MATERI GENETIK. Eva Tyas Utami

(1)

MATERI GENETIK

Eva Tyas Utami

(2)

Capaian Pembelajaran:

Mahasiswa memahami materi genetik dan dogma sentral biologi

C T A A

T

G C G C A

C G

A T

T A

C T A

0.34 nm 3.4 nm

(a) Key features of DNA structure G

1 nm

G

(c) Space-filling model T

(3)

Asam Nukleat

• Makromolekul kompleks (biopolimer), tersusun atas rantai nukeotida

• Dijumpai pada sel organisme hidup (pada inti sel) dan virus

• Dua jenis: DNA dan RNA  mengandung informasi genetik dan mentransfernya

• Perbedaan struktur dan fungsi

(4)

NUKLEOTIDA

Raven Johson, Biology 5^th ed

1. Gula 5-C:

Ribosa (OH-): RNA

Deoksiribosa (H-): DNA 2. Gugus Phosphat

3. Basa Nitrogen

(5)

Penyusun nukleotida

(6)

(7)

BASA

DNA

(8)

Basa RNA

(9)

Apa perbedaan DNA dan RNA

• Struktur

• Fungsi

• Lokasi

• Jenis

(10)

Table 14.2 Types of RNA

Type of RNA Functions in Function Messenger RNA

(mRNA) Nucleus,

migrates

to ribosomes in cytoplasm

Carries DNA sequence

information to ribosomes

Transfer RNA

(tRNA) Cytoplasm Provides linkage between mRNA and amino acids;

transfers amino acids to ribosomes

Ribosomal RNA

(rRNA) Cytoplasm Structural component of ribosomes

(11)

DNA SBG MATERI GENETIK

DNA dibuktikan sebagai materi genetik oleh : 1. TH. Morgan (1908)

2. Percobaan Griffith (1928)

3. Percobaan Avery, Mac Leod dan Mc Carty (1944) 4. Percobaan Hershey-Chase (1952)

5. Erwin Chargaff (1947)

6. Watson and Crick (1953) + Rosalind Franklin 7. Meselson and Stahl (1958)

(12)

TH Morgan

• Menggunakan lalat buah

• Gen terletak dalam kromosom

• Belum diketahui apakah protein atau DNA dlm kromosom sebagai gen

(13)

Penelitian Griffith (1928) menggunakan Streptococcus pneumoniae

(14)

Avery, McCarty dan MacLeod

• Memurnikan DNA dan protein dari Streptococcus pneumoniae utk menentukan

materi yg

mengubah bakteri avirulent mjd

virulent

(15)

DNA sbg agent pentransformasi

(16)

DNA merupakan

materi genetik!

PERCOBAAN CHASEY-HERSEY menggunakan Bakteriphage

(17)

• Konfirmasi DNA sbg agen pentransformasi

(18)

Erwin Chargaff

(19)

Aturan Chargaff

Komposisi DNA :

• bervariasi antar spesies

• Jumlah ke-4 basa tdk sama (bervariasi), mpy rasio khas A=T dan G=C

• Pada manusia: A=30,9%, T=29,4%

G=19,9%, C=19,8%

• Hal ini mengindikasikan basa-2 tsb berpasangan

(20)

• Rosalind Franklin: menggunakan kristalografi

sinar X untuk mempelajari struktur DNA

(21)

Watson dan Crick

• Struktur DNA double helix

(22)

(23)

(24)

Double Helix DNA

Sumber gambar :www.csu.edu.au/.../

subjects/molbol/revision.htm

(25)

ORGANISASI DNA DALAM KROMOSOM

• Unit struktural dasar dari kromosom eukariot adalah nukleosom. Nukleosom tersusun atas DNA dan protein histon. Ada lima macam protein histon yaitu : H1,H2A,H2B,H3, dan H4

• DNA melingkar mengelilingi oktamer histon (H2A,H2B,H3,H4 masing-masing 2 molekul) dan sebagai pengunci adalah histon H1.

• Protein histon adalah protein sangat basa mengandung asam amino basa arginin dan lisin.

Fungsi histon: memelihara integritas fungsi dan struktur kromatin

(26)

(27)

(28)

Sumber gambar :www.biologia.pl/

kurs/nukleosom.phtml

(29)

(30)

DOGMA SENTRAL BIOLOGI

(31)

• Dogma sentral biologi, oleh Francis Crick (1956) dipublikasikan di Nature th 1970

Sumber gambar: en.wikipedia.org

(32)

Sumber gambar: en.wikipedia.org

(33)

REPLIKASI DNA

Proses penggandaan DNA

Tjd pada fase S interfase

(34)

REPLIKASI DNA

• Terjadi sebelum pembelahan sel (eukariot) dan terus-menerus (prokariot)

• Berdasarkan penelitian Meselson dan Stahl, replikasi DNA tjd secara semikonservatif yaitu dua pita spiral dari double helix membuka dan setiap pita spiral dari double helix parental (induk) akan berlaku sebagai cetakan untuk pembentukan pita yang baru.

