BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar
Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari kita melakukan
aktifitas, baik yang telah merupakan kebiasaan misalnya berdiri, berjalan,
mandi, makan dan sebagainya atau yang hanya kadang-kadang saja kita lakukan.
Untuk melakukan aktifitas itu kita memerlukan energi. Energi yang diperlukan
ini kita peroleh dari bahan makanan yang kita makan. Pada umumnya bahan makanan
itu mengandung tiga kelompok utama senyawa kimia, yaitu karbohidrat, protein
dan lemak atau lipid.
Tubuh
manusia tersusun atas berbagai macam senyawa organik salah satunya adalah apa
yang kita kenal sebagai Asam Nukleat. Asam Nukleat terdapat didalam inti sel,
hal ini mengindikasikan pentingnya Asam Nukleat dalam menopang seluruh proses kehidupan dalam tubuh. Dalam
kenyataannya, memang kode genetik
yang
tesimpan dalam rantaian DNA digunakan untuk membuat protein, kapan, dimana dan seberapa banyak.
Asam nukleat merupakan salah satu makromolekul yang
memegang peranan sangat penting dalam kehidupan organisme karena di dalamnya
tersimpan informasi genetik. Asam nukleat sering dinamakan juga polinukleotida
karena tersusun dari sejumlah molekul nukleotida sebagai monomernya. Tiap
nukleotida mempunyai struktur yang terdiri atas gugus fosfat, gula pentosa, dan
basa nitrogen atau basa nukleotida (basa N).
Oleh karena itu maka penulis sangat tertarik untuk
menelaah lebih mendalam apa mengenai Karbohidrat dan asam Nukleat tersebut
1.2
Rumusan
Masalah
Berdasarkan
latar belakang diatas. Maka penulis dapat merumuskan beberapa masalah yang akan
dibahas selanjutnya. Adapun rumusan masalah tersebut adalah:
1.
Apa pengertian Karbohidrat
dan asam Nukleat ?
2.
Apa jenis-jenis
Karbohidrat dan sumber-sumber Karbohidrat ?
3.
Apa fungsi Karbohidrat dan apa perannya dalam metabolisme ?
4.
Bagaimana struktur Asam Nukleat dan sifat fisika-kimia?
5.
Apa nukleosida dan nukleotida ?
6.
Apa itu ikatan
Fosfodiester?
7.
Bagaimana struktur
double Helix ?
1.3
Tujuan
Sejalan dengan latar belakang dan
rumusan masalah diatas, adapun tujuan yang ingin dicapai adalah sebagai
berikut.
1.
Untuk mengetahui pengertian
Karbohidrat dan Asam Nukleat
2.
Untuk mengetahui jenis dan sumber Karbohidrat.
3.
Untuk mengetahui fungsi karb. & peranannya dalam
metabolisme
4.
Untuk mengetahui struktur & sifat fisika-kimia asam
nukleat.
5.
Untuk mengetahui apa itu nukleosida dan nukleotida.
6.
Untuk mengetahui apa
itu ikatan fosfodiester .
7.
Untuk mengetahui bagaimana Struktur tangga berpilin (double helix) DNA .
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Karbohidrat
2.1.1 Pengertian
Karbohidrat memegang peranan penting dalam alam karena
merupakan sumber energi utama bagi manusia dan hewan yang harganya relatif
murah. Semua karbohidrat berasal dari tumbuh-tumbuhan. Melalui fotosintesis,
klorofil tanaman dengan bantuan sinar matahari mampu membentuk karbohidrat dari
karbondioksida (CO2) berasal dari udara dan air (H2O)
dari tanah. Karbohidrat yang dihasilkan adalah klarbohidrat sederhana glukosa.
Di samping itu dihasilkan oksigen (O2) yang lepas di udara.
Sinar matahari
klorofil 
6 CO2 + 6 H2O
C6H12O6
+ 6 O2
karbohidrat
Produk yang dihasilkan
terutama dalam bentuk gula sederhana yang mudah larut dalam air dan mudah
diangkut ke seluruh sel-sel guna penyediaan energi. Sebagian dari gula
sederhana inmi kemudian mengalami polimerisasi dan membentuk polisakarida. Ada
dua jenis polisakarida tumbuh-tumbuhan, yaitu pati dan nonpati. Pati adalah
bentuk simpanan karbohidrat berupa polimer glukosa yang dihubungkan dengan
ikatan glikosidik (ikatan antara gugus hidroksil atom C nomor 1 pada molekul
glukosa dengan gugus hiodroksil atom nomor 4 pada molekul glukosa lain dengan
melepas 1 mol air). Polisakarida
nonpati membentuk struktur dinding sel yang tidak larut dalam air. Struktur
polisakarida nonpati mirip pati, tapi tidak mengandung ikatan glikosidik.
Serelia, seperti beras, gandum, dan jagung serta umbi-umbian merupakan sumber
pati utama di dunia. Polisakarida nonpati merupakan komponen utama serat
makanan.
