MATERI GENETIK. Eva Tyas Utami

Transkripsi

1 MATERI GENETIK Eva Tyas Utami

2 Capaian Pembelajaran: Mahasiswa memahami materi genetik dan dogma sentral biologi G C A T T A 1 nm C G G C 3.4 nm A T C G T A T A A T A T A G T C 0.34 nm (a) Key features of DNA structure (c) Space-filling model

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 1. Gula 5-C: Ribosa (OH-): RNA Deoksiribosa (H-): DNA 2. Gugus Phosphat 3. Basa Nitrogen Raven Johson, Biology 5 th ed

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 PERCOBAAN CHASEY-HERSEY menggunakan Bakteriphage DNA merupakan materi genetik!

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 Struktur DNA double helix Watson dan Crick

22

23

24 Double Helix DNA Sumber gambar : 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 : 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 Semi-conservative Conservative Dispersive Replikasi DNA Tiga model alternatif hipotesis replikasi DNA : Semikonservatif Konservatif Dispersif

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 Origin of replication Parental (template) strand Daughter (new) strand 0.25 µm 1 Replication begins at specific sites where the two parental strands separate and form replication bubbles. Bubble Replication fork 2 The bubbles expand laterally, as DNA replication proceeds in both directions. 3 Eventually, the replication bubbles fuse, and synthesis of the daughter strands is complete. Two daughter DNA molecules (a) In eukaryotes, DNA replication begins at many sites along the giant DNA molecule of each chromosome. (b) In this micrograph, three replication bubbles are visible along the DNA of a cultured Chinese hamster cell (TEM).

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 Leading strand Lagging strand/fragmen okazaki

45 Enzim pd Replikasi DNA Helikase membuka dobel heliks DNA SSB protein menstabilkan rantai yg terbuka Primase menambahkan primer pendek pd cetakan DNA polymerase III mengikat nukleotida utk mbtk untai yg baru DNA polymerase I (Exonuclease) memindahkan RNA primer & mengisi basa yg tepat Ligase menggabungkan fragmen Okazaki & menutup satu sama lain dlm tulang punggung gulafosfat

46

47 Garpu replikasi Sumber gambar : oak.cats.ohiou.edu/.../ Heredity/Heredity.htm

48

49 George Rice. Montana State University. Source:

50 5 3 Sintesis leading strand dan lagging strand selama replikasi DNA 1 DNA pol Ill elongates DNA strands only in the 5 3 direction. 3 Parental DNA 5 2 Okazaki fragments DNA pol III Template strand 3 5 Leading strand Lagging strand Template strand DNA ligase Overall direction of replication 2 One new strand, the leading strand, can elongate continuously 5 3 as the replication fork progresses. 3 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). 4 DNA ligase joins Okazaki fragments by forming a bond between their free ends. This results in a continuous strand.

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 DNA coding sequence DNA RNA coding sequence RNA

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 Tahap INISIASI TRANSKRIPSI GENE

60 Tahap Elongasi Elongation Phase

61 Tahap Terminasi Termination Phase

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 DNA Transcription RNA Start codon Translation Stop codon Polypeptide

67 Dari DNA ke RNA ke Protein DNA coding sequence A- RNA Inside coding the sequence nucleus mrna B- In the Cytosol C- At to Ribosome

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 DNA mrna TRANSCRIPTION RNA polymerase Stage 1 mrna is transcribed from a DNA template. Amino acid trna TRANSLATION Enzyme Stage 2 Each amino acid attaches to its proper trna with the help of a specific enzyme and ATP. mrna Initiator trna Start Codon Anticodon Large ribosomal subunit Small ribosomal subunit Stage 3 Initiation of polypeptide synthesis The mrna, the first trna, and the ribosomal subunits come together. Figure 10.15

76 Growing polypeptide Codons New peptide bond forming Stage 4 Elongation 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. mrna Polypeptide Stop Codon Stage 5 Termination The ribosome recognizes a stop codon. The polypeptide is terminated and released. Figure (continued)