untuk menukar sesuatu bahan kepada satu bahan yang lain. Untuk medalami konsep
tindak balas yang menggunakan pemangkin cuba kita lihat prinsip kinetik kimia
1.1.2 Kinetik kimia
Teori keadaan transisi/sementara dan katalisis
E akt
Tenaga
S Rajah 1: Kinetik tindakbalas kimia
E net P
Progres tindak balas
Rajah profil tenaga satu tindak balas S→ P
E akt = tenaga aktivasi, perbezaan anatara tenaga keadaan S (atau penindak
balas) dan keadaan sementara (penindak balas)
E net = Perbezaan tenaga antara S dan P
Teori kinetik moden menyarankan bahawa bagi setiap tindak balas, penghasilan sesuatu
produk didahului oleh satu keadaan transisi/sementara yang merupakan keadaan
teraktif S. Tenaga aktivasi perlu diadakan untuk membawa substrat ketahap transisi
sebelum ianya bertukar kepada produk.
26
A*
Tenaga
A* E akt1
E akt2 Rajah 2: Kinetik
S tindakbalas kimia
dengan enzim
P
Progres tindak balas
E akt1 ialah tenaga aktivasi tanpa pemangkin
E akt2 ialah tenaga aktivasi dengan pemangkin
Mengikut teori keadaan sementara, sesuatu pemangkin berfungsi dengan menambah
kadar penghasilan bahantara sementara. Ini dialkukan dengan mengurangkan tenaga
aktivasi.
Nota : Tenaga P tidak semestinya rendah dari S. Jika P mempunyai tenaga dalaman
(internal energy) yang lebih rendah dari S, tenaga akan dibebas ke sekitaran. Tindakbalas
ini dipanggil eksothermik. Sebaliknya jika P mempunyai tenaga dalaman yang lebih
tinggi dari S, tindakbalas ini dipanggil endothermik
Aktiviti 1.1
1. Cuba anda lukis rajah kinetik tindak balas kimia di mana tenaga dalaman P lebih
tinggi daripada S. Catatkan lokasi tenaga aktivasi dan mutlak di atas rajah itu.
2. Dengan menggunakan gambarajah, terangkan bagaimana enzim dapat membantu
meningkat kadar tindakbalas. Soalan ini hanyalah merupakan latihan. Anda hanya perlu
menyalin semula Rajah 2! Adakah anda faham perkara yang hendak disampaikan oleh
rajah ini?
3. Soalan objektif:
Pernyataan yang manakah sesuai untuk enzim
A. enzim menukar tahap keseimbangan
B enzim adalah spesifik kepada substrat yang tertentu
C. enzim menyediakan teanga aktivasi
D. semua enzim adalah protein
E. enzim termusnah di dalam tindakbalas yang dimangkin
27
1.1.2 Enzim
Enzim merupakan pemangkin biologi. Enzim mempercepatkan tindak balas dalam sel
hidupan. Enzim adalah lebih efisien dari ebarang pemangkin buatan manusia. Ia
bertindak pada keadaan yang sederhana dan mempunyai ciri spesifik dalam pemilihan
substrat yang di tindak balasnya. Enzim tersebar luas dalam sel .
1.1.3 Enzim konstitutif dan induktif
Enzim konstitutif: ialah enzim yang sentiasa dikeluarkan oleh sel kerana keperluannya
senatiasa ada. Sementara enzim induktif memerlukan aruhan sebelum disintesis dalam
sel untuk sesuatu keperluan.