2.1.2 Jenis-jenis
Karbohidrat
1.
Karbohidrat
Sederhana
Karbohidrat sederhana terdiri dari:
a.Monosakarida
Sebagian besar monosakarida dikenal sebagai heksosa,
karena terdiri atas 6-rantai atau cincin karbon. Atom-atom hidrogen dan oksigen terikat pada rantai atau
cincin ini secara terpisah atau sebagai gugus hidroksil (OH). Ada tiga jenis
heksosa yang penting dalam ilmu gizi, yaitu glukods, fruktosa, dan galaktosa.
Ketiga macam monosakarida ini mengandung jenis dan jumlah atom yang sama, yaitu
6 atom karbon, 12 atom hidrogen, dan 6 atom oksigen. Perbedaannya hanya
terletak pada cara penyusunan atom-atom hidrogen dan oksigen di sekitar
atom-atom karbon. Perbedaan dalam susunan atom inilah yang menyebabkan
perbedaan dalam tingkat kemanisan, daya larut, dan sifat lain ketiga
monosakarida tersebut. Monosakarida yang terdapat di alam pada umumnya terdapat
dalam bentuk isomer dekstro (D). gugus hidroksil ada karbon nomor 2 terletak di
sebelah kanan. Struktur kimianya dapat berupa struktur terbuka atau struktur
cincin. Jenis heksosa lain yang kurang penting dalam ilmu gizi adalah manosa.
Monosakarida yang mempunyai lima atom karbon disebut pentosa, seperti ribosa
dan arabinosa
1.Glukosa,
dinamakan juga dekstrosa atau gula anggur, terdapat luas di alam dalam jumlah
sedikit, yaitu di dalam sayur, buah, sirup jagung, sari pohon, dan bersamaan
dengan fruktosa dalam madu. Glukosa memegang peranan sangat penting dalam ilmu
gizi. Glukosa merupakan hasil akhir
pencernaan pati, sukrosa, maltosa, dan laktosa pada hewan dan manusia. Dalam
proses metabolisme, glukosa merupakan
bentuk karbohidrat yang beredar di dalam tubuh dan di dalam sel merupakan
sumber energi.
2.Fruktosa,
dinamakan juga levulosa atau gula buah, adalah gula paling manis. Fruktosa
mempunyai rumus kimia yang sama dengan glukosa, C6H12O6,
namun strukturnya berbeda. Susunan atom dalam fruktosda merangsang jonjot
kecapan pada lidah sehingga menimbulkan rasa manis.
3.Galaktosa, tidak terdapat bebas di alam seperti halnya glukosa dan fruktosa, akan
tetapi terdapat dalam tubuh sebagai hasil pencernaan laktosa.
4.Manosa,
jarang terdapat di dalam makanan. Di gurun pasir, seperti di Israel terdapat di
dalam manna yang mereka olah untuk membuat roti.
5.Pentosa,
merupakan bagian sel-sel semua bahan makanan alami. Jumlahnya sangat kecil,
sehingga tidak penting sebagai sumber energi.
B.Disakarida
Ada empat jenis
disakarida, yaitu sukrosa atau sakarosa, maltosa, laktosa, dan trehaltosa.
Trehaltosa tidak begitu
penting dalam milmu gizi, oleh karena itu akan dibahas secara terbatas.
Disakarida terdiri atas dua unit monosakarida yang terikat satu sama lain
melalui reaksi kondensasi. kedua monosakarida saling mengikat berupa ikatan
glikosidik melalui satu atom oksigen (O). ikatan glikosidik ini biasanya
terjadi antara atom C nomor 1 dengan atom C nomor 4 dan membentuk ikatan alfa,
dengan melepaskan satu molekul air. hanya karbohidrat yang unit monosakaridanya
terikat dalam bentuk alfa yang dapat dicernakan. Disakarida dapat dipecah
kembali mejadi dua molekul monosakarida melalui reaksi hidrolisis. Glukosa
terdapat pada ke empat jenis disakarida; monosakarida lainnya adalah fruktosa
dan galaktosa.
Ø Sukrosa atau sakarosa dinamakan juga gula tebu atau gula
bit. Secara komersial gula pasir yang 99% terdiri atas sukrosa dibuat dari
keuda macam bahan makanan tersebut melalui proses penyulingan dan kristalisasi.
Gula merah yang banayk digunakan di Indonesia dibuat dari tebu, kelapa atau
enau melalui proses penyulingan tidak sempurna. Sukrosa
juga terdapat di dalam buah, sayuran, dan madu.
Ø
Maltosa
(gula malt) tidak terdapat bebas di alam. Maltosa terbentuk pada setiap
pemecahan pati, seperti yang terjadi pada tumbuh-tumbuhan bila benih atau
bijian berkecambah dan di dalam usus manusia pada pencernaan pati.
