Introduction
Sejarah klasifikasi mahluk hidup
:
Aristoteles (- mid 1800-san) : Dunia Plantae; Dunia Animalia
E. Haeckel (1866) : Dunia Plantae; Dunia Animalia; Dunia Protista
E. Chatton (1937) : Prokaryotae; Eukaryotae
R.H. Whittaker (1969): Dunia Monera Dunia Protista Dunia Fungi
Dunia Plantae Dunia Animalia
Carl Woese (1978): Domain Bakteria Domain Arkhaea Domain Eukarya
Carol J. Bult (1996) : selesai sequencing genom
Methanococcus janashii (Arkhaea) Solomon et al. (1999 - 2002): Dunia Bakteria
Dasar klasifikasi:
Aristoteles ( 400 SM – 1800-an) : kenampakan morfologi luar
E. Haeckel (1866): morfologi (mikroskopis) dan fisiologi
E. Chatton (1937) : struktur organisasi interna sel (prokaryotik &
eukaryotik)
R.H. Whittaker (1969) : organisasi internal sel;
nutrisi; struktur
organisasi selular
Carl. Woese (1978) : molekul RNA ribosomal (biologi molekular)
16S rRNA (Arkhaea & Bakteria)
18S rRNA
•
18
S
ribosomal RNA
(abbreviated
18S rRNA
) is a part of
the
ribosomal RNA.
The S in 18S represents
Svedberg
units.
18S rRNA is a component of the small
eukaryotic
ribosomal
subunit (
40S
). 18S rRNA is the structural RNA for the small
component of eukaryotic cytoplasmic
ribosomes
, and thus
one of the basic components of all eukaryotic cells.
•
The genes coding for 18S rRNA are referred to as
18S
rDNA
. Sequence data from these genes is widely used in
molecular analysis to reconstruct the evolutionary history
of organisms, especially in vertebrates, as its slow
16S rRNA
•
16
S
ribosomal
RNA
(or
16
S rRNA
)
is
a
component
of
the
30S
small
subunit
of
prokaryotic ribosomes
. It is approximately
1.5
kb
(or 1500
nucleotides
) in length. The genes
coding for it are referred to as
16S rDNA
and
are used in reconstructing
phylogenies
.
•
Multiple sequences of 16S rRNA can exist within
a single
bacterium
•
It is the eukaryotic nuclear homologue of
16 S
Biologi Molekuler
Biologi molekular : Ilmu yang mempelajari fungsi dan organisasi jasad hidup (organisme) ditinjau dari struktur dan regulasi molekular unsur atau komponen penyusunnya.
Hal-hal yang dipelajari dalam biologi molekular: • Struktur kimia materi genetik
• Organisasi makromolekul • Aktivitas gen
• Interaksi antar komponen selular
Disiplin ilmu yang terlibat dalam biologi molekular • Biologi sel
Organisasi Biologis Jasad hidup
Jasad hidup secara umum dikelompokan
menjadi dua :
1. Jasad hidup selular
: mempunya satuan unit dasar
yaitu sel. Misalnya : bakteri, hewan tingkat tinggi,
tanaman tingkat tinggi
Jasad hidup non-seluler
VIRUS
Virus adalah suatu partikel yang mengandung bahan genetik berupa DNA atau RNA yang diselubungi oleh protein yang disebut dengan kapsid dan pada beberapa jenis virus ada juga komponen lain, misalnya lemak.
Satuan dasar virus disebut virion. Diameternya 20-300nm jauh lebih kecil dari sel prokariot yang paling kecil.
Klasifikasi virus berdasarkan sel inangnya • Virus hewan
• Virus tumbuhan
Disamping virus DNA atau RNA, ada partikel yang lebih sederhana dari virus yaitu viroid dan prion
Viroid ---- molekul kecil RNA yang terdiri atas 359 basa nukleotida dan tidak diselubungi oleh protein
contohnya viroid yang menyebabkan penyakit panda kentang
Prion --- suatu partikel yang terdiri atas molekul kecil protein (ada yang terdiri atas 250 asam amino) yang tidak mempunyai asam nukleat
Prion berasal dari istilah proteinaceous infectious particle (artikel atau molekul protein sebagai agen penyebab penyakit) --- oleh Stanley B Prusiner.