1.1.4 Bagaimana enzim berfungsi sebagai pemangkin
Bagaimanakah enzim dapat berperanan sebagai pemangkin? Enzim mengikat substrat
dengan cara dimana ikatan yang hendak ditindakbalas diletak berdekatan dengan pusat
pemengkinan di tapak aktif.Terdapat 4 faktor utama yang menyumbang kepada
kemampuan enzim sebagai pemangkin
• Diorientasi kepada kumpulan pemangkin supaya keadaan transisi mudah
terhasil
• Setengah enzim mungkin bergabung dengan substrat supaya menghasil
bahantara sementara yang mengandungi ikatan kovalen tidak stabil, yang mudah
bertukar kepada produk
• Mengadakan kumpulan berfungsi yang menghasilkan katalisis umum asid bes
• Menimbul ketegangan dan kebengkokan dalam ikatan substrat, membawa
kepada kepecahan ikatan berkenaan
1.2 Struktur enzim
Sejak mula enzim ditemuai, enzim telah dikenal pasti sebagai protein. Tetapi akhir-akhir
ini terdapat penemuan dimana sekumpulan asid ribonukleik (RNA) telah dapat
berfungsi sebagai pemangkin. Enzim yang berasaskan asid nukleik diberi nama
ribozim. Kita akan menumpukan perhatian kita kepada protein sebagai molekul enzim.
Tetapi kita jangan lupa bahawa ribozim juga berfungsi serupa dengan enzim protein.
1.2.1 Struktur enzim protein
Pada dasarnya enzim diasaskan oleh protein. Biasanya protein berbentuk globular dan
mempunyai struktur tertiar dan kuarterner protein Struktur 3 dimensi protein amatlah
penting dalam fungsi protein. Keutuhan struktur 3 dimensi memainkan peranan penting
dalam menentukan keaktifan enzim. Komposisi dan jujukan asid amino yang merupakan
monomer kepada protein tentulah mempunayi peranan utama dalam menentukan
28
struktur tertiar protein. Penyelidik telah membahagikan residu-residu asid amino yang
membangunkan sesuatu molekul enzim kepada 4 kumpulan
• Residu struktur
• Residu pemangkinan
• Residu pengikatan
• Residu tak perlu
Kumpulan 1 hingga 3 adalah penting dalam menentukan samada molekul protein dapat
berfungsi sebagai pemangkin dengan efisien. Pertukaran atau modifikasi kepada mana-
mana asid amino dalam kumpulan ini pasti menjejaskan keaktifan enzim itu.
1.3. Penamaan enzim dan klassifikasi
Padas mulanya setiap penyelidik yang menemui sesuatu enzim telah memberi namanya
sendiri. Kita akan sebut nama yang diberi ini sebagai nama am. Oleh itu terdapat satu
enzim yang mempunyai nama yang berlainan. Tambahan pula sesetengah nama yang
diberi tidak memberi sebarang maklumat atau penerangan seperti tripsin, pepsin dan
kaimotripisin. Ini menimbulkan kesukaran dalam mengenali enzim itu. Pada tahun 1964,
Suruhanjaya Antarabangsa Enzim telah mengemukakan satu sistem klasifikasi dan
penaman bagi enzim, dalam usaha menyelaras penamaan enzim. Penamaan ini dipanggil
nama sistematik. Enzim dikenali dan diklaskan berasaskan jenis tindak balas .
Didapati semua enzim yang telah ditemui dapat dibahagikan kepada 6 kumpulan utama.
Seterusnya setiap kumpulan boleh di bahagikan lagi untuk pengklasan yang lebih teliti.
Klas utama Jenis tindak balas
Oksido reduktase
Transferase
Hidrolase
Liase
Isomerase.
Ligase
Enzim berkaitan dengan pengoksidaan reductan.
Pemindah kumpul;an(radikal) seperti metil, asil, glikosil,
amina, fosforil dan lain-lainnya...
Tindakbalas substrate mengandungi air menghasilkan dua
produk
Penyahan kumpulan tanpa air
Pengauran molekul dalam substrat
Tindak balas sintetik, pergabungan 2 molekul
Jadual 1. Klasifikasi enzim
Seterusnya setiap kumpulan utama diberi nombor 1 hingga 6, sementara kelas-kelas dibawah
kumpulan ini juga diberi nombor pengenalan tersendiri, dengan tujuan mengkelaskan setiap
enzim kepada satu enzim yang jelas.
