REAKSI-REAKSI SPESIFIK NUKLEOTIDA
Pengenalan
Nukleotida merupakan monomer asam nukleat (building block) memiliki banyak fungsi dalam metabolisme selular. Sebagai konstituen asam nukleat, deoxyribonucleic acid (DNA) dan ribonucleic acid (RNA), nukleotida berfungsi sebagai gudang informasi genetik. Struktur protein dan metabolisme biomolekul dan komponen selular lainnya merupakan roduk informasi yang sudah terprogram dalam nukleotida.
RNA juga terdiri atas nukleotida yang memiliki banyak fungsi. Ribosomal RNA (rRNA) adalah komponen ribosom yang bertanggungjawab pada sintesis protein. Massenger RNA (mRNA) merupakan intermediet yang membawa informasi genetik dari suatu gen ke ribosom. Transfer RNA (tRNA) adalah molekul yang menerjemahkan informasi pada mRNA untuk menentukan asam amino spesifik. Selain gudang genetik, nukleotida juga merupakan bagian dari koenzim, donor gugus fosforil (ATP dan GTP), donor gula (UDP dan GDP-gula) atau donor lipid (CDP-asilgliserol). Bentuk energi pada metabolisme tubuh tergantung pada adanya transfer gugus fosforil.
- Nukleotida mengikat basa nitrogennya pada atom C no. 1, dgn ikatan glikosida
- Gugus fosfat terikat pada gugus hidroksil atom C no. 5
- Kedua kondisi diatas, menyebabkan nukleotidamempunyai sifat sifat:
- Gugus phosphat à bertindak sbg asam kuat (pKa= 1)
- Gugus amina dr basa purin dan pirimidine, dpt di protonasi
- Nukleotida mampu menyerap sinar uv à dapat diukur konsentrasinya
Nukleotida memiliki tiga karakteristik komponen yaitu basa nitrogen heterosiklik, gula pentosa dan gugus fosfat. Molekul nukleotida yang gugus fosfatnya mengalami hidrolisis dinamakan dengan nukleosida. Basa dan gula pentosa penyusun nukleotida merupakan bentuk
senyawa heterosiklik.
Basa nitrogen heterosiklik yang menyusun nukleotida yaitu purin dan pirimidin. Ada
empat basa nitrogen yang merupakan unit pembentuk DNA yaitu adenin (A), guanin (G), sitosin (C) dan timin (T). Sedangkan pembentuk RNA yaitu adenin (A), guanin (G), sitosin (C) dan urasil (U). Adenin dan guanin merupakan basa nitrogen jenis purin sedangkan sitosin,timin dan urasil adalah derivat pirimidin.
Reaksi-rekasi Nukleotida
1. Jalur Penyelamatan dan Biosintetik
Nukleotida dan nukleosida dapat dipasok ke suatu organisme baik dengan reaksi penyelamatan atau dengan sintesis dari prekursor yang lebih kecil. Reaksi penyelamatan mengubah basis purin dan pirimidin menjadi nukleotida. Selain itu, purin bebas dan pirimidin dapat terdegradasi, purin menjadi senyawa asam urat yang teroksidasi dan pirimidin untuk senyawa yang lebih kecil (asam β-amino, bukan asam α-amino yang ditemukan dalam protein). Akhirnya, purin dan pirimidin dapat disintesis dari prekursor yang lebih kecil (sintesis de novo). Jadi tiga jalur berinteraksi untuk nukleotida, nukleosida, dan basa bebas ada: penyelamatan, degradasi, dan biosintesis.
Kerumitan ini disebabkan oleh peran sentral nukleotida sebagai mata uang energi, sinyal molekul, dan prekursor untuk makromolekul informasi dalam sel. Jika pasokan nukleotida menjadi terbatas, sel tidak bisa membuat DNA atau RNA, misalnya. Demikian pula, sel-sel harus memiliki persediaan nukleotida yang seimbang, karena A dan T, serta C dan G, terjadi pada proporsi yang sama dalam DNA dan dalam jumlah yang sama dalam RNA. Dengan demikian sel harus memastikan ketersediaan pasokan prekursor yang memadai. Di sisi lain, lebih banyak ATP diperlukan dalam penyimpanan energi relatif terhadap trifosfat nukleosida lainnya. Akhirnya, purin mendasarkan diri mereka sendiri dan nukleosida purin beracun bagi manusia (karena berbagai alasan), sehingga mereka harus siap dihilangkan.
