Pokok Bahasan: Bahan genetik

Pokok Bahasan:

Sub Pokok Bahasan :

2.1. DNA, RNA dan kromosom 2.2. Struktur gen

1. 1869: DNA teridentifikasi sebagai benang halus pada darah putih yang diberi ethanol dingin

2. 1935: DNA murni berhasil diisolasi

3. 1941: diajukan hipotesis satu gen-satu enzim

4. 1953: struktur molekul DNA terungkap

Sejarah:

5. 1966: kode genetik dapat dipecahkan

6. 1969: pertama kali gen dapat diisolasi

7. 1980: teknik penggandaan DNA secara buatan dapat dilakukan dengan mesin PCR (Polymerase Chain Reaction)

8. 1984: Dikembangkan sistem sidik jari DNA (DNA finger printing)

phosphate deoxyribose nucleoside nucleotide O O HO O C OH _H H N H2 P OH 1 2 5 4 3 base AGTC H

Bahan Penyusun DNA :

DNA: Deoxyribo Nucleic Acid, merupakan bahan dasar

genetik yang terbentuk dari tiga komponen yaitu: basa, gula dan phosphat

1. Basa, yang merupakan bahan dasar penyandi genetik.

Terdiri dari empat jenis yaitu

Adenine, Guanine, Thymine, dan Cytosine.

2. Gula, jenis gula yang merupakan penyusun DNA adalah gula

dengan 5 C, dimana 4 C menyusun cincin dan C kelima menempel

pada C no 4. Oleh karena C

no 2 kehilangan O, maka gula

tersebut dinamakan deoxyribose. Basa berikatan dengan

deoxyribose pada C no 1.

gabungan antara basa dengan deoxyribose disebut nucleosida.

3. Phosphat. Senyawa phospat berguna untuk mengikat gula-dengan-gula, dimana phospat tersebut berikatan dengan gula pada C no 5. Ikatan nucleosida dengan phospat disebut

Struktur Kimia Basa

Empat basa penyusun DNA

berdasarkan struktur kimianya dapat dikategorikan menjadi 2 yaitu:

1. Kelompok pyrimidine 2. Kelompok purine

1. Kelompok Pyrimidine.

Basa kelompok ini terbentuk dari satu cincin yang terdiri dari 4 C dan 2 N. Kedua

basa itu adalah Thymine dan Cytosine

2. Kelompok Purine.

Basa kelompok ini terbentuk dari dua cincin yang terdiri dari 5 C dan 4 N. Kedua

basa itu adalah Adenine dan

Ikatan antar Basa.

Dalam pembentukan DNA terdapat 2 utas yang saling berikatan, ikatan ini karena

antar basa dapat dihubungkan oleh unsur hydrogen,

sehingga ikatan antar basa disebut ikatan hydrogen.

Berdasarkan jumlah ikatan

dibagi 2, yaitu:

1.Basa-basa berikatan dua, yaitu Thymine (T) dari

Pyrimidine dengan Adenine

(A) dari Purine

2.Basa-basa berikatan tiga, yaitu Cytosine (C) dari

Pyrimidine dengan Guanine

Pola ikatan hydrogen seperti itu menyebabkan terjadi

komplementasi, yaitu antara

T-A dan C-G, yang penting bagi proses replikasi dan ekspresi gen.

Demikian juga jumlah basa Pyrimidine akan sama

dengan basa Purine, tetapi

jumlah basa berikatan 2 tidak selalu sama dengan jumlah basa berikatan 3.

Basa O C C N C N C H H H O CH3 THYMINE O C C N C N C H H N H H H CYTOSINE Pyrimidine N N N N C C C C N C H N H H ADENINE O N N N C C C C N C H N H H H GUANINE Purine Hydrogen bond

Penyusunan Basa :

ikatan antar deoxyribose terjadi ketika senyawa Phospat pada C no 5 berikatan dengan C no 3 pada deoxyribose yang lain.

Ikatan ini disebut ikatan phospho-diester,

ikatan antar deoxyribose disebut juga tulang belakang (back bone) DNA

Oleh karena P pada C no 5 berikatan dengan P pada C no 3, maka pergerakan pembentukan utas akan

berupa gerakan dari C no 5 ke C no 3, sehingga ujung awal utas DNA/RNA disebut ujung 5’, sedangkan ujung akhirnya disebut ujung 3’.