Contoh prion : Penyebab penyakit neurogeneratif
- Penyakit BSE (bovine spongiform encephalophaty), penyakit sapi gila - Penyakit scrapie pada domba
- Penyakit creutzfeldt-jacob pada manusia
Virus bersifat parasit. Bisa memperbanyak diri jika berada didalam suatu sel inang yang sesuai. Jika berada diluar sistem selular, maka virus tidak bisa memperbanyak diri karena tidak mempunyai suatu sistem enzim yang dapat digunakan untuk sintesis partikel virus baru.
Meskipun bersifat parasit. Namun dalam perkembangan genetik
molekular, telah dilakukan exploitasi virus untuk kepentingan
kepentingan praktis.
Misalnya untuk kepentingan militer : senjata biologis
medis, pengobatan kanker, dll
Salah satu protein prion ada yang bisa menyebabkan apoptosis.
Apoptosis
: Progam kematian sel secara normal, dengan cara
menghilangkan sel yang tidak diinginkan. Prinsip
inilah yang
A
A’
B C
B’ C’
Contoh penggunaan Virus yaitu virus NDV Strain AF 2400 Pada pengobatan
Jasad Seluler
Doktrin sel
Istilah sel pertama kali dikemukakan oleh Robert Hooke (1635-1703). Sel --- merupakan satuan dasar minimum suatu jasad hidup
Doktrin sel : Semua sel berasal dari sel yang sudah ada sebelumnya dan masing masing sel mempunyai suatu sistem kehidupan sendiri
Sel bersifat dinamis yang selalu mengalami perubahan ( adanya proses transformasi selular yang melibatkan macam macam reaksi molekular
Pengaturan selular yang dilakukan oleh sel memiliki 2 fungsi utama
• Sebagai piranti kimiawi yang melakukan proses metabolisme
Penggolongan jasad selular berdasarkan satuan dasar individu :
1. Jasad bersel tunggal (unicellular organism)
2. Jasad bersel banyak (multicellular organism)
Penggolongan jasad selular berdasarkan struktur dan organisasi sel :
1. Sel prokariot --- tanpa membran inti
2. Sel eukariot --- ada membran inti
Penggolongan jasad selular
Satuan Dasar Organisasi Sel Contoh
Sel tunggal Prokariot Escheria coli Eukariot Saccharomyces
Prokariot
• Secara organisasi sel prokariot lebih sederhana dibandingkan dengan jasad eukariot.
• Sel prokariot terdiri atas struktur utama : dinding sel, membran plasma sel , ribosom dan bahan genetik (nukleoid)
• Tidak adanya membran inti sel (nukleus)
• Contohnya yaitu kelompok bakteri, berdasarkan lingkungan tempat hidup dibagi 2 yaitu eubakteria dan archaebakteri
• Berdasarkan dinding sel prokariot, misalnya bakteri, bakteri dibedakan
menjadi 2 kelompok yaitu bakteri gram positif (bacillus substilis) dan bakteri gram negative (E. coli).
• Beberapa jenis organisme prokariot pada bakteri ada struktur tambahan diluar dinding sel ---- kapsulntuk. Sehingga memberikan bentuk yang bermacam-macam seperti kokus batang, spiral dan lain lain
• Memiliki satu/single molekul DNA dan berbentuk sirkular • Membran plasma terdiri dari campuran lemak dan protein
• Pada sel prokariot, jenis bakteri gram positif membran plasma membentuk lipatan yang dikenal sebagai mesosom.Pada
bagian yang menghadap sitoplasma mesosom sering berasosiasi dengan DNA sehingga sering diduga sebagai tempat pelekatan DNA • Ribosom merupakan partikel kecil yang dominan terdiri dari RNA dan
protein yang berfungsi sebagai wadah tempat translasi protein (pada sintesis protein.