29
• No. pertama : Kumpulan utama
• No. kedua : sub-klas
• No. ketiga : sub-sub- klas
• No.keempat : nombor siri dalam sub-sub- klas
Contoh
COOH COOH
CH2 + FAD CH + FADH2
||
CH2 CH
COOH COOH
Nama am: suksinat dehidrogenase
Nama sistematik: suksinat : FAD oksidoreduktase
EC No.: 1 . 3 . 99 . 1
Penjelasan:
1 : termasuk dalam klas Oksidoreduksi
3 : kerana bertindak keatas kumpulan penderma > CH-CH
99: kerana penerima, FAD, yang diklaskan sebagai "yang lain"
1 : siri pertama dalam sub-subklas 99
Aktiviti 1.2
1. Soalan objektif
a. Kaji tindak balas berikut:
Glukosa + ATP Glukosa-6-fosfat + ADP
Kumpulan enzim ini ialah:
A. oksidoreduktase
B. transferase
C. hidroliase
D. isomerase
E. liase
30
2. Soalan subjektif:
a. Senaraikan kumpulan enzim mengikut Suruhanjaya Enzim. Jelaskan ciri
tindakbalas setiap kumpulan
1.4 Ciri enzim
enzim dikatakan mempunyai ciri yang lebih baik daripada pemangkin inorganik. Dua
ciri utama yang memberi kelebihan kepada enzimialah:
• Spesifisiti
• Keadaan tindak balas yang sederhana
1.4.1 Spesifisiti enzim
Spesifisiti enzim dikatakan timbul daripada konformasi tapak aktif. Tapak aktif
merupakan acuan yang dapat mengenali substrat yang khusus, yang sepadan dengan
bentuk acuan yang tersedia. Ahli enzimologi mengemukakan 2 jensi spesifisiti yang
terdapt pada enzim
• Spesifisiti: mutlak dan
• Spesifisiti relatif
Dua model telah dikemukakan bagi menggambarkan sifat spesifisiti diatas
Model kunci dan mangga
Model ini sesuai bagi enzim yang mempunyai spesifisiti spesifik. Enzim digambarkan
sebagai mangga yang hanya boleh dipadankan oleh anak kunci (substrat) (Rajah 3).
Mengikut modelini, enzim mempunyai tapak aktif yang berbentuk sepsifik dan tetap
kepada bentuk sesuatu substrat. Hanya substrat yang padan boleh masuk kedalam tapak
aktif ini, sebelum pemangkinan berlaku.
Teori ransang dan padan
Sementara teori ini menggambarkan sifat spesifisiti relaltif dimana satu enzim dapat
memangkin satu kumpulan substrat yang hampir serupa. Enzim mempunyai tapak aktif
yang lebih fleksibel kepada satu kumpulan substrat. Jika sesuatu substrat menghampiri
tapak aktif, kehadiran substrat mengaruh bentuk tapak aktif kepada acuan yang lebih
spesifik kepada substrat itu.
31
Enzim dan substrat kompleks- ES Produk
Tapak aktif
E S E P
Rajah 3: Model mangga dan anak kunci
1.4.1. Keaktifan enzim
Semua aspek keaktifan enzim bergantung kepada kehadiran tapak aktif pada molekul
enzim. . Keaktifan diukur melaui aktiviti enzim. Aktiviti enzim ialah kadar tindak
balas. Ia diukur dengan mengukur penghasilan produk mengikut unit masa.
Produk Rajah 4: Penghasilan produk mengikut
masa
masa
Jika kita membuat ujikaji dimana kita mengukur penghasilan produk mengikut masa kita
akan mendapati sebuah graf seperti Rajah 3. Penghasilan produk akan bertambah
mengikut masa hingga substrat kehabisan. Aktiviti boleh diukur dengan menentukan
kuantiti produk yang terhasil pada satu jangkamasa yang tetap. Mengikut Rajah 4,
pengukuran mestilah dibuat pada jarak garis lurus. Dalam enzimologi , aktiviti enzim
diambil pada jangkamasa yang terawal tindak balas berlalu dan dipanggil aktiviti awal
atau halaju awal.