Jalur penyelamatan
Nukleotida dan nukleosida sel terus berubah. Sebagai contoh, rantai DNA dan RNA sedang disintesis di dalam sel. Meskipun keseluruhan isi DNA sel adalah konstan, peregangan kecil terus diperbaiki. Bagian dari proses perbaikan adalah pemecahan satu untai dari heliks ganda DNA menjadi nukleotida, nukleosida, dan basa bebas. Purin dan pirimidin gratis diubah kembali menjadi monomer trifosfat nukleosida untuk digabungkan kembali menjadi DNA. Langkah umum dalam jalur ini adalah reaksi basa bebas dengan fosforibosil pirofosfat (PRPP) untuk menghasilkan nukleotida. PRPP adalah aktivator umum dari senyawa cincin nitrogen. Sebagai contoh, PRPP ditambahkan ke anthranilate selama biosintesis triptofan pada bakteri. PRPP dibuat oleh aktivasi ribose-5-fosfat. Ribose-5-fosfat dapat dibuat melalui jalur pentosa fosfat. Rupanya, dua enzim ada di semua sistem — satu untuk purin dan satu untuk pirimidin. Sintesis ikatan glikosidik menggunakan 1′-pirofosfat PRPP sebagai sumber energi, dan enzim mentransfer basis bebas ke posisi 1 of dari ribosa, membuat nukleotida.
2. Biosintesis purin
Sintesis purin menggunakan PRPP "pegangan" di mana cincin dirakit untuk membuat 5 ′ NMP, inosin monofosfat (IMP).
IMP adalah perantara umum dalam biosintesis purin, dan dapat dikonversi menjadi GMP atau AMP sesuai kebutuhan.
* Reaksi pertama dalam biosintesis purin adalah transfer amida dari glutamin ke PRPP dengan pelepasan pirofosfat. Produknya adalah phosphoribosylamine (PRA).
* Kemudian asam amino glisin ditransfer ke PRA, membuat mononukleotida glikinamid.
* Kelompok amino glisin dimetilasi, dengan kelompok formil yang disumbangkan oleh N 10-formyl-tetrahydrofolate.
Sekarang NH2 amino ditransfer ke karbon karboksil dari glisin dari glutamin, dengan ATP sebagai sumber energi. Senyawa ini, ribonucleotide formylglycineamidine, menutup untuk membuat cincin "lebih kecil" (imidazole) dari purin. Sekali lagi, penutupan cincin menggunakan energi ATP.
Sekarang cincin yang lebih besar dibangun di atas yang lebih kecil. Reaksi karboksilasi dengan CO 2 memulai sintesis cincin beranggota 6.
Kemudian gugus amino aspartat ditransfer ke karboksil, membuat amida. Kondensasi ini menggunakan ATP dan amida dibelah untuk melepaskan fumarat, meninggalkan imidazole dengan gugus 5-amino (tersisa dari tengah-tengah glisin empat langkah sebelumnya) dan 4-carboxamide. (Perhatikan bagaimana reaksi ini mirip dengan pembentukan arginin selama siklus urea.)
Delapan dari sembilan komponen cincin sekarang hadir. Komponen cincin terakhir berasal dari transfer 1-karbon dari grup formil dari N 10-formyltetrahydrofolate.
Akhirnya, cincin ditutup oleh dehidrasi untuk menghasilkan IMP.
IMP adalah perantara kunci biosintesis nukleotida purin. IMP dapat bereaksi di sepanjang dua jalur yang menghasilkan GMP atau AMP. Oksidasi dari 2 posisi membuat xanthine monophosphate, yang ditransamidasi ke GMP. Sebagai alternatif, kelompok α-amino aspartat dapat menggantikan oksigen cincin IMP untuk membuat AMP. (Perhatikan lagi bagaimana reaksi ini mirip dengan sintesis arginin dari citrulline.)
