PROSES YANG TERJADI PADA DNA

STRUKTUR DNATerdiri dari dua untai rangkaian nukleotida yang saling melilit kekanan dengan aksis yang sama.Satu lilitan berukuran 36 , atau tersusun atas 10,5 pasangan basa. Struktur utama, yang merupakan rangkaian deoksiribosa yang berselang-seling dengan gugus fosfat, berada di bagian luar lilitan.Pasangan basa purin dan pirimidin dari masing-masing untaian mengisi bagian dalam lilitan.

UNTAIAN BENANG DNAPasangan benamg DNA bukan identik tetapi berpasangan.C berpasangan dengan G, sedangkan A dengan T. Kedua benang DNA berpasangan secara antiparallel.Urutan basa ditulis dari ujung yang memiliki fosfat bebas di atom C no 5' dari gugus deoksiribosanya ke arah ujung yang memiliki hidroksil bebas di atom C no 3' dari gugus deoksiribosanya.Struktur ini sangat sesuai untuk penyimpanan dan transfer informasi!

IKATAN BASA DALAM DNAPasangan basa C-G (merah) dan A-T (biru) merupakan pasangan isosterik (bentuk dan ukurannya sama), sehingga memungkinkan pengisian ruang antar lilitan yang tidak dipengaruhi oleh urutan basa penyusunnya.

Pengisian ruang antar lilitan.

PENEMUAN STRUKTUR DNAFranklin memperoleh data difraksi sinar x (di awal tahun 1950s) yang menunjukkan adanya 2 periodisitas DNA, yakni 3.4 dan 34 . Watson dan Crick membuat model 3-D dari data tersebut.

ASAM NUKLEATKonformasi B Konformasi DNA.Konformasi A Konformasi RNA.36 pasangan basaStruktur penopang - biru;Basa- abu-abu

RINGKASAN STRUKTUR ASAM NUKLEAT

RNA MEMILIKI STRUKTUR YANG BERAGAMPasangan basa Watson-Crick (bagian yang membentuk heliks; konformasi A). Heliks adalah struktur sekunder.

Perhatikan pasangan A-U di RNA DNA juga dapat membentuk struktur seperti ini.

M1 RNA yang panjangnya 337 nukleotida sebagai bagian dari enzim RNase P (memproses tRNA) yang dimiliki oleh E. coli memiliki banyak struktur hairpin loopsRangkaian RNA acakpun dapat membentuk struktur (60-70%)RNA berukuran besar membentuk struktur kompleksPasangan G-U juga ditemukan, karena secara termodinamika dimungkinkan.Beberapa bagian lain dapat berpasangan sehingga membentuk lipatan tersier.

RNA MEMBENTUK STRUKTUR TERSIERRNA untai tunggal dalam heliks memilin ke kanan

Hijau = Struktur utamaIntron T. thermophila,Suatu ribozim (enzim dari RNA) (1GRZ) Bentuk kepala palu dari ribozim (1MME) tRNAPhe dari khamir(1TRA)

REAKSI PADA ASAM NUKLEATReplikasi: Pembentukan salinan tepat dari suatu molekul. Replikasi DNA merupakan sesuatu yang sangat penting bagi kehidupan karena hal ini yang memulai pembentukan keturunan.Transkripsi: Penyalinan informasi genetik yang disimpan dalam DNA membentuk RNATranslasi: Penterjemahan informasi genetik yang telah tersalin dalam bentuk RNA menjadi polipeptida yang tersusun atas urutan asam amino tertentuFungsi-fungsi ini pada molekul sekompleks DNA, RNA, dan polipeptida harus dilaksanakan tanpa kesalahan (kesalahan mengakibatkan mutasi).Oleh karenanya, perubahan kimia asam nukleat harus dicegah, dimonitor, dikendalikan, dan diperbaiki bila diperlukan.

TRANSFORMASI ASAM NUKLEATFisik Denaturasi (Meleleh)Renaturasi (Menempel)Tergores (Aus)KimiaReplikasi, sintesisPemotonganDeaminasiDepurinasiCrosslinkingAlkilasiOksidasi

DENATURASI DNAUntaian benang DNA dapat dipisahkan (didenaturasi) oleh peningkatan suhu, oleh karenanya disebut pelelehan DNA.Proses ini dapat diikuti dengan mengamati serapan sinar ultraviolet oleh DNA.Basa DNA yang berikatan dengan pasangannya menyerap sinar uv lebih sedikit daripada DNA yang terlepas; hal ini disebut hypochromism.

PERCOBAAN PELELEHAN DNATemperatur pelelehan (melting temperature, Tm) adalah titik tengah dari bagian kurva pelelehan yang linier. Bagaimana bentuk kurvanya?

UNTAIAN BENANG DNA YANG TERDENATURASI SEBAGIANGambar mikroskop elektron di samping menunjukkan DNA yang mengalami denaturasi sebagian oleh pemanasan.Anak panah merah menunjukkan daerah yang menjadi untai tunggal, yang tampak seperti gelembung (bubble).

Apakah bagian yang mengalami denaturasi paling awal selalu sama tiap kali DNA didenaturasi menggunakan panas? Kalau ya kenapa, kalau tidakpun kenapa? Apakah ciri-ciri daerah Bubble?