32
1.4.2 Unit aktiviti
Unit yang selalu dipakai ialah unit (U) atau lebih tepat dipanggil unit antarabangsa (IU).
Satu IU ditakrifkan sebagai kadar penghasilan 1 µµµµmole produk dalam satu minit.
Suruhanjaya Enzim telah mengemukakan unit katal yang ditakrif kan sebagai kadar
penghasilan 1 mol produk dalam satu saat.
Aktiviti 1.3
1. Soalan objektif
Enzim yang mempunyai spesifisiti relatif
A. mempunyai konfigurasi tapak aktif yang tetap
B. mempunyai satu substrat yang khusus
C. konformasi protein yang tetap
D. bertindak dengan substrat yang berlainan
E. mampu mengubah sedikit bentuk tapak aktif untuk dipadankan dengan substrat-
substrat yang hampir sama
2. Soalan subjektif:
Lukiskan satu graf hasil lawan masa dan tandakan bagaimana kadar tindak balas
ditentukan.
3 Cuba anda tukar unit IU kepada unit katal.
Penyelesaian
1 IU = 1 µmole per minit = 1 µmole per 60 saat = 16.7 ηmole per saat
Bersamaan 16.7ηkatal !
1.5 Parameter yang mengesan keaktifan enzim
Kesan masa
Kesan masa terhadap penghasilan produk digambarkan pada Rajah 4. Bagi kepekatan
enzim dan substrat yang tetap, penghasilan produk akan meningkat mengikut masa
hinggalah substrat kehabisan. Kelok ini dipanggil kelok progres tindak balas dan
digunakan untuk penentuan aktiviti enzim. Jika graf ini di ubahsuai kepada graf aktiviti
enzimmelawan masa kita akan melihat graf seperti Rajah 5.
33
V
Masa
Rajah 5. Aktiviti enzim mengikut masa
1.5.2 Kepekatan enzim
Aktivit enzim akan meningkat dengan peningkatan kepekatan enzim hinggalah substrat
mkenjadi faktor penghad (Rajah 6)
V
{E}
Rajah 6. Kesan kepekatan enzim
terhadap aktiviti enzim
1.5.3 Kesan kepekatan substrat
Vmax
Vmax
2
Vo
Km
{S}
Rajah 7. Kesan kepekatan substrat
terhadap aktiviti enzim
34
Rajah 7 menggambarkan kesan peningkatan kepekatan substrat terhadap aktiviti enzim,
pada kepekatan enzim yang tetap. Di peringkat awal, aktiviti meningkat dengan
penambahan substrat, tetapi aktiviti akan mendatar bila enzim sudah menjadi tepu pada
peringkat kepekatan substrat yang tinggi. Kelok ini dipanggi kelok Michaelis-Menten
dan merupakan sebuah kelok hiperbola segiempat. Perlakuan ini hanya dipakai dengan
tindak balas satu substrat.. Ia boleh juga digambarkan melalui persamaan Michaelis-
Menten. Harus diingat bahawa tidak semua enzim mengikut hukum Michaelis-Menten.
Walau bagaimana pun perlakuan ini memberi kefahaman asas dalam kajian enzimologi.
Melalui graf ini kita dapat menentukan 2 parameter kinetik enzim iaitu aktiviti
maksimum, Vmax dan angkatap Michaelis, Km. Jika kita lihat persamaan Michaelis-
Menten, diperingkat kepekatan S adalah tinggi, Km+[S] akan menuju kepada nilai [S].
Ini bermakna, Vo = Vmax , iaitu aktiviti pada tahap maksimum. Sebaliknya jika kita
meletak nilai Vo = Vmax , kedalam persamaan Michaelis-Menten, kita akan mendapat
Km = [S]. Oleh itu kita boleh mentakrif Km sebagai kepekatan substrat yang akan
menghasilkan setengah aktiviti maksimum. Nila Km enzim kepada sesuatu substrat
menggambarkan keafinan enzim itu kepada sesuatu substrat.