Pada DNA yang memiliki utas ganda arah pergerakan antar utas saling berlawanan,

sehingga posisi basa tidak selalu tepat sejajar, hal ini mengakibatkan utas ganda DNA menjadi berpilin

Penyusunan Basa: A T T A C 3’ 5’ T G G A 3’ 5’ C C G CATGGA GTACCT 5’ 3’ 3’ 5’ AGTC O O HO O C OH H H N H2 P OH 1 2 5 4 3 H AGTC O O HO O C O H H N H2 P OH 1 2 5 4 3 H AGTC O O O H2C OH H H N O 1 2 5 4 3 H P phospho diester bond AGTC O O HO O C OH H H N H2 P OH 1 2 5 4 3 H AGTC O O HO O C O H H N H2 P OH 1 2 5 4 3 H AGTC O O O H2C OH H H N O 1 2 5 4 3 H P phospho diester bond

Susunan basa pada DNA dapat divisualisasikan melalui mesin yang disebut DNA sequencer. Pada saat ini biasanya basa C disajikan dalam warna biru,

basa G dalam warna hitam,

basa T dalam warna merah dan basa A dalam warna hijau.

Visualisasi susunan basa dari mesin DNA sequencer

Susunan basa dari dari suatu fragment DNA hasil analisis

Perbedaan DNA dengan RNA

Komponen DNA RNA

Gula Gula pada DNA kehilangan unsur Oxygen pada C no 5, sehingga diberi nama deoxyribose

Gula pada RNA masih memiliki Oxygen pada C no 2, sehingga diberi

nama Ribose

Basa Basa Pyrimidine dengan dua ikatan Hydrogen, Thymine, memiliki CH3 pada salah satu C

penyusun Cincin

Basa Thymine pada RNA tidak memiliki CH3 pada salah satu C

penyusunnya, dan disebut Uracyl

Gula Basa Utas O H3C OH H H 1 2 5 4 3 H O H3C OH OH H 1 2 5 4 3 H deoxyribose ribose O C C N C N C H H H O CH3 O C C N C N C H H H O H Thymine Uracil ganda tunggal DNA RNA RNA:

Pengandaan DNA :

Penggandaan DNA, dilakukan secara semi conservative, yaitu pada setiap fragment DNA yang

baru terbentuk masih terdapat satu utas dari fragment yang

sebelumnya. Proses ini

dimungkinkan karena adanya

sistem komplementasi antara basa T dengan A, dan basa C dengan G.

Tetua Tetua

Langkah Penggandaan DNA :

1. Pemecahan (Cleavage) utas Ganda DNA pada suatu

tempat (Cleavage Site) yang memisahkan 2 utas sehingga dapat dilakukan

2. Penggandaan utas melalui proses komplementasi.

Enzim DNA Polymerase

melakukan pembentukan utas DNA baru sesuai dengan

3. Penutupan Nick. Oleh karena

pemanjangan rantai DNA selalu mengikuti pola 5’-3’, maka pada utas yang arah 5’-3’ nya searah dengan arah cleavage, proses komplementasi terhenti

menunggu cleavege cukup besar, sehingga menyebabkan ada gap antar rangkaian basa, gap ini

disebut nick, yang harus ditutup agar fragment DNA baru

Nick tidak terdapat pada utas dengan arah 5’-3’ nya

berlawanan dengan arah cleavage, karena proses pemanjangan utas baru

Pengandaan DNA: parent parent replica 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’

Kromosom

DNA TANAMAN tersebar baik dalam inti sel, maupun dalam sitoplasma.

DNA inti sel tersusun dalam kromosom, DNA sitoplasma terdapat dalam plastid,

mitochondria, yang jumlahnya lebih dari 1,

sel tanaman terdapat tiga genom, yaitu genom inti, genom mitochondria dan genom plastid.

plastid

mitokondria

Pembentukan kromosom

Dari utas ganda DNA yang memiliki ketebalan 2 nm, mengalami beberapa proses sebelum membentuk kromosom dengan ketebalan 700 nm, yaitu:

1. Utas ganda DNA mengikat histone, sehingga mencapai ketebalan

11 nm.

2. DNA yang sudah mengikat histone bergabung hingga dua lapis,

sehingga mencapai ketebalan 30 nm.

3. Gabungan diatas memendek membentuk pola gelombang dengan lebar antara puncak dan lembah gelombang

sebesar 300 nm.

4. Pola gelombang tersebut membentuk pola memilin

dengan ketebalan 700 nm. Pola pilinan tersebut akhirnya yang nampak sebagai massa

2 nm

11 nm

30 nm

300 nm

telomere

centromere euchromatin

heterochromatin Struktur kromosom :

Centromere:

Bagian kromosom yang

berasosiasi dengan benang

gelendong, ketika pembelahan mitosis ataupun meiosis.

