ASAM NUKLEAT

1. ASAM NUKLEAT Prisci Permanasari, S.Farm., Apt

2. We will learn about : • Komponen dan struktur asam nukleat • Sifat fisiko kimia DNA dan RNA • Struktur Kromosom • Struktur pengemasan DNA pada sel prokariot dan eukariot

3. Komponen & Struktur Asam Nukleat

4. Asam Nukleat • Polimer nukleotida yang berperan dalam penyimpanan serta pemindahan informasi genetik. • Struktur dasar

5. Basa Nitrogen NH2 Basa nitrogen N N Adenine Cytosine N N O N Glikosidik N O O N Guanine C 1 PIRIMIDIN N N N N NH2 Thymine N N CH3 O O NH2 PURIN N N Uracil O

6. MOLEKUL GULA Ribose OH COCH2 O H H H H OH OH Molekul gula Pentosa Deoxyribose O COCH2 OH H H H H OH H

7. Nukleosida NH2 N N Nucleosides are derivatives of purines and pyrimidines that have a sugar linked to a ring nitrogen. The sugar is linked via a N-glycosidic bond, to N-1 of a pyrimidine or to N-9 of a purine N N 3 7 5 6 4 2 1 8 5 1 4 6 2 9 3 O O NH2 COCH2 OH COCH2 OH 1 1 H H H H H N H H N H O OH H OH H

8. Nukleosida guanine guanosin uracil uridin

9. Gugus Fosfat Gugus Fosfat O O 5’ O CH2 OH P P O O־ O O־ O־ H H H H Fosfat OH H Gugus fosfat terikat pada atom C nomor 5 melalui ikatan fosfoester

10. Nukleotida NH2 N N cytosine Adenosin N N O O Ikatan N glikosidik O CH2 P P O O־ O O־ O־ H H H Ribosa H OH OH NH2 Adenosin Sitdin N N Adenosin monofosfat Sitdin monofosfat O Adenosin difosfat

11. Penamaan Asam Nukleat

12. Rantai Nukleotida O־ P O O־ O Basa 5’-P O CH2 H H H H Ikatan fosfodiester O H P O O־ O Basa O CH2 3’-OH H H H H OH H

13. Sifat fisiko kimia DNA dan RNA

14. DNA • Makromolekul dengan Mr yang sangat besar. • Terdiri dari mononukleotida utama : dAMP, dGMP, dTMP, dCMP • Terdiri dari dua rantai polinukleotida yang terikat satu sama lain dengan bantuan ikatan hidrogen yang tersusun dalam struktur heliks (heliks ganda)

15. antipararel strand Hydrogen bond in DNA molecule

17. STRUKTUR FISIK DNA In a DNA molecule, the two strands are not parallel, but intertwined with each other.  Each strand looks like a helix.  The two strands form a "double helix" structure,  which was first discovered by James D. Watson and Francis Crick in 1953.  In this structure, also known as the B form, the helix makes a turn every 3.4 nm, and the distance between two neighboring base pairs is 0.34 nm.  Hence, there are about 10 pairs per turn.  The intertwined strands make two grooves of different widths, referred to as the major groove and the minor groove, which may facilitate binding with specific proteins.

18. B FORM The normal right-handed "double helix" structure of DNA, also known as the B form. In a solution with higher salt concentrations or with alcohol added, the DNA structure may change to an A form, which is still right-handed, but every 2.3 nm makes a turn and there are 11 base pairs per turn.

19. different forms of DNA. Another DNA structure is called the Z form, because its bases seem to zigzag.  Z DNA is left-handed.  One turn spans 4.6 nm, comprising 12 base pairs.  The DNA molecule with alternating G-C sequences in alcohol or high salt solution tends to have such structure.