PELELEHAN DAN PENEMPELAN (MELTING AND ANNEALING) DNATm tergantung pH, kekuatan ion, panjang DNA, dan komposisi basa DNADenaturasi DNA bersifat dapat balik (reversible).Pembentukan DNA double heliks dari DNA yang mengalami denaturasi disebut annealing (penempelan).Penurunan suhu hingga di bawah Tm (perubahan pH, kekuatan ion, dll.) mengakibatkan annealing.

DENATURASI DAN ANNEALINGDenaturasi merupakan akibat dari rusaknya interaksi yang menstabilkan struktur DNA:Ikatan HidrogenKumpulan BaseRenaturasi dari untai DNA yang terpisah terjadi melalui 2 tahap.Renaturasi dari untai DNA yang mengalami denaturasi parsial terjadi melalui 1 tahap yang cepat

ANNEALING: HIBRIDISASIPercobaan: DNA manusia dan lalat yang mengalami denaturasi total.Cuplikan DNA terdenaturasi dicampur dan dibiarkan pada suhu ~ 65 C selama beberapa jamDalam kondisi ini basa-basa yang berpasangan akan mengalami annealing.Sebagian besar DNA lalat akan anneal dengan DNA lalat; sedangkan DNA manusia akan anneal dengan DNA manusiaBeberapa potongan DNA lalat akan anneal dengan potongan DNA manusia membentuk hybrid duplexes.Hal ini menunjukkan adanya bagian yang sama antara DNA manusia dan lalat sebagai bukti adanya kesamaan nenek moyang.Bagaimana jika DNA manusia dan simpanse?

REPLIKASI DNAPada replikasi DNA, masing-masing untai DNA berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis untai pasangannya yang baru, menghasilkan dua molekul DNA.Cara ini disebut cara replikasi semikonservatif.Replikasi cara semikonservatif membutuhkan pemisahan untai DNA (pelelehan sebagian, atau denaturasi) sehingga untai tetua menjadi cetakan.

NUCLEIC ACIDS CAN BE CHEMICALLY ALTEREDDeaminasiDepurinasiCrosslinkingAlkilasiOksidasiApa akibatnya?

DEAMINASI BASABasa nukleotida dapat mengalami kehilangan gugus amino eksosiklik secra spontan (deamination). Pada kondisi dalam sel, deaminasi sitosin dari DNA terjadi dengan frekuensi satu di antara 107 residu setiap 24 jam.Deaminasi A dan G terjadi pada frekuensi 1/10nya.Can now pair with

MUTASI KARENA DEAMINASIDeaminasi C bersifat mutagenik.Sitosin yang mengalami deaminasi berubah menjadi urasilUrasil yang dihasilkan berpasangan dengan A (C seharusnya berpasangan dengan G)Hal ini mengakibatkan penggantian G menjadi A di untai DNA pasangannyaUracil

TIMIN DALAM DNA MEMUNGKINKAN KOREKSI ATAS KESALAHANMengapa U hanya ada di RNA, dan T di DNA?Deaminasi spontan dari C, yang menghasilkan U, sering terjadi. Hal ini bersifat mutagenik (kenapa?)Enzime urasil glikosilase mengenali U di DNA dan memotong ikatan glikosidanya untuk menghilangkan basa ini.Sel mutan yang tidak memiliki urasil glikosilase sering mengalami mutasi G-C menjadi A-T.

DEPURINASIIkatan N-b-glikosil yang terjadi antara basa nitrogen dengan gula deoksiribosa dapat mengalami hidrolisis. Hal ini terjadi lebih cepat pada basa purin dibandingkan dengan basa primidin.1/100.000 purin hilang dari DNA setiap 24 jam.Depurinasi RNA berlangsung lebih lambat.

CROSSLINKING OF BASESDimer pirimidin dapat terjadi karena paparan sinar UV.Paling sering ditemukan pada T yang berdampingan dalam untai DNA yang sama.Membentuk siklobutana, atau dimer berikatan 6-4. Sinar X dan sinar g (gamma) dapat menyebabkan pemecahan struktur cincin dan fragmentasi basa nitrogen.

KERUSAKAN DNA KARENA UVPembentukan dimer siklobutan pirimidin dimer mengakibatkan tekukan pada heliks DNA.Hal ini terjadi 50-100 kali setiap detik pada sel-sel kulit yang disebabkan oleh sengatan sinar matahari.Sebagian besar kerusakan ini dikenali dan segera diperbaiki. Jika kerusakan tidak diperbaiki, mutasi permanen akan terjadi. Mutasi CC menjadi TT terjadi juka dimer CC salah berpasangan dengan dua basa adenin. Hal ini yang ditemukan pada gen p53 pada kasus kanker kulit.

MUTASI KARENA METILASI

ALKILASI KARENA PAPARAN KIMIADimetilsulfat dapat memetilasi guanin sehingga menghasilkan O6-metilguanin. Apa akibatnya?

SENYAWA KIMIA PENGALKILASI BERBAHAYA BAGI ANAK-ANAK DAN MAHLUK HIDUP LAINNYANitrogen mustard. Digunakan pada penangan penyakit Hodgkin dan tumor otak.Gejala awal akibat paparan: iritasi pada kulit, mata dan saluran pernapasan, terasa terbakar dan melepuh. Dampak jangka panjang: leukemia.