Telomere:

Ujung kromosom yang terdiri dari sekuens DNA yang

dibutuhkan untuk stabilitas

ujung kromosom. telomere

centromere

euchromatin heterochromatin

Heterochromatin:

Bagian kromosom yang cenderung padat pilinannya, jelas tampak pada interfase,

umumnya berada disekitar centromere and telomere

Euchromatin: Merupakan bagian

kromosom yang memiliki kepadatan normal dan mengalami siklus kondensasi,

cenderung kurang memilin pada interfase. Gen-gen aktif umumnya berada pada

bagian ini.

telomere

centromere

euchromatin heterochromatin

Nama Ilmiah Nama Umum Genome Size (MegaBp)

Allium cepa Bawang merah 1592

Arabidopsis thaliana Arabidopsis 127

Avena sativa Oat 11315

Beta vulgaris ssp esculenta Bit Gula 758

Brassica napus Canola 1182

Capsicum annuum Cabe 2702

Citrus sinensis Jeruk 382

Glycine max Kedele 1115

Gossypium hirsutum Kapas 2246

Hordeum vulgare Barley 4873

Lactuca sativa Lettuce 2639

Lycopersicon esculentum Tomat 953

Malus x domestica Apple 769

Manihot esculenta Singkong 760

Musa sp Pisang 873

Nicotiana tabacum Tembakau 4434

Oryza sativa Padi 331

Phaseolus vulgaris bean 637

Saccharum sp. Tebu 3000

Sorghum bicolor Sorghum 760

Triticum aestivum Gandum 15966

Zea mays Jagung 2504

Gen: merupakan fragment DNA yang dapat ditranskripsikan

menjadi RNA dan diterjemahkan

menjadi protein, yang selanjutnya mampu

mempengaruhi proses fisiologi tanaman maupun fenotifnya.

1.Regulator 2.Promoter

3.Transcribed Region

(Bagian yang ditranskripsikan)

4.Terminator

Pada dasarnya Gen tersusun oleh empat komponen :

Termination site

TATA EXON INTRON EXON AAUAA

Transcribed region Start site promoter regulator ORF UTR UTR AUG UGA,UAA,UAG

Poly A tailing site

chromosome

Regulator

Merupakan bagian dari gen yang

berperan dalam pola aktivasi suatu gen, pada rangkaian

fisiologis apa, pada kondisi apa, pada fase perkembangan apa, atau pada organ apa. Umumnya berada pada awal sebuah gen

Regulator terdiri dari responsive element seperti :

1. HSE (Heat Shock-response Element)

2. GRE (Glucocorticoid Response Element)

3. SRE (Serum Response Element)

Promoter

Merupakan bagian dari gen yang berperan dalam

penentuan utas mana yang akan dikode untuk ditraskripsikan, dan kapan titik awal transkripsi akan dilakukan.

Letak promotor berada sebelum titik awal transkripsi, sehingga jarak dari titik inisiasi dinotasikan dengan tanda -, atau disebut arah

downstream.

Promotor yang paling umum terdapat dalam gen tanaman adalah TATA box.

Promoter _Terminator Coding Strand Template Strand +1 Upstream Downstream

a

b

c

d

Jenis-jenis promotor :

1. TATA box (TATAAA, 10 bp)

2. CAAT box (GGCCAATCT, 22 bp) 3. GC box ( GGGCGG, 20bp)

4. Octamer (ATTTGCAT, 20 bp) 5. kB (GGGACTTTCC, 10 bp) 6. ATF (GTGACGT, 20 bp).

Transcribed Region

Merupakan bagian dari gen yang akan

ditranskripsikan menjadi RNA.

Bagian ini dimulai dari titik awal

transkripsi (start site) hingga titik akhir transkripsi (termination site).

Dalam bagian ini terdapat bagian yang

akan dibawa keluar dari inti sel yang

disebut ekson, dan bagian yang akan

tetap ditinggalkan di dalam inti sel, yang

Pada bagian exon mRNA, terdapat bagian yang akan

diterjemahkan menjadi rantai asam amino (Open Reading

Frame/ORF) dan bagian yang

tidak diterjemahkan (Un-translated Region/UTR)

Terminator

Merupakan bagian dari sekuens DNA dari suatu gen yang

memberi tanda kepada enzym

penyusun RNA (RNA polymerase) untuk menghentikan proses