Ø
Laktosa
(gula susu) hanya terdapat dalam susu dan terdiri atas satu unit glukosa dan
satu unit galaktosa. Kekurangan laktase ini menyebabkan ketidaktahanan terhadap
laktosa. Laktosa yang tidak dicerna tidak dapat diserap dan tetap tinggal dalam
saluran pencernaan. Hal ini mempengaruhi jenis mikroorgnaisme yang tumbuh, yang
menyebabkan gejala kembung, kejang perut, dan diare. Ketidaktahanan terhadap
laktosa lebih banyak terjadi pada orang tua. Mlaktosa adalah gula yang rasanya
paling tidak manis (seperenam manis glukosa) dan lebih sukar larut daripada
disakarida lain.
Ø
Trehalosa seperti juga maltosa, terdiri atas dua mol glukosa
dan dikenal sebagai gila jamur. Sebanyak 15% bagian kering jamur terdiri atas
trehalosa. Trehalosa juga terdapat dalam serangga.
C.Gula
Alkohol
Gula alkohol terdapat di dalam alam dan dapat pula dibuat
secara sintesis. Ada empat jenis gula alkohol yaitu sorbitol, manitol,
dulsitol, dan inositol.
Ø Sorbitol, terdapat di dalam beberapa jenis buah dan secara
komersial dibuat dari glukosa. Enzim
aldosa reduktase dapat mengubah gugus aldehida (CHO) dalam glukosa
menjadi alkohol (CH2OH). Struktur
kimianya dapat dilihat di bawah.
Sorbitol banyak digunakan dalam minuman dan makanan
khusus pasien diabetes, seperti minuman ringan, selai dan kue-kue. Tingkat
kemanisan sorbitol hanya 60% bila dibandingkan dengan sukrosa, diabsorpsi lebih
lambat dan diubah di dalam hati menjadi glukosa. Pengaruhnya terhadap kadar
gula darah lebih kecil daripada sukrosa. Konsumsi lebih dari lima puluh gram
sehari dapat menyebabkan diare pada pasien diabetes.
Ø
Manitol dan Dulsitol adalah alkohol yang dibuat dari
monosakarida manosa dan galaktosa. Manitol terdapat di dalam nanas, asparagus,
ubi jalar, dan wortel. Secara komersialo manitol diekstraksi dari sejenis
rumput laut. Kedua jenis alkohol ini banyak digunakan dalam industri pangan.
Ø
Inositol merupakan alkohol siklis yang menyerupai glukosa.
Inositol terdfapat dalam banyak bahan makanan, terutama dalam sekam serealia.
D.Oligosakarida
Oligosakarida terdiri atas
polimer dua hingga sepuluh monosakarida.
Ø
Rafinosa, stakiosa, dan verbaskosa
adalah oligosakarida yang terdiri atas unit-unit glukosa, fruktosa, dan galaktosa.
Ketiga jenis oligosakarida ini terdapat du dalam biji tumbuh-tumbuhan dan
kacang-kacangan serta tidak dapat dipecah oleh enzim-enzim perncernaan.
Ø
Fruktan adalah sekelompok oligo dan polisakarida yang
terdiri atas beberapa unit fruktosa yang terikat dengan satu molekul glukosa.
Fruktan terdapat di dalam serealia, bawang merah, bawang putih, dan asparagus.
Fruktan tidak dicernakan secara berarti. Sebagian ebsar di dalam usus besar
difermentasi.
- Karbohidrat Kompleks
A
.Polisakarida
Karbohidrat kompleks ini dapat mengandung sampai
tiga ribu unit gula sederhana yang tersusun dalam bentuk rantai panjang lurus
atau bercabang. Jenis polisakarida yang penting dalam ilmu gizi adalah pati,
dekstrin, glikogen, dan polisakarida nonpati.
Ø Pati
merupakan simpanan karbohidrat dalam tumbuh-tumbuhan dan merupakan karbohidrat
utama yang dimakan manusia di seluruh dunia. Pati terutama terdapat dalam
padi-padian, biji-bijian, dan umbi-umbian.
Jumlah unit glukosa dan susunannya dalam satu jenis
pati berbeda satu sama lain, bergantung jenis tanaman asalnya. Bentuk butiran
pati ini berbeda satu sama lain dengan karakteristik tersendiri dalam hal daya
larut, daya mengentalkan, dan rasa. Amilosa merupakan rantai panjang unit
glukosa yang tidak bercabang, sedangkan amilopektin adfalah polimer yang
susunannya bercabang-cabang dengan 15-30 unit glukosa pada tiap cabang. Dekstrin merupakan produk antara pada
perencanaan pati atau dibentuk melalui hidrolisis parsial pati. Dekstrin
merupakan sumber utama karbohidrat dalam makanan lewat pipa (tube feeding). Cairan glukosa dalam hal ini merupakan campuran
dekstrin, maltosa, glukosa, dan air. Karena molekulnya lebih besar dari sukrosa
dan glukosa, dekstrin mempunyai pengaruh osmolar lebih kecil sehingga tidak
mudah menimbulkan diare.