Vo = Vmax [S]
Km+[S]
Dimana Vo ialah aktiviti awal enzim pada setiap kepekatan S
S ialah substrat
Vmax ialah aktiviti maksimum pada kepekatan enzim yang diguna
Km ialah angkatap Michaelis
Walau pun, kita dapat menetukan parameter kinetik Vmax dan Km melalui graf Michaelis-
Menten, kaedah ini hanyalah satu penganggaran, kerana tahap Vmax adalah juga satu
penganggaran. Oleh itu beberapa kaedah lain yang berasaskan pengolahan semula
persamaan Michaelis-Menten telah dikemukakan untuk membolehkan penentuan
parameter kinetik yang lebih tepat.
1/V
Rajah 8: Graf Lineweaver-Burk
1/S
35
cerun = -Km
Vo
Vmax
Rajah 9.Graf Eadie-Hofstee Km
Vo
S
Rajah 10 Graf Wolf
S/Vo
Cerun = 1/Vmax
Km/Vmax
S
Lihat Rajah 8, 9 dan 10 yang menggambarkan kaedah grafik yang lain,berasaskan
pengolahan ke atas persamaan Michaelis Menten.
1.5.4 Kesan suhu
Kesan suhu keatas aktiviti enzim dipengaruhi oleh 2 faktor. Sebagai protein , ia akan
mengalami proses denaturasi bila suhu menjangkau kepada satu tahap. Proses denaturasi
akan mengubah struktur tertier protein, dan akan menggugat keaktifan enzim.
Sementara itu mengikut kinetik kima, peningkatan suhu akan menambah kadar
pertembungan bahan-bahan yang bertindak balas, dan seterusnya memudahkan lagi
penghasilan bahantara sementara, dan produk. Dua faktor ini akan dilihat secara
menyeluruh deng an terhasilnya profil aktiviti lawan suhu. Setiap enzim akan
mempunyai suhu optimum (Rajah 11)
36
suhu. optimum
10 20 30 40 50 60 70 80
suhu
Rajah 11. Graf aktiviti melawan suhu bagi 2 jenis enzim
1.5.5 kesan pH
Kesan pH keatas aktiviti enzim dipengaruhi oleh 2 faktor juga. Sebagai protein , ia akan
mengalami proses denaturasi bila pH berada pada tahap yang ekstrim. Pertukaran cas
pada residu asid amino akan mengubah struktur tertier protein, dan akan menggugat
bentuk tapak aktif dan konformasi keseluruhan molekul enzim. Di samping itu,
pertukaran ciri ionik mungkin melibatkan residu asid amino pada tapak aktif yang
terlibat terus dengan proses pemangkinan.
Rajah 12 menggambarkan profil aktiviti lawan pH. Enzim juga a kan memberi nilai pH
optimum yang merupakan ciri sesuatu enzim.
Pepsin pH optimum
tripsin
aktiviti
2 4 6 8 10
pH
37
Rajah 12: Graf akiviti lawan pH bagi 2 jenis enzim
1.5.6 Kesan Perencat
Kehadiran peransang dan perencat merupakan faktor penting dalam tindakbalas enzim
Peransang dan perencat berperanan sebagai pengawal halus tindak balas. Sementara itu
kehadiran bahan asing seperti dadah dan racun turut menggugat tindakbalas enzim,
seterusnya mengganggu proses metabolisme sel.