(35)

Replikasi DNA

• Tiga model alternatif hipotesis replikasi DNA :

• Semikonservatif

• Konservatif

• Dispersif

Conservative

Semi-conservative Dispersive

(36)

REPLIKASI DNA semikonservatif

library.thinkquest.org/.../ RNA.htm

(37)

(38)

• Pada eukariot, awal replikasi terjadi di banyak titik di sepanjang untai DNA, disebut sbg awal replikasi (origin of replication), membentuk garpu replikasi (replication fork)

• Gelembung replikasi bergerak dua arah

• Pada prokariot, hanya ada 1 titik awal replikasi

• Reaksi penambahan nukleotida baru terjadi

pada ujung 5’ hidroksi phospat menuju ujung

3’ OH (hidroksi bebas) sehingga sintesis DNA

terjadi dengan arah 5’ – 3’

(39)

(40)

Garpu Replikasi

(41)

• Pada sebuah sel eukariot

– Ratusan/ribuan titik awal replikasi

Replication begins at specific sites where the two parental strands separate and form replication bubbles.

The bubbles expand laterally, as DNA replication proceeds in both directions.

Eventually, the replication bubbles fuse, and synthesis of the daughter strands is

complete.

1

2

3

Origin of replication

Bubble

Parental (template) strand Daughter (new) strand

Replication fork

Two daughter DNA molecules

In eukaryotes, DNA replication begins at many sites along the giant

DNA molecule of each chromosome. In this micrograph, three replication

bubbles are visible along the DNA of a cultured Chinese hamster cell (TEM).

(a) (b)

0.25 µm

(42)

• Untai DNA dibuka oleh enzim helikase  untai tunggal, dgn bantuan topoisomerase

• Untai tunggal tsb distabilkan oleh protein pengikat untai tunggal (SSB)

• Pada rantai yang terpisah pada garpu replikasi ada

2 ujung

yaitu ujung 3’ dan ujung 5’

• Penambahan nukleotida baru dengan arah 5’ 3’

• Leading strand: rantai DNA disintesis terus menerus (kontinu) utuh dengan arah 5’  3’

• Lagging strand: rantai DNA disintesis terputus (diskontinu) dengan arah 5’  3’ sehingga terbentuk fragmen okazaki, fragmen tsb kemudian digabungkan dengan DNA ligase

(43)

• Penambahan nukleotida baru diawali dgn pemrimeran oleh RNA-primase yaitu

menggabungkan nukleotida RNA utk mbtk primer

• Pemrimeran pd leading strand hanya 1 dan banyak pd lagging strand

• Dilanjutkan pemanjangan fragmen

(penambahan nukleotida baru) oleh DNA polimerase III

• Penggantian primer RNA dgn DNA oleh DNA polimerase I

• Pd fragmen okazaki tjd penggabungan

fragmen oleh ligase

(44)

Lagging strand/Fragmen okazaki Leading strand

(45)

Enzim pd Replikasi DNA

Helikase membuka dobel heliks DNA

SSB protein menstabilkan rantai yg terbuka

DNA polymerase III mengikat

nukleotida utk

mbtk untai yg baru

Ligase menggabungkan fragmen Okazaki &

menutup satu sama lain dlm tulang punggung gula- fosfat

Primase

menambahkan primer pendek pd cetakan

DNA polymerase I (Exonuclease)

memindahkan RNA primer & mengisi basa yg tepat

(46)

(47)

Garpu replikasi

Sumber gambar :

oak.cats.ohiou.edu/.../ Heredity/Heredity.htm

(48)

(49)

George Rice. Montana State University.

Source: http://serc.carleton.edu/microbelife/research_methods/genomics/replication.html

(50)

Parental DNA

DNA pol Ill elongates DNA strands only in the 5’ 3’direction.

1

Okazaki fragments

DNA pol III Template

strand Lagging strand

3 2

Template

strand DNA ligase

Overall direction of replication

One new strand, the leading strand, can elongate continuously 5’ 3’

as the replication fork progresses.

2

The other new strand, the

lagging strand must grow in an overall 3’ 5’ direction by addition of short segments, Okazaki fragments, that grow 5’ 3’ (numbered here in the order they were made).

3

DNA ligase joins Okazaki

fragments by forming a bond between their free ends. This results in a

continuous strand.