Ø
Glikogen dinamakan juga pati hewan karena merupakan bentuk
simpanan karbohidrat di dalam tubuh manusia dan hewan, yang terutama terdapat
di dalam hati dan otot. Dua pertiga bagian dari glikogen disimpan dalam otot
dan selebihnya dalam hati. Glikogen dalam otot hanya dapat digunakan untuk
keperluan energi di dalam otot tersebut, sedangkan glikogen dalam hati dapat
digunakan sebagai sumber energi untuk keperluan semua sel tubuh. Kelebihan
glukosa melampaui kemampuan menyimpannya dalam bentuk glikogen akan diubah menjadi
lemak dan disimpan dalam jaringan lemak.
B.Polisakari
dan Nonpati/Serat
Serat akhir-akhir ini banyak mendapat perhatian
karena peranannya dalam mencegah berbagai penyakit. Ada dua golongan serat
yaitu yang tidak dapat larut dan yang dapat larut dalam air. Serat yang tidak
larut dalam air adalah selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Serat yang larut
dalam air adalah pektin, gum, mukilase, glukan, dan algal.
2.1.3
Sumber Karbohidrat
Sumber karbohidrat adalah padi-padian atau serealia,
umbi-umbian, kacang-kacang kering, dan gula. Hasil olah bahan-bahan ini adalah
bihun, mie, roti, tepung-tepungan, selai, sirup, dan sebagainya. Sebagian besar
sayur dan buah tidak banyak mengandung karbohidrat. Sayur umbi-umbian, seperti
wortel dan bit serta kacang-kacangan relatif lebih banyak mengandung
karbohidrat daripada sayur daun-daunan. Bahan makanan hewani seperti daging,
ayam, ikan, telur, dan susu sedikit sekali mengandung karbohidrat. Sumber
karbohidrat yang banyak dimakan sebagai makanan pokok di Indonesia adalah
beras, jagung, ubi, singkong, talas, dan sagu.
2.1.4
Fungsi
Karbohidrat
1.
Sumber Energi
Fungsi utama karbohidrat adalah menyediakan energi
bagi tubuh. Karbohidrat merupakan sumber utama energi bagi penduduk di seluruh
dunia, karena banyakdi dapat di alam dan harganya relatif murah. Satu gram
karbohidrat menghasilkan 4 kkalori. Sebagian karbohidrat di dalam tubuh berada
dalam sirkulasi darah sebagai glukosa untuk keperluan energi segera; sebagian
disimpan sebagai glikogen dalam hati dan jaringan otot, dan sebagian diubah
menjadi lemak untuk kemudian disimpan sebagai cadangan energi di dalam jaringan
lemak. Seseorang yang memakan karbohidrat dalam jumlah berlebihan akan menjadi
gemuk.
2.
Pemberi Rasa Manis pada
Makanan
Karbohidrat memberi rasa manis pada makanan, khususnya
mono dan disakarida. Gula tidak
mempunyai rasa manis yang sama. Fruktosa adalag gula yang paling manis. Bila tingkat kemanisan sakarosa diberi nilai 1, maka
tingkat kemanisan fruktosa adalah 1,7; glukosa 0,7; maltosa 0,4; laktosa 0,2.
3.
Penghemat Protein
Bila karbohidrat makanan tidak mencukupi, maka
protein akan digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi, dengan mengalahkan
fungsi utamanya sebagai zat pembangun. Sebaliknya, bila karbohidrat makanan
mencukupi, protein terutama akan digunakan sebagai zat pembangun.
4.
Pengatur Metabolisme
Lemak
Karbohidrat mencegah terjadinya oksidasi lemak yang
tidak sempurna, sehingga menghasilkan bahan-bahan keton berupa asam
asetoasetat, aseton, dan asam beta-hidroksi-butirat. Bahan-bahan ini dibentuk
menyebabkan ketidakseimbangan natrium dan dehidrasi. pH cairan menurun. Keadaan
ini menimbulkan ketosis atau asidosis yang dapat merugikan tubuh.
5.
Membantu Pengeluaran
Feses
Karbohidrat membantu pengeluaran feses dengan cara
emngatur peristaltik usus dan memberi bentuk pada feses. Selulosa dalam serat
makanan mengatur peristaltik usus.
Serat makanan mencegah kegemukan, konstipasi,
hemoroid, penyakit-penyakit divertikulosis, kanker usus besar, penyakiut
diabetes mellitus, dan jantung koroner yang berkaitan dengan kadar kolesterol
darah tinggi.
Laktosa dalam susu membantu absorpsi kalsium.
Laktosa lebih lama tinggal dalam saluran cerna, sehingga menyebabkan
pertumbuhan bakteri yang menguntungkan.