20. SIFAT DNA • DENATURASI DAN RENATURASI DNA • DNA yang untai ganda dapat mengalami denaturasi menjadi bentuk tunggal oleh adanya basa (pH . 11,3) dan pemanasan. Dan dapat kembali ter-renaturasi kembali menjadi untai ganda saat kondisi nya dikembalikan seperti semula. • Melting temperature (Tm) • Proporsi kandungan G – C • Kekuatan ionik larutan • Penambahan senyawa lain (metamol, natrium trifluoroasetet, urea, formamide) • Persaratan renaturasi • Kadar garam 0,15 – 0,5 M • Penurunan suhu 20 – 25 ° C dibawah Tm • Konsentrasi DNA

21. Jenis dan fungsi RNA • STRUKTUR FUNGSIONAL RNA • Oleh karena secara umum RNA berupa untai tunggal, maka di dalam sel ada kecenderungan untuk mengadakan komplemen dengan untaiannya sendiri sehingga membentuk struktur sekunder maupun tersier. • Struktur sekunder dapat berupa loop maupun hairpin, sedangkan struktur tersier berupa pseudoknot • JENIS RNA • ada 3 jenis RNA : • mRNA (messenger RNA) • tRNA (tranfer RNA) • rRNA (ribosomal RNA)

22. mRNA Ditinjau dari strukturnya mRNA terdiri dari 3 fragmen : • Koding sekuen  akan diterjemahkan menjadi rangkaian asam amino • Poli A  ujung 3’ OH • Cap  ujung 5’ PO4

23. tRNA mempunyai struktur yang unik, yakni : • Memiliki tiga lup • Lup kedu mempunyai tiga basa yang dapat berikatan dengan mRNA saat sintesis protein • Ujung 3’ OH membawa asam amino rRNA • Dari 45S RNA diproses menjadi 18S rRNA, 5.8S rRNA dan 28S rRNA • 18S rRNA  berkooperasi dengan ribosom subunit kecil • 5.8S rRNA dan 28S rRNA  berkooperasi dengan ribosom subunit besat

25. Struktur Kromosom

26. genom Total informasi genetik dari suatu sel disebut sebagai genom. Informasi genetik tersebut dibawa oleh suatu rangkaian nukleotida yang dinamakan gena, dan kumpulan gen tersebut dikemas menjadi satu yang disebut sebagai kromosom Kromosom - pertama kali dikemukakan oleh W. Waldenger dan diartikan sebagai chroma yang berarti warna dan soma yang berarti badan.

27. Pengemasan DNA • Sekitar 200 pb ntai DNA dipintal pada suatu set protein, yaitu histon yang menjadi suatu bentukan yang disebut unit nukleosom. • Unit-unit nukleosom tersusun padat membentuk benang yang lebih padat dan terpintal menjadi lipatan-lipatan solenoid. • Lipatan solenoid tersusun padat menjadi benang kromatin. • Benang-benang kromatin tersusun memadat menjadi lengan kromatid. • Lengan kromatid kembar disebut kromosom.

30. kromosom • Kromosom yang terdiri dari dua kromatid serupa mempunyai lenganpendek (p) dan lengan panjang (q). • Kedua lengan kromosom ini dipisahkan oleh suatu bagian yang disebut sentromer atau lekukan pertama (centromere) • pada masing-masing kromatid terdapat bagian yang disebut kinetokor yang berfungsi untuk berpegangannya kromosom dengan benang-benang spidel

32. Kromosom pada makhluk hidup berukuran panjang 0,2–50 mikron dan diameter 0,2–20 mikron. • Pada manusia ukuran kromosom kurang lebih 6 mikron. • Kromosom berfungsi membawa sifat individu dan membawa informasi genetika, karena di dalam kromosom mengandung gen. • Gen gen pada kromosom terdapat pada tempatnya yang disebut dengan lokus. • Gen merupakan bagian dari molekul DNA.