Di bahagian ini kita akan memberi perhatian kepada perencat.Terdapat 3 jenis perencat
yang dikemukakan sebagai asas dalam kajian perencatan enzim
1.5.6.1 Perencat bersaing
Perencat bersaing mempunyai bentuk yang agak sama dengan substrat enzim. Perencat
bersaing dengan substrat untuk masuk kedalam tapak aktif. Keadaan ini akan
merendahkan aktiviti enzim pada sesuatu kepekatan substrat. Jika substrat ditambah, ia
kan dapat melawan kesan substrat, akhirnya nilai Vmax asal akan tercapai. Sementara
itu nilai Km akan meningkat dengan kehadiran perencat. Ciri ini dapat dilihat dengan
jelas pada graf Lineweaver-Burk (Rajah 13)
dengan perencat
tanpa perencat
1/V
1/S
Rajah 13 : Kesan perencat bersaing
1.5.6.2 Perencat bukan bersaing
Enzim yang direncat oleh perencat bukan bersaing mempunyai tapak asing bagi
perencat. Oleh itu perencat tidak semestinya mempunyai persamaan dengan substrat.
Kemasukan perencat kedalam tapak perencat akan mempengaruhi tapak aktif hingga
menyebabkan berlaku perubahan kepada bentuk tapak aktif. Substrat tidak dapat masuk
ke tapak aktif dan pemangkinan tidak berlaku.
Dari segi kesan keatas parameter kintek enzim, di dapati Km tidak berubah tetapi Vmax
adalah lebih rendah dari asal (Rajah 14)
38
1/v dengan perencat
tanpa perencat
1/S
Rajah 14. Graf menggambarkan kesan perencat bukan bersaing
1.5.6.3 Perencat tak bersaing
Enzim yang direncat oleh perencat tak bersaing juga mempunyai tapak berasingan bagi
perencat. Oleh itu perencat tidak semestinya mempunyai persamaan dengan substrat.
Perbezaan dengan perencat bukan bersaing hanyalah dari segi keupayaan substrat masuk
ke dalam tapak aktif. Substrat tetap dapat masuk ke dapat aktif sama ada perencat
masuk dahulu atau terkemudian darinya kedalam tapak perencat. Tetapi hasilnya ialah
kompleks enzim-substrat-perencat yang tidak mampu meruskan proses pemangkinan.
Dari segi kesan keatas parameter kinetik enzim, di dapati Km dan Vmax adalah lebih
rendah dari asal (Rajah 15). Garis lurus yang selari akan dapat dilihat dalam graf
Linewever Burk.
dengan perencat
2I
1/V I
tanpa perencat
1/S
Rajah 15. Graf menggambarkan kesan perencat tak bersaing
I ialah satu kepekatanperencat, sementara kepekatan digandakan bagi 2I
39
Aktiviti 1.4
1. Soalan objektif
a. Kaji kenyataan di bawah, mengenai bagaimana pH mengesan aktiviti enzim
P. kadar pertembungan substrat-enzim meningkat
Q. pertukaran cas ionik
R. denaturasi protein
S. pertukaran komformasi
T. pertukaran jujukan asid amino
Kenyataan yang BENAR ialah
A. P
B. P, Q
C. Q, R
D. Q, R, S
E. Q, R, S, T
b. Pilih kenyataan yang kurang tepat mengenai ciri tindak balas enzim.
Enzim bertindak
A. Enzim bertindak biasanya pada suhu yang sederhana
B. Enzim bertindak dengan substrat yang spesifik
C. Enzim bertindak biasanya pada tekanan yang sederhana
D. Km berbeza bagi berlainan substrat
E. semua enzim mengikuti hukum Michalis-Menten
2. Soalan subjektif
a. Terangkan bagaimana pH dapat mengesan aktivit enzim
b. Lakarkan plot Lineweaver Burk. Berasaskan graf ini, nyatakan bagai mana anda
dapat mengira nilai Km dan Vmax
2. Kofaktor dan koenzim
Sesetengah enzim memerlukan bantuan sebatian lain untuk menjalankan peranannya
sebagai pemangkin. Sebatian pembantu ini adalah bukan protein. Enzim yang
mempunyai pembantu ini dipanggil haloenzim. Enzim yang dipisahkan dari
pembantunya dipanggi apoenzim. Sementara kumpulan pembantu dipanggil kumpulan
prosthetik.
40
Kita akan berbicara tentang kumpulan prosthetik, yang secara umumnya dikenali
sebagai kofaktor. Kofaktor pula boleh dibahagikan kepada kofaktor dan koenzim.