2.1.5 Metabolisme
Karbohidrat
Sekilas
Metabolisme Karbohidrat
Peranan utama karbohidrat di dalam tubuh adalah
menyediakan glukosa bagi sel-sel tubuh, yangkemudian diubah menjadi energi.
Glukosa memegang peranan sentral dalam metabolisme karbohidrat. Jaringan
tertentu hanya memperoleh energi dari karbohidrat seperti sel darah merah serta
sebagian besar otak dan sistem saraf.
Glukosa yang diserap dari pencernaan makanan di usus
dibawa darah menuju ke seluruh sel tubuh. Dalam sitoplasma glukosa akan
mengalami GLIKOLISIS yaitu peristiwa pemecahan gula hingga menjadi energi
(ATP). Ada dua jalur glikolisis yaitu jalur biasa untuk aktivitas/kegiatan
hidup yang biasa (normal) dengan hasil ATP terbatas, dan glikolisis jalur cepat
yang dikenal dengan jalur EMBDEN MEYER-HOFF untuk menyediakan ATP cepat pada
aktivitas/kegiatan kerja keras, misalnya lari cepat. Jalur cepat ini memberi
hasil asam laktat yang bila terus bertambah dapat menyebabkan terjadinya
ASIDOSIS LAKTAT . Asidosis ini dapat berakibat fatal terutama bagi orang yang
tidak terbiasa (terlatih) beraktivitas keras. Hasil oksidasi glukosa melalui
glikolisis akan dilanjutkan dalam SIKLUS KREB yang terjadi di bagian matriks
mitokondria. Selanjutnya hasil siklus Kreb akan digunakan dalam SYSTEM COUPLE
(FOSFORILASI OKSIDATIF) dengan menggunakan sitokrom dan berakhir dengan
pemanfaatan Oksigen sebagai penangkap ion H. Kejadian tubuh kemasukan racun
menyebabkan system sitokrom di-blokir oleh senyawa racun sehingga reaksi
REDUKSI-OKSIDASI dalam system couple, terutama oleh Oksigen, tidak dapat
berjalan. Selanjutnya disarankan membaca
materi biokimia enzim, oksidasi biologi, dan glukoneogenesis pada situs ini
juga.
2.2
Asam
Nukleat
2.2.1 Pengertian
Asam nukleat merupakan salah satu makromolekul yang
memegang peranan sangat penting dalam kehidupan organisme karena di dalamnya
tersimpan informasi genetik. Asam nukleat sering dinamakan juga polinukleotida
karena tersusun dari sejumlah molekul nukleotida sebagai monomernya. Tiap
nukleotida mempunyai struktur yang terdiri atas gugus fosfat, gula pentosa, dan
basa nitrogen atau basa nukleotida (basa N). Beberapa fungsi penting asam
nukleat adalah menyimpan, menstransmisi, dan mentranslasi informasi genetik;
metabolisme antara(intermediary metabolism) dan reaksi-reaksi informasi
energi; koenzim pembawa energi; koenzim pemindah asam asetat, zat gula, senyawa
amino dan biomolekul lainnya; koenzim reaksi oksidasi reduksi.
2.2.2 Struktur Kimia
Asam Nukleat
Ada dua macam asam nukleat, yaitu asam deoksiribonukleat atau deoxyribonucleic acid (DNA) dan asam ribonukleat atau ribonucleic
acid (RNA). Dilihat
dari strukturnya, perbedaan di antara kedua macam asam nukleat ini terutama terletak
pada komponen gula pentosanya. Pada RNA gula pentosanya adalah ribosa, sedangkan
pada DNA gula pentosanya mengalami kehilangan satu atom O pada posisi C nomor
2’ sehingga dinamakan gula 2’-deoksiribosa
Perbedaan struktur lainnya antara DNA dan RNA adalah
pada basa N-nya. Basa N, baik pada DNA maupun pada RNA, mempunyai struktur
berupa cincin aromatic heterosiklik (mengandung C dan N) dan dapat
dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu purin dan pirimidin.
Basa purin mempunyai dua buah cincin (bisiklik), sedangkan basa pirimidin hanya
mempunyai satu cincin (monosiklik). Pada DNA, dan juga RNA, purin terdiri atas adenin (A) dan guanin (G). Akan tetapi, untuk pirimidin ada perbedaan antara DNA
dan RNA. Kalau pada DNA basa pirimidin terdiri atas sitosin (C) dan timin (T), pada RNA tidak ada timin
dan sebagai gantinya terdapat urasil
(U). Timin berbeda dengan urasil hanya karena adanya gugus metil pada
posisi nomor 5 sehingga timin dapat juga dikatakan sebagai 5-metilurasil.
Gambar 2.1. Komponen-komponen asam
nukleat
a) gugus fosfat
b) gula pentosa
c) basa N
Di antara ketiga komponen monomer asam nukleat
tersebut di atas, hanya basa N lah yang memungkinkan terjadinya variasi.
