Asam nukleat tersusun dari serangkaian nukleotida individu untuk membentuk makromolekul dan, sebagai komponen utama gen dalam inti sel, merupakan pembawa informasi genetik dan mengkatalisasi banyak reaksi biokimia.
Masing-masing nukleotida terdiri dari fosfat dan komponen nukleobase serta molekul cincin pentosa ribosa atau deoksiribosa. Efektivitas biokimia asam nukleat tidak hanya didasarkan pada komposisi kimianya, tetapi juga pada struktur sekundernya, pada susunan tiga dimensinya.
Apa itu asam nukleat?
Bahan penyusun asam nukleat adalah nukleotida individu, masing-masing terdiri dari residu fosfat, ribosa monosakarida atau deoksiribosa, masing-masing dengan 5 atom C tersusun dalam sebuah cincin dan satu dari lima kemungkinan basa nukleob. Lima kemungkinan nukleobase adalah adenin (A), guanin (G), sitosin (C), timin (T) dan urasil (U).
Nukleotida yang mengandung deoksiribosa sebagai komponen gula dirangkai untuk membentuk asam deoksiribonukleat (DNA) dan nukleotida dengan ribosa sebagai komponen gula dibangun menjadi asam ribonukleat (RNA). Urasil sebagai basa nukleat terjadi secara eksklusif di RNA. Urasil menggantikan timin di sana, yang hanya ditemukan di DNA. Ini berarti hanya ada 4 nukleotida berbeda yang tersedia untuk struktur DNA dan RNA.
Dalam penggunaan bahasa Inggris dan internasional, serta dalam artikel teknis Jerman, singkatan DNA (asam desoksiribonukleat) biasanya digunakan sebagai pengganti DNS dan RNA (asam ribonukleat), bukan RNA. Selain asam nukleat yang terbentuk secara alami dalam bentuk DNA atau RNA, asam nukleat sintetis sedang dikembangkan dalam kimia yang, sebagai katalis, memungkinkan proses kimia tertentu.
Anatomi & struktur
Asam nukleat terdiri dari rantai nukleotida dalam jumlah besar. Nukleotida selalu terdiri dari monosugar deoksiribosa berbentuk cincin dalam kasus DNA atau ribosa dalam kasus RNA serta residu fosfat dan bagian nukleobase. Ribosa dan deoksiribosa hanya berbeda dalam deoksiribosa, gugus OH diubah menjadi ion H melalui reduksi, yaitu dengan menambahkan elektron, dan dengan demikian menjadi lebih stabil secara kimiawi.
Mulai dari ribosa atau deoksiribosa yang ada dalam bentuk cincin, masing-masing dengan 5 atom karbon, gugus nukleobasa dihubungkan ke atom karbon yang sama untuk setiap nukleotida melalui ikatan N-glikosidik. N-glikosidik berarti bahwa atom karbon yang sesuai dari gula terhubung ke gugus NH2 dari nukleobase. Jika Anda menetapkan atom C dengan ikatan glikosidik sebagai No. 1, maka - melihat searah jarum jam - atom C dengan No. 3 terhubung ke gugus fosfat dari nukleotida berikutnya melalui ikatan fosfodiester, dan atom C dengan No. 5 Esterifikasi dengan gugus fosfat "sendiri". Baik asam nukleat, DNA, dan RNA masing-masing terdiri dari nukleotida murni.
Ini berarti molekul gula sentral dari nukleotida DNA selalu terdiri dari deoksiribosa dan RNA selalu terdiri dari ribosa. Nukleotida asam nukleat tertentu hanya berbeda dalam urutan 4 kemungkinan basa nukleat. DNA dapat dianggap sebagai pita tipis yang dipelintir dan dilengkapi oleh pasangan pelengkap, sehingga DNA biasanya hadir sebagai heliks ganda. Pasangan basa adenin dan timin serta guanin dan sitosin selalu berseberangan.
Fungsi & tugas
DNS dan RNS memiliki tugas dan fungsi yang berbeda. Sementara DNA tidak melakukan tugas fungsional apa pun, RNA ikut campur dalam berbagai proses metabolisme. DNA berfungsi sebagai lokasi penyimpanan pusat informasi genetik di setiap sel. Ini berisi instruksi pembangunan untuk seluruh organisme dan membuatnya tersedia jika diperlukan.
Struktur semua protein disimpan dalam DNA dalam bentuk urutan asam amino. Dalam pelaksanaan praktis, informasi DNA yang dikodekan pertama-tama "disalin" melalui proses transkripsi dan diterjemahkan (ditranskripsi) ke dalam urutan asam amino yang sesuai. Semua fungsi kerja kompleks yang diperlukan ini dilakukan oleh asam ribonukleat khusus. Dengan demikian RNA mengambil tugas membentuk untai tunggal komplementer ke DNA di dalam inti sel dan mengangkutnya sebagai RNA ribosom melalui pori-pori inti keluar dari inti sel ke dalam sitoplasma menuju ribosom, untuk merakit dan mensintesis asam amino tertentu ke dalam protein yang dimaksud.
TRNA (transfer RNA), yang terdiri dari rantai yang relatif pendek sekitar 70 hingga 95 nukleotida, mengambil peran penting. TRNA memiliki struktur seperti semanggi. Tugas mereka adalah mengambil asam amino yang disediakan sesuai dengan pengkodean oleh DNA dan membuatnya tersedia untuk ribosom untuk sintesis protein. Beberapa tRNA mengkhususkan diri pada asam amino tertentu, tetapi tRNA lain bertanggung jawab atas beberapa asam amino pada saat yang bersamaan.
Penyakit
Proses kompleks sehubungan dengan pembelahan sel, yaitu replikasi kromosom dan penerjemahan kode genetik ke dalam urutan asam amino, dapat menyebabkan sejumlah malfungsi, yang memanifestasikan dirinya dalam berbagai kemungkinan efek dari mematikan (tidak dapat hidup) hingga hampir tidak terlihat.
Dalam kasus luar biasa yang jarang terjadi, malfungsi acak juga dapat menyebabkan adaptasi individu yang lebih baik terhadap kondisi lingkungan dan karenanya mengarah pada efek positif. Replikasi DNA dapat menyebabkan perubahan spontan (mutasi) pada gen individu (mutasi gen) atau dapat terjadi kesalahan dalam distribusi kromosom pada sel (mutasi genom). Contoh mutasi genom yang terkenal adalah trisomi 21 - juga dikenal sebagai sindrom Down.
Kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan dalam bentuk diet rendah enzim, situasi stres yang terus-menerus, paparan radiasi UV yang berlebihan memfasilitasi kerusakan DNA, yang dapat menyebabkan melemahnya sistem kekebalan dan mendorong pembentukan sel kanker. Zat-zat beracun juga dapat merusak beragam fungsi RNA dan menyebabkan kerusakan yang cukup parah.