• Satu sel dapat mengandung 600-1000 ribosom sehingga massanya dapat mencapai 40% massa bakteri.
• Materi genetik selain DNA , seringkali ada materi genetik tambahan yang disebut plasmid.
• Ukuran sel prokariot bervariasi, berdiameter 5 mm – 750 mm.
• Sama seperti eukariot. Beberapa bakteri juga membentuk struktur khusus yaitu flagella atau endospora.
Eukariot
• Mempunyai struktur dan organisasi yang lebih kompleks dibandingkan sel prokariot.
• Pada jasad sel eukariot, bahan genetiknya (DNA) berada didalam suatu membran nukleus sehingga memiliki struktur nukleus yang jelas.
• Membran nukleus eukariot memiliki 2 lapisan, membran luar dan
membran dalam. Struktur membran nukleus akan menjadi salah satu pembeda antara eukariot dan prokariot.
• Pada eukariot, bahan genetik utamanya umumnya terdiri dari lebih dari satu kromososm yang berbentuk linear yang dikemas dalam protein yang disebut histon.
• Beberapa organel penting pada eukariot antara lain mitokhondria
(tempat produksi energi selular), retikulum endoplasma (RE)
kasar( berperan dalam proses sekresi protein dan tempat lekat
ribosom), RE halus (tempat detoksifikasi senyawa tertentu dan
sintesis lemak), badan golgi (berperan dalam sekresi dan
pemilahan protein), Pada tumbuhan ada kloroplas (tempat
berlangsungnya reaksi fotosintesis), vacuola (tempat
penyimpanan air dan produk metabolisme)
• Salah satu eukariot yang banyak digunakan dalam studi biology
molekular adalah khamir sacharomyces cerevisiae (jenis bersel
satu yang mudah ditumbuhkan untuk industri minuman
I. Membrane bound organelles
X X
Kantung, terdiri dari 2 membran; bagian siklus Krebs cycle, sistem transport elektron, pabrik energi,
chemiosmosis.
Mitochondria
X Kantung membran; transpor and penyimpanan air &
material lainnya
Vakuola
X X
Kantung membran; mengandung enzim untuk mencernakan material
Lisosom
X X
Saluran membran berbentuk kantung datar ; modifies, pemilihana & sekresi protein
Kompleks Golgi
X X
Jaringan internal membran; bagian dari lipid membran & sinthesis protein
Reticulum Endoplasma
X X
Butiran inti pada nukleus; bagian of sintesis r-RNA
Nukleolus
X X
Large structure surrounded by double membrane; species cellular proteins
Nukleus
X X
Membran pembungkus cell, regulator transport sel
Membran Plasma
Found in Plants? Found in
Animals? Description & Function
II Particulate Structure
X X
Proyeksi panjang /ekor; selular lokomotif, biasanya 1-5 pada sell.
Flagella
X X
Struktur berambut pendek; pergerakan, pengambilan makanan, biasanya jumlahnya >>1 pada sel.
Silia
X Lekukan silinder kecil; terlibat dalam pembelahan sel &
melekatnya flagellae & silia Sentriol
X X
Padat, struktur batanagn dari actin, struktur penyokong Mikrofilament
X X
Cekungan dari tabung tubulin; struktur penyokong untuk pergerakan organel
Mikrotubul
X X
Butiran organel terdiri dari RNA & protein; sintesis proteins Ribosom
X X
Kandungan DNA-protein komplex; mengandung gen - gen Kromosom
Found in Plants? Found in
Animals? Description & Function
III. Extracellular Structures
X Multiple-layers dari selulosa; struktur pendukung
Dinding sel
Found in Plants? Found in
Animals? Description & Function
Interaksi Makromolekul Genetik
ASAM NUKLEAT
Struktur dasar nukleotida
1. Basa nitrogen : cincin purin atau pirimidin
Baik DNA ataupun RNA tersusun atas A, G, C, tetapi T hanya ada pada DNA sedangkan U hanya ada pada RNA. Ada pengecualian, ada beberapa molekul tRNA terdapat basa T, sedangkan pada beberapa bakteriofag DNA-nya
tersusun ats U bukan basa T.