Pada kenyataannya memang urutan (sekuens) basa N pada suatu molekul asam
nukleat merupakan penentu bagi spesifisitasnya. Dengan perkataan lain,
identifikasi asam nukleat dilakukan berdasarkan atas urutan basa N-nya
sehingga secara skema kita bisa menggambarkan suatu molekul asam nukleat
hanya dengan menuliskan urutan basanya saja.
2.2.3
Nukleosida dan Nukleotida
Penomoran posisi atom C pada cincin gula dilakukan
menggunakan tanda aksen (1’, 2’, dan seterusnya), sekedar untuk membedakannya
dengan penomoran posisi pada cincin basa. Posisi 1’ pada gula akan berikatan
dengan posisi 9 (N-9) pada basa purin atau posisi 1 (N-1) pada
basa pirimidin melalui ikatan glikosidik
atau glikosilik (Gambar
2.2). Kompleks gula-basa ini dinamakan nukleosida.
Di atas telah disinggung bahwa asam nukleat tersusun dari monomer-monomer
berupa nukleotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah
gula pentosa, dan sebuah basa N. Dengan demikian, setiap nukleotida pada asam
nukleat dapat dilihat sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pengertian
nukleotida secara umum sebenarnya adalah nukleosida dengan sebuah atau lebih
gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul ATP (adenosin trifosfat) adalah nukleotida
yang merupakan nukleosida dengan tiga gugus fosfat.
Jika gula pentosanya adalah ribosa seperti halnya
pada RNA, maka nukleosidanya dapat berupa adenosin, guanosin, sitidin, dan
uridin. Begitu pula, nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu adenosin
monofosfat, guanosin monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin monofosfat.
Sementara itu, jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya pada
DNA, maka (2’-deoksiribo)nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin, deoksiguanosin,
deoksisitidin, dan deoksitimidin.
2.2.4
Ikatan fosfodiester
Selain ikatan glikosidik yang menghubungkan gula
pentosa dengan basa N, pada asam nukleat terdapat pula ikatan kovalen melalui
gugus fosfat yang menghubungkan antara gugus hidroksil (OH) pada posisi 5’ gula
pentosa dan gugus hidroksil pada posisi 3’ gula pentosa nukleotida berikutnya.
Ikatan ini dinamakan ikatan
fosfodiester karena secara kimia gugus fosfat berada dalam bentuk
diester (Gambar 2.2).
Oleh karena ikatan fosfodiester menghubungkan gula
pada suatu nukleotida dengan gula pada nukleotida berikutnya, maka ikatan ini
sekaligus menghubungkan kedua nukleotida yang berurutan tersebut. Dengan
demikian, akan terbentuk suatu rantai polinukleotida yang masing-masing
nukleotidanya satu sama lain dihubungkan oleh ikatan fosfodiester. Kecuali yang
berbentuk sirkuler, seperti halnya pada kromosom dan plasmid bakteri, rantai
polinukleotida memiliki dua ujung. Salah satu ujungnya berupa gugus fosfat yang
terikat pada posisi 5’ gula pentosa. Oleh karena itu, ujung ini dinamakan ujung P atau ujung 5’. Ujung yang lainnya berupa gugus hidroksil yang terikat
pada posisi 3’ gula pentosa sehingga ujung ini dinamakan ujung OH atau ujung 3’. Adanya ujung-ujung tersebut menjadikan rantai
polinukleotida linier mempunyai arah tertentu. Pada pH netral adanya gugus
fosfat akan menyebabkan asam nukleat bermuatan negatif. Inilah alasan pemberian
nama ’asam’ kepada molekul polinukleotida meskipun di dalamnya juga terdapat
banyak basa N. Kenyataannya, asam nukleat memang merupakan anion asam kuat atau
merupakan polimer yang sangat bermuatan negatif.
2.2.5
Struktur tangga berpilin (double helix) DNA dan Modifikasi struktur
molekul RNA
Dua orang ilmuwan, J.D.Watson dan F.H.C.Crick,
mengajukan model struktur molekul DNA yang hingga kini sangat diyakini
kebenarannya dan dijadikan dasar dalam berbagai teknik yang berkaitan dengan
manipulasi DNA. Model tersebut dikenal sebagai tangga berplilin (double helix). Secara alami DNA pada
umumnya mempunyai struktur molekul tangga berpilin ini.