34. telomer Structure and fuction • The sequence at the ends of the eukaryotc chromosome • The telomere consists of simple repeated sequences of DNA • They are important in replikation of the end of linear DNA molecules

35. Struktur pengemasan DNA pada sel prokariot dan eukariot

36. Prokariotk & eukariotik genom • Eukaryot have membran bound organel, procaryot do not • DNA of eukaryot cell is contained within a nucleus. Mitochondria & chloroplast also have DNA essential to their fuctions. • Procaryotic DNA is contained within a nucleotid, which is not a membrane bound organelle

37. Kromosom pada sel prokariotik • Found in cytoplasm • Circular chromosome attached to the inside of the cell membrane • Single chromosome plus plasmids • Made only DNA • Copies its chromosome and divides imediely afterwards

38. Kromosom pada sel prokariotik • Semua gen esensialbakteri (prokariot) terdapatpadakromosom DNA untaigandaygberbentuksirkulertertutup.

39. The circular DNA is packaged into a region of the cell known as the nucleoid where it is organized  into 50 or so loops  or domainswhichareboundtoacentralproteinscaffold  attached to the cell membrane. Above figure illustrates these industries, although only six loops are shown for clarity. Within this structure the DNA is in fact not a circular double-stranded  DNA molecule like  as that shown  in fig.1b but is negatively supercoiled, which is, it is twisted upon itself and is also  complexed  with various DNA-binding proteins,  the  most  common  of that are proteins HU, H-NS and HLP-1. These are histone-like proteins.

41. Eucaryotic chromosome

42. Found in nucleus • Linear chromosomes • Many chromosomes • Usualy 10 – 50 chromosomes in somatic cells • Human body cells have 46 chromosomes • Made of chromatin, a nucleoprotrin (DNA coiled around histone protein) • Copies chromosomes then the cell grows

43. Kromosomseleukariotterkondensasimelaluipengemasan (packing) DNA secarabertahap. karyotype

45. Chromatin Transcriptionally inactive chromatin is densely packed during interphase as observed by electron microscopic studies and is referred to as heterochromatin Constitutive heterochromatin is always condensed and thus inactive. It is found in the regions near the chromosomal centromere and at chromosomal ends (telomeres). Facultative heterochromatin is at times condensed, but at other times it is actively transcribed and, thus, uncondensed and appears as euchromatin. Transcriptionally active chromatin stains less densely and is referred to as euchromatin.

46. ORI (origin of replication) • Perbanyakan (propagasi) dan perawatan tiap bagian DNA membutuhkan satu atau lebih situs awal replikasi (origin of replication = ORI) dan ujung telomer • ORI merupakansekuenskhusustempatdimulainyareplikasi DNA, yang letaknyakira-kiradibagiantengahkromosomsirkuler • Replikasiberlangsungdalamduaarah • Kromosombakteri, yang berbentukmelingkar, mempunyaisatusitusawalreplikasiyaitusatubagian DNA yang mempunyaiurutannukleotida yang spesifik • Kromosomeukariotikmempunyairatusanatauribuansitusawalreplikasi

47. Kromosom bakteri • Protein yang memulai replikasi DNA mengenali urutan ini dan menempel pada DNA, memisahkan kedua untaian dan membuka sebuah “gelembung” replikasi. • Replikasi DNA kemudian berjalan dalam dua arah sampai seluruh molekul tersebut disalin

49. Organisasi DNA genom pada eukariota • Manusia = 3.3 x 109pasanganbasa/sel haploid. • 1 kromosompanjangnya 7 cm • Total 46 kromosomkira-kira 2 meter • Sekarang 30.000 gen • Gen : segmenatauurutan DNA yang mengkodepolipeptida, tRNA, rRNA • Intron : intervening sequence (non-coding region) • Exon : expressed sequence (coding region)

50. DNA (genes) are organized into coding region (exon) which will be translated into proteins and noncoding region (intron/intervening sequence = IVS) which will not be translated into protein. During mRNA maturation, noncoding region will be removed by a process called splicing. In human, 30,000 genes have been characterized; however, scientists believe that the number of genes should be at least 80,000. All genes only comprises 3% of human genomes, others are introns and extragenic DNA