Tingkat kedua reaksi komplementer ini dapat mengontrol jumlah AMP atau GMP yang ada dalam sel. Masing-masing reaksi ini umpan balik-terhambat oleh produk nukleotida. Jadi, jika lebih banyak nukleotida adenosin daripada nukleotida guanosin, sintesis AMP melambat hingga nukleotida purin seimbang.
3. Degradasi nukleotida purin
Purin ekstra dalam diet harus dihilangkan. Pada mamalia, produk pemecahan purin adalah asam lemah, asam urat, yang merupakan purin dengan oksigen pada masing-masing dari tiga karbon.
Asam urat adalah produk ekskresi nitrogen utama pada burung dan reptil, di mana ia bertanggung jawab untuk penampilan putih, berkapur dari kotoran ini. Asam urat buruk larut dalam air, dan pada manusia, pembentukan kristal asam urat bertanggung jawab untuk gejala nyeri gout. Kristal ini disimpan dalam sendi (ingat bahwa gejala klasik gout adalah jari yang meradang).
Adenosin terdegradasi dalam reaksi dua langkah. Pertama, enzim adenosine deaminase bekerja pada AMP atau adenosine nucleoside untuk menghasilkan IMP atau inosine.
IMP dibelah oleh fosforolisis nukleosida untuk menghasilkan hypoxanthine dan ribose-1-fosfat. (Reaksi ini mirip dengan fosforolisis glikogen oleh glikogen fosforilase.)
Reaksi selanjutnya adalah deaminasi guanosine ke xanthine. Xanthine hanya membutuhkan satu oksigen lagi untuk membentuk asam urat. Xanthine oxidase mengoksidasi hypoxanthine dan xanthine menjadi asam urat, menggunakan oksigen molekuler, O2.
Seperti disebutkan sebelumnya, asam urat hanya sedikit larut dan individu dengan gangguan sekresi atau produksi asam urat berlebih tunduk pada nyeri asam urat sebagai endapan asam urat di persendian. Sebagian besar kasus asam urat mungkin karena gangguan ekskresi asam urat karena fungsi ginjal yang buruk. Karena konsentrasi asam urat dalam darah mendekati batas kelarutan, hanya sedikit gangguan eliminasi yang dapat mendorong konsentrasi yang cukup tinggi untuk mengendapkan asam urat. Lebih sering saat ini, gout muncul pada orang yang fungsi ginjal terganggu dengan usia, meskipun juga ditemukan pada individu dengan defisiensi genetik pada tingkat transferase hypoxanthine-guanine phosphoribosyl. Dalam kasus terakhir, jalur penyelamatan tidak berfungsi dengan baik, dan lebih banyak purin harus dihilangkan melalui konversi mereka ke asam urat.
Obat allopurinol, yang merupakan inhibitor xanthine oxidase, efektif mengobati asam urat. Allopurinol secara struktural mirip dengan hipoksantin, kecuali bahwa cincin beranggota 5 memiliki posisi karbon dan nitrogen terbalik.
Xanthine oxidase mampu mengikat allopurinol dan mengkatalisis satu oksidasi, mengubahnya menjadi senyawa yang mirip dengan xanthine. Namun, setelah konversi itu, enzim terperangkap dalam keadaan oksidasi yang tidak aktif dan tidak dapat menjalankan fungsi normalnya membentuk asam urat. Selain itu, allopurinol menghambat sintesis sintesis de novo (baru, dari senyawa lain; tidak didaur ulang), semakin menurunkan jumlah asam urat yang terbentuk dalam darah.
PERMASALAHAN :
1. Apa fungsi IMP dalam proses biosintesis protein?
2. Pada rantai ke berapa nukleotida mengikat basa nitrogenya, dan menggunakan ikatan apa? Jelaskan sepengetahuan kawan-kawan!