RNA uridine Uracil U DNA deoxythymidine (thymidine) Thymine T RNA cytidine DNA deoxycytidine Cytosine C RNA guanosine DNA deoxyguanosine Guanine G RNA adenosine DNA deoxyadenosine Adenine A Nucleic Acid Nucleoside Base Abbr.
2. Molekul gula dengan 5 atom C (pentosa)
Pasa DNA gulanya adalah gula pentosa yaitu 2-deoksirobosa dan pada RNA gulanya adalah ribosa. Perbedaan anatar kedua bentuk gula tersebut yaitu panda atom C no 2.Pada DNA atom C no 2 berikatan dengan atom H,
Untaian nukleotida = polinukleotida
DNA dan RNA disintesis dalam sel oleh DNA polymerase and RNA polymerases. Untaian pendek dari asam nukleat juga dihasilkan tanpa enzyme oleh
oligonucleotida synthesizers
3. Gugus fosfat
Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester
antara atom karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima
pada gula lainnya. . Gugus fosfat inilah yang menyebabkan asam nukleat
bermuatan negatif kuat.
PASANGAN BASA DAN DOUBLE STRANDED ASAM NUKLEAT
PENEMUAN STRUKTUR MOLEKULAR DARI DNA DOUBLE HELIX
Struktur molekular dari DNA
Struktur dari Deoxyribose Nucleic Acid (DNA) pertama kali dipublkasikan oleh James D. Watson and Francis crick dalam jurnal : scientific jurnal
Interaksi Molekuler
Semua molekul dalam sel alkan berinteraksi satu sama lain. Interaksi antar molekul akan menentukan sifat sifat biologis molekul molekul didalam sel. Ineraksi milekular tersebut berupa :
1. Ikatan kovalen : Ikatan yang ada diantara atom atom yang menyusun suatu
molekul, misalnya ikatan antara C – H pada CH4. Ikatan ini paling kuat dan paling stabil antara atom.
2. Ikatan non kovalen : Interaksi antara atom yang tidak teriakt secara kovalen. Ikatan nya tidak sekuat ikatan kovalen, namun berperan penting dalam menstabilkan struktur makromolekul dalam sel misalnya asam nukleat dan protein
Beberapa ikatan nonkovalen yang penting
2. Ikatan hidrogen
Ikatan hidrogen banyak terdapat panda sistem biologis. Pada asam nukleat ikatan hidrogen menyebabkan terjadinya pasangan antar untaian (interstrand) antar basa nukleotida
Misalnya antara adenine dan tymine (A-T) dan antara guanosine dengan cytosine (G-C)
2. Ikatan ionik
Ikatan antara atom yang terjadi karena adanya perbedaan muatan pada atom atom yang berinteraksi. Contoh amino aspartat dan glutamat yang bermuatan –, sedangkan lisin, histidin, dan arginin bermuatan + , muatan yang berbeda ini menyebabkan asam amino berikatan ionik. Hal ini yang menyebabkan rantai polipeptida protein dapat berlipat sedemikian rupa, sehingga menjadi lebih bedekatan
3. Interaksi van der waals
Terjadi pada jarak atom yang sangat berdekatan 1-2 oA. Terjadi karena
distribusi muatan yang tidak simetris. Energi ikatan panda van der waals panda sepasang atom < 1 kcal/mol. Energi ini lebih kecil dibandingkan ikatan hidrogen
4. Interaksi hidrofobik.
Molekul hidrofobik merupakan molekul molekul nonpolar yang tidak larut dalam air. Gugus samping alifatik dan aromatik suatu protein dan basa basa pada asam nukleat mempunyai sifat nonpolar. Interaksi hidrofobik merupakan kekuatan utama yang menyebabkan terjadinya pelipatan makromolekul misalnya protein dan pembentukan membran.