Kofaktor diasaskan dari sebatian inorganik sementara koenzim diasaskan dari sebatian
organik. Jadi kofaktor ialah kumpulan umum bagi sub-kumpulan iaitu kofaktor dan
koenzim. .
2.1 Kofator
Peranan kofaktor dan koenzim ialah menjadi pembawa sementara kumpulan berfungsi
atom spesifik atau elektron yang dipindahkan dalam keseluruhan tindak balas.
Kofaktor biasanya berasaskan ion logam yang diperlukan dalam bentuk logam surih.
Logam surih termasuklah ion ferum(Fe+2
), Mg+2
, Mn+2
, Zn+2
, Al +3
dan Cu+2
. Ion
logam ini menjadi komponen penting sesetengah enzim(Jadual 2). Tanpanya enzim tidak
akan berfungsi.Di sinilah timbul keperluan kepada logam surih dalam pemakanan kita.
Ion logan Enzim
Zn+2
karbonik anhidrase karbokspeptidase,
fosfohidrolase, fosfotransferase
Fe+2
atau Fe+3
Sitokrom oksidase, katalase, peroksidase
Mn+2
Arginase
Mg+2
Glukokinase, glukofosfatase
Cu+2
Sitokrom oksidase
Rajah 2. Contoh enzim yang memerlukan logam surih sebagai kofaktor
2.2 Vitamin sebagai prekursur koenzim
Sudah menjadi satu ciri koenzim bahawa organisma atasan tidak dapat mensintesisnya
dan perlu mengambilnya melalui makanan. Keperluannya adalah sedikit sahaja setiap
hari, tetapi keperluannya adalah kritikal. Jadual 3 di bawah menunujukkan jenis-jenis
vitamin, koenzim yang dihasilkan, tindak balas yang dimangkinkan dan seterusnya
masalan/penyakit yang timbul jika kekurangan vitamin ini..
Koenzim dan
vitaminyang berkaitan
Koenzim Tindak balas yang memerlukannya,
masalah kekurangan
Larut air
Thiamine (vitamin B1)
Sumber - bijiran
TPP Dekarboksilasi.
Kekurangannya akan menyebabkan
penyakit beri-beri, lemah jantung dan
gangguan mental
41
Riboflavin FAD redoks kerencatan pertumbuahan
niacin
Piridin nukleotida redoks
Kekurangannya akan menyebabkan
pellagra, black tongue (anjing)
Asid Pantothenik
Koenzim A Pemindahan asil
Kekurangannya akan memberi simptom
gastrik diarrhea , kulit : ‘carrification’,
hilang pigmen, ‘desquamation’;
pendarahan dan nekrosis korteks
adrenal dengan peningkatan
keinginan untuk garam
Vitamin B6
piridoksal
piridoksin
- piridoksan
Metabolisme asid amino: transaminasi
Kekurangannya akan hanya dilihat
pada bayi dan wanita hamil
bayi : sawan.
Tindak balas asid amino lain:
Dekarboksilasi, racemisasi’
Kekurangannya akan menyebabkan
Dermatitis
Folic acid
Dihidro-, tetrahidro
folat
sumber atom 1 unit karbon
anemia
Asid lipoik Asid lipoik Pemindahan asil
Masalah pertumbuhan
Vitamin B12
koenzim B12 :
nucleosid adenina
4 tindak balas umum: pemotongan C-C,
pemotongan C-O, pemotongan C-N
dan pengaktifan metil
Vitamin C
Tak pasti bagaimana berfungsi.
Kekurangannya akan menyebabkan
‘scurvy’, pendarahan dan gigi
longgar.Di katakan berkesan bagi
menghindar selesema.
Larut lemak
Vitamin A
mekanisma fisiologi penglihatan.