3. Jelaskan apa saja basa nitrogen yang terlibat dalam pembentukan DNA?
4. Apa tujuan dari degradasi nukleotida purin ? Seperti yang bapak jelaskan kemarin?
Reaksi-rekasi Nukleotida
1. Jalur Penyelamatan dan Biosintetik
Nukleotida dan nukleosida dapat dipasok ke suatu organisme baik dengan reaksi penyelamatan atau dengan sintesis dari prekursor yang lebih kecil. Reaksi penyelamatan mengubah basis purin dan pirimidin menjadi nukleotida. Selain itu, purin bebas dan pirimidin dapat terdegradasi, purin menjadi senyawa asam urat yang teroksidasi dan pirimidin untuk senyawa yang lebih kecil (asam β-amino, bukan asam α-amino yang ditemukan dalam protein). Akhirnya, purin dan pirimidin dapat disintesis dari prekursor yang lebih kecil (sintesis de novo). Jadi tiga jalur berinteraksi untuk nukleotida, nukleosida, dan basa bebas ada: penyelamatan, degradasi, dan biosintesis.
Kerumitan ini disebabkan oleh peran sentral nukleotida sebagai mata uang energi, sinyal molekul, dan prekursor untuk makromolekul informasi dalam sel. Jika pasokan nukleotida menjadi terbatas, sel tidak bisa membuat DNA atau RNA, misalnya. Demikian pula, sel-sel harus memiliki persediaan nukleotida yang seimbang, karena A dan T, serta C dan G, terjadi pada proporsi yang sama dalam DNA dan dalam jumlah yang sama dalam RNA. Dengan demikian sel harus memastikan ketersediaan pasokan prekursor yang memadai. Di sisi lain, lebih banyak ATP diperlukan dalam penyimpanan energi relatif terhadap trifosfat nukleosida lainnya. Akhirnya, purin mendasarkan diri mereka sendiri dan nukleosida purin beracun bagi manusia (karena berbagai alasan), sehingga mereka harus siap dihilangkan.
Jalur penyelamatan
Nukleotida dan nukleosida sel terus berubah. Sebagai contoh, rantai DNA dan RNA sedang disintesis di dalam sel. Meskipun keseluruhan isi DNA sel adalah konstan, peregangan kecil terus diperbaiki. Bagian dari proses perbaikan adalah pemecahan satu untai dari heliks ganda DNA menjadi nukleotida, nukleosida, dan basa bebas. Purin dan pirimidin gratis diubah kembali menjadi monomer trifosfat nukleosida untuk digabungkan kembali menjadi DNA. Langkah umum dalam jalur ini adalah reaksi basa bebas dengan fosforibosil pirofosfat (PRPP) untuk menghasilkan nukleotida. PRPP adalah aktivator umum dari senyawa cincin nitrogen. Sebagai contoh, PRPP ditambahkan ke anthranilate selama biosintesis triptofan pada bakteri. PRPP dibuat oleh aktivasi ribose-5-fosfat. Ribose-5-fosfat dapat dibuat melalui jalur pentosa fosfat. Rupanya, dua enzim ada di semua sistem — satu untuk purin dan satu untuk pirimidin. Sintesis ikatan glikosidik menggunakan 1′-pirofosfat PRPP sebagai sumber energi, dan enzim mentransfer basis bebas ke posisi 1 of dari ribosa, membuat nukleotida.
2. Biosintesis purin
Sintesis purin menggunakan PRPP "pegangan" di mana cincin dirakit untuk membuat 5 ′ NMP, inosin monofosfat (IMP).
IMP adalah perantara umum dalam biosintesis purin, dan dapat dikonversi menjadi GMP atau AMP sesuai kebutuhan.
* Reaksi pertama dalam biosintesis purin adalah transfer amida dari glutamin ke PRPP dengan pelepasan pirofosfat. Produknya adalah phosphoribosylamine (PRA).
Sekarang cincin yang lebih besar dibangun di atas yang lebih kecil. Reaksi karboksilasi dengan CO 2 memulai sintesis cincin beranggota 6.
Delapan dari sembilan komponen cincin sekarang hadir. Komponen cincin terakhir berasal dari transfer 1-karbon dari grup formil dari N 10-formyltetrahydrofolate.
Akhirnya, cincin ditutup oleh dehidrasi untuk menghasilkan IMP.