4 3’5’

5’3’

3’5’

2 1

Leading strand 1

• Sintesis leading strand dan lagging strand

selama replikasi DNA

(51)

Struktur Gen Eukariot

• Struktur Gen Eukariot tdr atas daerah ekson (Coding DNA) yg

diinterupsi dgn Intron (Noncoding DNA)

• Gen harus mpy:

Ekson, Start Signal, Stop Signal, Kontrol Elemen Pengatur

(52)

Ekspresi Gen berupa sintesis protein

• Tdr 4 tahap:

1. transkripsi

2. pemrosesan RNA 3. translasi

4. pemrosesan setelah translasi

(53)

(54)

TRANSKRIPSI

Proses sintesis RNA dari DNA

Langkah awal ekspresi gen

(55)

(56)

• Pada proses transkripsi, tidak semua DNA (gen) ditranskrip

• Rentangan DNA yg ditranskripsi mjd RNA: unit transkripsi

• Enzim yg berperan: RNA polimerase

RNA polimerase membuka untai ganda DNA, tdk dpt bekerja tanpa terikat pd promoter,

menambahkan nukleotida dgn arah 5’-3’

(57)

RNA DNA coding sequence DNA

RNA coding sequence

(58)

Transkripsi

• Inisiasi

Faktor transkripsi mengakibatkan RNA Polimerase terikat pd

initiation sequence (TATA box)

• Elongasi

RNA polimerase membuka untai ganda DNA dan

menambahkan nukleotida pd ujung 3’

• Terminasi

RNA polimerase mencapai terminator sequence ditandai dgn poly A tail

(59)

GENE

Tahap INISIASI TRANSKRIPSI

(60)

Elongation Phase

Tahap Elongasi

(61)

Termination Phase

Tahap Terminasi

(62)

Modifikasi mRNA (eukariot)

• 5’ cap: modified

guanine; protection;

recognition site for ribosomes

• 3’ tail: poly(A) tail

(adenine); protection;

recognition; transport

• RNA splicing: exon (sekuens yg akan diekspresikan)

dipertahankan,introns (sekuens diantara

ekson) dihilangkan;

spliceosome

(63)

(64)

• Bagaimanakah urutan basa mRNA yg dibentuk dari sequence DNA template 3’-5’ berikut:

ATA TAT GCG GCC GAG TCA TAA

UAU AUA CGC CGG CUC AGU AUU

(65)

TRANSLASI

Proses sintesis polipeptida berdasarkan

informasi genetik dari mRNA

(66)

Transcribed strand

Transcription

Translation DNA

RNA

Polypeptide

Start

codon Stop

codon

(67)

Dari DNA ke RNA ke Protein

DNA coding sequence

RNA coding sequence A- Inside the nucleus

C- At to Ribosome B- In the Cytosol

mRNA

(68)

Translasi

• Kodon mRNA dr inti, dibaca oleh tRNA’s antikodon di ribosom tRNA : antikodon

(nucleotide triplet);

asam amino

• Polyribosomes:

Translasi mRNA oleh banyak ribosom

(sintesis protein dgn kec tinggi)

(69)

Translasi

• rRNA: tdpt daerah kodon mRNA dan antikodon

tRNA berpasangan

• P site mengikat tRNA, utk penambahan rantai polipeptida

• A site mengikat tRNA yg membawa asam amino

berikutnya utk

ditambahkan ke rantai polipeptida

• E site melepaskan tRNA

(70)

Translasi

• Inisiasi:

– penyatuan mRNA, tRNA, subunit kecil,diikuti subunit besar

– Diawali dari start kodon (pemula): AUG

• Elongation:

– Pengenalan kodon

– Pbtkan ikatan peptida ol enzim peptydiltransferase – Translokasi: pergerakan

ribosom di sepanjang mRNA

• Termination:

– ‘stop’ codon reaches ‘A’ site – Stop kodon: UAA, UAG,

UGA (tdk menyandi asam amino)

(71)

Translasi

(72)

Translation - outline

(73)

Kode Genetik

(74)

(75)

• Ringkasan

transkripsi dan translasi

Figure 10.15

Stage mRNA is1 transcribed from a DNA template.

Anticodon DNA

mRNA

RNA

polymerase

TRANSLATION Enzyme

Amino acid

tRNA

Initiator tRNA

Large ribosomal subunit

Small ribosomal subunit mRNA

Start Codon

Stage Each amino 2 acid attaches to its proper tRNA with the help of a specific enzyme and ATP.

Stage Initiation of 3 polypeptide synthesis The mRNA, the first tRNA, and the

ribosomal subunits come together.

TRANSCRIPTION

(76)

Figure 10.15 (continued)

Stage Elongation4 Growing

polypeptide

Codons

Stage Termination5 mRNA

New peptide bond forming

Stop Codon

The ribosome recognizes a stop codon. The poly- peptide is terminated and released.

A succession of tRNAs add their amino acids to the polypeptide chain as the mRNA is moved through the ribosome, one codon at a time.

Polypeptide