Model tangga berpilin menggambarkan struktur molekul
DNA sebagai dua rantai polinukleotida yang saling memilin membentuk spiral
dengan arah pilinan ke kanan. Fosfat
dan gula pada masing-masing rantai menghadap ke arah luar sumbu pilinan, sedangkan
basa N menghadap ke arah dalam sumbu pilinan dengan susunan yang sangat khas
sebagai pasangan - pasangan basa antara kedua rantai. Dalam hal ini, basa A
pada satu rantai akan berpasangan dengan basa T pada rantai lainnya, sedangkan
basa G berpasangan dengan basa C. Pasangan-pasangan basa ini dihubungkan oleh ikatan hidrogen yang lemah (nonkovalen). Basa A dan T dihubungkan oleh
ikatan hydrogen rangkap dua, sedangkan basa G dan C dihubungkan oleh ikatan
hidrogen rangkap tiga. Adanya ikatan hidrogen tersebut menjadikan kedua rantai
polinukleotida terikat satu sama lain dan saling komplementer. Artinya, begitu sekuens basa pada salah satu rantai diketahui,
maka sekuens pada rantai yang lainnya dapat ditentukan. 19 Oleh karena basa
bisiklik selalu berpasangan dengan basa monosiklik, maka jarak antara kedua
rantai polinukleotida di sepanjang molekul DNA akan selalu tetap. Dengan perkataan
lain, kedua rantai tersebut sejajar. Akan tetapi, jika rantai yang satu dibaca dari
arah 5’ ke 3’, maka rantai pasangannya dibaca dari arah 3’ ke 5’. Jadi, kedua
rantai tersebut sejajar tetapi berlawanan arah (antiparalel).
Jarak antara dua pasangan basa yang berurutan adalah
0,34 nm. Sementara itu, di dalam setiap putaran spiral terdapat 10 pasangan
basa sehingga jarak antara dua basa yang tegak lurus di dalam masing-masing
rantai menjadi 3,4 nm. Namun, kondisi semacam ini hanya dijumpai apabila DNA
berada dalam medium larutan fisiologis dengan kadar garam rendah seperti halnya
yang terdapat di dalam protoplasma sel hidup. DNA semacam ini dikatakan berada
dalam bentuk B atau bentuk yang sesuai dengan model asli Watson-Crick. Bentuk
yang lain, misalnya bentuk A, akan dijumpai jika DNA berada dalam medium dengan
kadar garam tinggi. Pada bentuk A terdapat 11 pasangan basa dalam setiap
putaran spiral. Selain itu, ada pula bentuk Z, yaitu bentuk molekul DNA yang
mempunyai arah pilinan spiral ke kiri. Bermacam-macam bentuk DNA ini sifatnya
fleksibel, artinya dapat berubah dari yang satu ke yang lain bergantung kepada
kondisi lingkungannya.
Tidak seperti DNA, molekul RNA pada umumnya berupa
untai tunggal sehingga tidak memiliki struktur tangga berpilin. Namun,
modifikasi struktur juga terjadi akibat terbentuknya ikatan hidrogen di dalam
untai tunggal itu sendiri (intramolekuler). Dengan adanya modifikasi struktur
molekul RNA, kita mengenal tiga macam RNA, yaitu RNA duta atau messenger
RNA (mRNA), RNA pemindah atau transfer RNA (tRNA), dan RNA ribosomal
(rRNA). Struktur mRNA dikatakan sebagai struktur primer, sedangkan
struktur tRNA dan rRNA dikatakan sebagai struktur sekunder. Perbedaan di antara
ketiga struktur molekul RNA tersebut berkaitan dengan perbedaan fungsinya
masing-masing.
2.2.6 Sifat-sifat
Fisika-Kimia Asam Nukleat
Beberapa sifat fisika-kimia asam nukleat :
a.
Stabilitas asam nukleat
Ketika kita melihat struktur tangga berpilin molekul
DNA atau pun struktursekunder RNA, sepintas akan nampak bahwa struktur tersebut
menjadi stabil akibatadanya ikatan hidrogen di antara basa-basa yang
berpasangan. Padahal, sebenarnyatidaklah demikian. Ikatan hidrogen di antara
pasangan-pasangan basa hanya akan samakuatnya dengan ikatan hidrogen antara
basa dan molekul air apabila DNA berada dalambentuk rantai tunggal. Jadi,
ikatan hidrogen jelas tidak berpengaruh terhadap stabilitasstruktur asam
nukleat, tetapi sekedar menentukan spesifitas perpasangan basa.Penentu
stabilitas struktur asam nukleat terletak pada interaksi penempatan(stacking interactions) antara
pasangan-pasangan basa. Permukaan basa yang bersifathidrofobik menyebabkan
molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela perpasangan basa sehingga perpasangan tersebut menjadi
kuat.
b.
Pengaruh asam
Di dalam asam pekat dan suhu tinggi, misalnya HClO4
dengan suhu lebih dari 100ºC, asam nukleat akan mengalami hidrolisis sempurna
menjadi komponen 21 komponennya. Namun, di dalam asam mineral yang lebih encer,
hanya ikatan glikosidik antara gula dan basa purin saja yang putus sehingga
asam nukleat dikatakan bersifat apurinik.
c.
Pengaruh alkali
Pengaruh alkali terhadap asam nukleat mengakibatkan
terjadinya perubahan status tautomerik basa.