3. Degradasi nukleotida purin
Purin ekstra dalam diet harus dihilangkan. Pada mamalia, produk pemecahan purin adalah asam lemah, asam urat, yang merupakan purin dengan oksigen pada masing-masing dari tiga karbon.
Asam urat adalah produk ekskresi nitrogen utama pada burung dan reptil, di mana ia bertanggung jawab untuk penampilan putih, berkapur dari kotoran ini. Asam urat buruk larut dalam air, dan pada manusia, pembentukan kristal asam urat bertanggung jawab untuk gejala nyeri gout. Kristal ini disimpan dalam sendi (ingat bahwa gejala klasik gout adalah jari yang meradang).
Adenosin terdegradasi dalam reaksi dua langkah. Pertama, enzim adenosine deaminase bekerja pada AMP atau adenosine nucleoside untuk menghasilkan IMP atau inosine.
IMP dibelah oleh fosforolisis nukleosida untuk menghasilkan hypoxanthine dan ribose-1-fosfat. (Reaksi ini mirip dengan fosforolisis glikogen oleh glikogen fosforilase.)
Seperti disebutkan sebelumnya, asam urat hanya sedikit larut dan individu dengan gangguan sekresi atau produksi asam urat berlebih tunduk pada nyeri asam urat sebagai endapan asam urat di persendian. Sebagian besar kasus asam urat mungkin karena gangguan ekskresi asam urat karena fungsi ginjal yang buruk. Karena konsentrasi asam urat dalam darah mendekati batas kelarutan, hanya sedikit gangguan eliminasi yang dapat mendorong konsentrasi yang cukup tinggi untuk mengendapkan asam urat. Lebih sering saat ini, gout muncul pada orang yang fungsi ginjal terganggu dengan usia, meskipun juga ditemukan pada individu dengan defisiensi genetik pada tingkat transferase hypoxanthine-guanine phosphoribosyl. Dalam kasus terakhir, jalur penyelamatan tidak berfungsi dengan baik, dan lebih banyak purin harus dihilangkan melalui konversi mereka ke asam urat.
Obat allopurinol, yang merupakan inhibitor xanthine oxidase, efektif mengobati asam urat. Allopurinol secara struktural mirip dengan hipoksantin, kecuali bahwa cincin beranggota 5 memiliki posisi karbon dan nitrogen terbalik.
Xanthine oxidase mampu mengikat allopurinol dan mengkatalisis satu oksidasi, mengubahnya menjadi senyawa yang mirip dengan xanthine. Namun, setelah konversi itu, enzim terperangkap dalam keadaan oksidasi yang tidak aktif dan tidak dapat menjalankan fungsi normalnya membentuk asam urat. Selain itu, allopurinol menghambat sintesis sintesis de novo (baru, dari senyawa lain; tidak didaur ulang), semakin menurunkan jumlah asam urat yang terbentuk dalam darah.
PERMASALAHAN :
1. Apa fungsi IMP dalam proses biosintesis protein?
2. Pada rantai ke berapa nukleotida mengikat basa nitrogenya, dan menggunakan ikatan apa? Jelaskan sepengetahuan kawan-kawan!
3. Jelaskan apa saja basa nitrogen yang terlibat dalam pembentukan DNA?
4. Apa tujuan dari degradasi nukleotida purin ? Seperti yang bapak jelaskan kemarin?
Saya kan membantu menjawab permaslahan nomor 3Basa nitrogen penyusun DNA terdiri dari basa purin, yaitu adenin (A) dan guanin (G), serta basa pirimidin yaitu sitosin atau cytosine (C) dan timin (T). Ikatan antara gula pentosa dan basa nitrogen disebut nukleosida. Ada 4 macam basa nukleosida yaitu :
BalasHapusIkatan A-gula disebut adenosin deoksiribonukleosida (deoksiadenosin)
Ikatan G-gula disebut guanosin deoksiribonukleosida (deoksiguanosin)
Ikatan C-gula disebut sitidin deoksiribonukleosida (deoksisitidin)
Ikatan T-gula disebut timidin deoksiribonukleosida (deoksiribotimidin)
Saya akan menjawab permasalahan nomor 3
BalasHapusBasa nitrogen yang terlibat dalam pembentukan DNA diantaranya yaitu:
1. Adenin
Adenin adalah molekul organik yang ditemukan dalam DNA, asam ribonukleat (dikenal sebagai RNA) dan adenosine trifosfat, lebih umum dikenal sebagai ATP. Ini adalah purin, cincin 6-anggota yang berikatan dengan 5 anggota cincin pirimidin. Dalam DNA, ikatan ini dengan timin, membuat struktur yang akrab disebut double-helix. Penempatan dalam struktur yang menentukan keanekaragaman hayati. Di ATP, memungkinkan gugus fosfat untuk melampirkan molekul, untuk melepaskan energi yang digunakan oleh sel-sel organik.