Ada juga penglibatan dalam
pertumbuhan biasa sel,
mengesan tulang rangka
Vitamin D
- sumber : hati, ikan, susu menambah penyerapan kalsium dari
fosfat dalam usus. Kesan terus proses
kalsifikasi - kekurangan akan
merendahkan perkumuhan fosfat dan
pembuangan melalui buah pinggang,
rickets : penyakit tulang
42
Vitamin E kekurangan masalh reproduksi dalam
tikus
antioksidan - menahan tindakan O2
ke atas asid lemak (yang menghasikanl
peroksida)
Vitamin K
Masalah pembekuan darah
Jadual 3. Vitamin, koenzim dan kesannya
Perhatikah bahawa koenzim dibahagikan kepada 2 kumpulan samada larut dan tak larut air, berasaskan
ciri sebatian kimianya.
Aktiviti 1.5
Pada amnya, bahagian ini banyak memerlukan ingatan anda tentang jenis, tindakan atau kesan
kofaktordan koenzim.
1. Soalan objektif
Vitamin A dikaitkan dengan
A. penglihatan
B. pertumbuhan yang sempurna
C. penyakit kulit
D. selsema
E kekuatan tulang
2. Soalan subjektif:
Apakah kaitan vitamin dan enzim. Nyatakan kumpulan vitamin dan beri 2 contoh setiap
satu kumpulan.
3 Sep 00
43
Biodata penulis (untuk Unit ..)
Nama penulis: Abu Bakar Salleh
No telefon: 03 89486101 samb 3635
Faks: 03 8943 0913
E-mail: [email protected] (Pelajardigalakkan mengguna kaedah ini untuk
berhubung dengan penulis)
UNIT
Hormon
1.0 Pengenalan
Hidupan biologi di peringkat tinggi adalah kompleks dan memerlukan sistem
pengawalan yang lebih canggih. Oleh itu satu sistem penghantar signal adalah
diperlukan. Sel boleh menyampaikan sesuatu signal dengan pantas menghantar melalui
sistem sarap atau pun melaui sistem yang lebih lambat bagi melakukan sesuatu
perubahan iaitu melalui sistem endokrin. Sistem endokrin merupakan sistem
mengandungi kelenjar tanpa saluran yang mengeluarkan hormon sebagai penyampai
intersel.
Dalam unit ini kita akan mengenali satu lagi kumpulan biomolekul, hormon yang
berperanan mengawal atau mengatur tindak balas. Sementara satu enzim mengawal satu
tindak balas, hormon mempunyai peranan yang lebih besar iaitu mengawal sesuatu
proses dalam sel.
Tajuk-tajuk
1. Pengenalam
2. Kelenjar dan hormon
3. Klasifikasi hormon
4. Cara hormon bertindak
5. Hormon dan peranannya
6. Pemesan kimia yang lain
7. Klassifikasi hormon tumbuhan
8. Hormon tumbuhan dan perananya
9. Contoh struktur hormon tumbuhan
Objektif Pembelajaran
1. Memperkenalkan apakah sistem endokrin dan fungsinya dalam pengawalan
proses sel
2. Mengenali hormon dan tindakannya
3. Mengenali hormon tumbuhan dan peranannya
44
4. Mengenali pemesan kimia yang lain.
1.1 Pengenalam
Apakah yang dimaksudkan dengan sistem endokrin?
Sistem endokrin ialah satu kumpulan kelenjar yang merembeskan penyampai kimia
yang di panggil hormon. Hormon ialah sejenis bahan kimia yang dikeluarkan di satu
bahagian badan dan mempunyai sasaran di bahagian badan yang lain
Hormon dan enzim berperanan sebagai pengawal/pengatur kimia dalam sel multisel.
Signal ini disalurkan melalui darah kepada sel sasaran yang mempunyai reseptor sel
yang spesifik kepada hormon berkenaan.
1.2 Kelenjar dan hormon
Lebih 50 jenis hormon telah ditemui dalam badan manusia. Hormon dirembers oleh
kelenjar tertentu. Lokasi kelenjer digambarkan dalam Rajah 1 dan hormon (utama) yang
dirembes oleh kelenjar ini dibentangkan dalan Jadual 1