Sebagai contoh, peningkatan pH akan menyebabkan perubahan struktur guanin dari
bentuk keto menjadi bentuk enolat karena molekul tersebut kehilangan sebuah
proton. Selanjutnya, perubahan ini akan menyebabkan terputusnya sejumlah ikatan
hidrogen sehingga pada akhirnya rantai ganda DNA mengalami denaturasi. Hal yang
sama terjadi pula pada RNA. Bahkan pada pH netral sekalipun, RNA jauh lebih
rentan terhadap hidrolisis bila dibadingkan dengan DNA karena adanya gugus OH
pada atom C nomor 2 di dalam gula ribosanya.
d.
Denaturasi kimia
Sejumlah bahan kimia diketahui dapat menyebabkan
denaturasi asam nukleat pada pH
netral. Contoh yang paling dikenal adalah urea (CO(NH2)2) dan formamid (COHNH2). Pada konsentrasi yang
relatif tinggi, senyawa-senyawa tersebut dapat merusak ikatan hidrogen. Artinya, stabilitas struktur sekunder
asam nukleat menjadi berkurang dan
rantai ganda mengalami denaturasi.
e.
Viskositas
DNA kromosom dikatakan mempunyai nisbah aksial yang sangat tinggi
karena diameternya hanya sekitar 2
nm, tetapi panjangnya dapat mencapai beberapa sentimeter. Dengan demikian, DNA tersebut berbentuk tipis memanjang. Selain
itu, DNA merupakan molekul yang
relatif kaku sehingga larutan DNA akan mempunyai viskositas yang tinggi. Karena sifatnya itulah molekul DNA menjadi sangat
rentan terhadap fragmentasi fisik.
Hal ini menimbulkan masalah tersendiri ketika kita hendak melakukan isolasi DNA yang utuh.
f.
Kerapatan apung
Analisis dan pemurnian DNA dapat dilakukan sesuai
dengan kerapatan apung (bouyant density)-nya. Di dalam larutan yang
mengandung garam pekat dengan berat 22 molekul tinggi, misalnya sesium klorid
(CsCl) 8M, DNA mempunyai kerapatan yang sama dengan larutan tersebut, yakni
sekitar 1,7 g/cm3. Jika larutan ini disentrifugasi dengan kecepatan yang sangat
tinggi, maka garam CsCl yang pekat akan bermigrasi ke dasar tabung dengan
membentuk gradien kerapatan.
Begitu juga, sampel DNA akan bermigrasi menuju posisi gradien yang sesuai
dengan kerapatannya. Teknik ini dikenal sebagai sentrifugasi seimbang dalam tingkat kerapatan (equilibrium density
gradient centrifugation) atau
sentrifugasi isopiknik.
Oleh karena dengan teknik sentrifugasi tersebut
pelet RNA akan berada di dasar tabung dan protein akan mengapung, maka DNA
dapat dimurnikan baik dari RNA maupun dari protein. Selain itu, teknik tersebut
juga berguna untuk keperluan analisis DNA karena kerapatan apung DNA (ρ) merupakan
fungsi linier bagi kandungan GC-nya. Dalam hal ini, ρ = 1,66 + 0,098% (G
+ C).
BAB III
PENUTUP
3.1
Kesimpulan
Karbohidrat
memegang peranan penting dalam alam karena merupakan sumber energi utama bagi
manusia dan hewan yang harganya relatif murah. Semua karbohidrat berasal dari
tumbuh-tumbuhan. Melalui fotosintesis, klorofil tanaman dengan bantuan sinar
matahari mampu membentuk karbohidrat dari karbondioksida (CO2)
berasal dari udara dan air (H2O) dari tanah. Karbohidrat yang
dihasilkan adalah klarbohidrat sederhana glukosa. Di samping itu dihasilkan
oksigen (O2) yang lepas di udara.
Asam nukleat
merupakan salah satu makromolekul yang memegang peranan sangat penting dalam
kehidupan organisme karena di dalamnya tersimpan informasi genetik. Asam
nukleat sering dinamakan juga polinukleotida karena tersusun dari sejumlah
molekul nukleotida sebagai monomernya. Ada dua macam asam nukleat, yaitu asam deoksiribonukleat atau deoxyribonucleic acid (DNA) dan asam ribonukleat atau ribonucleic
acid (RNA).
3.2 Saran
Adapun saran yang dapat penulis sampaikan adalah agar stelah membaca
makalah ini pembaca sudah dapat mengetahui tentang karbohidrat dan asam nukleat
dan kalau ada yang tidak lengka bisa di cari di literature yang lain.
Daftar Pustaka
K. Murray, Robert, dkk. 2003. Biokimia Harper.
Martini, dr. Tri.
“DIKTAT 1 BIOKIMIA”, Biomolekul Enzim hormon.
(t.thn.). Dipetik Maret 9, 2016, dari
https://www.academia.edu/5392501/Makalah_Asam_Nukleat
terimakasih atas info Karbohidrat nya kak, sehat selalu
ReplyDelete