2. Guanin
Guanin adalah basa purin ditemukan di kedua DNA dan RNA yang berikatan eksklusif dengan sitosin membentuk ribonukleosida disebut guanosin atau deoksiribosa membentuk deoxyguanosine. Senyawa ini dapat ditemukan sebagai bagian dari struktur membran sitoplasma. Hal ini juga dapat ditemukan dalam guanosin trifosfat, GTP, di mana ia membantu dalam proses seluler seperti regulasi pertumbuhan, transduksi sinyal, dan transportasi protein.
3. Timin
Timin adalah basa pirimidin ditemukan dalam DNA yang berikatan dengan adenin. Ketika dikombinasikan dengan deoksiribosa, ia menciptakan thymadine nukleosida, yang terlibat dalam transfer dan preservasi dan informasi genetik. Hal ini juga terlibat dalam biosintesis. Timin juga dapat terikat dengan fosfat untuk membuat monofosfat, difosfat atau trifosfat.
4. Sitosin
Sitosin adalah basa nitrogen berbentuk piramida yang berikatan dengan guanin di RNA dan DNA sebagai nukleotida dan fungsi sebagai bagian dari kode genetik. Namun, tidak stabil dan dapat berubah menjadi urasil. Hal ini juga dapat ditemukan dalam senyawa fosfat. sitosin Trifosfat dapat berfungsi sebagai co-enzim. Sitosin dapat mengubah adenosin difosfat, atau ADP, menjadi adenosin trifosfat, ATP dengan mentransfer fosfat.
Saya akan mencoba menjawab permasalahan nomor 1 yaitu Apa fungsi IMP dalam proses biosintesis protein?
BalasHapusIMP merupakan titik cabang untuk biosintesis purin, karena dapat dikonversi menjadi baik AMP atau GMP melalui dua jalur reaksi yang berbeda. Jalur yang mengarah ke AMP membutuhkan energi dalam bentuk GTP; yang mengarah ke GMP memerlukan energi dalam bentuk ATP. Pemanfaatan GTP dalam jalur untuk sintesis AMP memungkinkan sel untuk mengontrol proporsi AMP dan GMP untuk dekat kesetaraan. Akumulasi dari GTP berlebih akan menyebabkan sintesis AMP dipercepat dari IMP sebaliknya, dengan mengorbankan sintesis GMP. Sebaliknya, karena konversi IMP untuk GMP membutuhkan ATP, akumulasi dari kelebihan ATP menyebabkan sintesis dipercepat GMP atas bahwa dari AMP.
saya akan menjawab soal nomor 4
BalasHapusDEGRADASI NUKLEOTIDA PURINPada manusia hasil akhir katabolisme purin adalah asam urat. Sebagian mamalia (tidak termasuk manusia) dapat mengoksidasi asam urat menjadi allantoin, yang selanjutnya dapatdidegradasi menjadi urea dan amonia
Degradasi nukleotida purin menjadi asam urat:
Nucleases dan nucleotidases menurunkan rantai asam nukleat ke nukleotida bebas dan kemudian ke nukleosida. Para nucleoosides purin kemudian terdegradasi lebih lanjut menjadi asam urat, yang diekskresikan dalam urin.
Adenin: pertama deaminate untuk inosin, kemudian bersatu untuk membentuk hipoksantin, mengoksidasi untuk xanthine asam urat maka
Guanosin: bersatu pertama yang merilis guanin, kemudian deaminate untuk xanthine, mengoksidasi menjadi asam urat