MATERI GENETIK Eva Tyas Utami
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
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
NUKLEOTIDA 1. Gula 5-C: Ribosa (OH-): RNA Deoksiribosa (H-): DNA 2. Gugus Phosphat 3. Basa Nitrogen Raven Johson, Biology 5 th ed
Penyusun nukleotida
BASA DNA
Basa RNA
Apa perbedaan DNA dan RNA Struktur Fungsi Lokasi Jenis
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
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)
TH Morgan Menggunakan lalat buah Gen terletak dalam kromosom Belum diketahui apakah protein atau DNA dlm kromosom sebagai gen
Penelitian Griffith (1928) menggunakan Streptococcus pneumoniae
Avery, McCarty dan MacLeod Memurnikan DNA dan protein dari Streptococcus pneumoniae utk menentukan materi yg mengubah bakteri avirulent mjd virulent
DNA sbg agent pentransformasi
PERCOBAAN CHASEY-HERSEY menggunakan Bakteriphage DNA merupakan materi genetik!
Konfirmasi DNA sbg agen pentransformasi
Erwin Chargaff
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
Rosalind Franklin: menggunakan kristalografi sinar X untuk mempelajari struktur DNA
Struktur DNA double helix Watson dan Crick
Double Helix DNA Sumber gambar :www.csu.edu.au/.../ subjects/molbol/revision.htm
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
Sumber gambar :www.biologia.pl/ kurs/nukleosom.phtml
DOGMA SENTRAL BIOLOGI
Dogma sentral biologi, oleh Francis Crick (1956) dipublikasikan di Nature th 1970 Sumber gambar: en.wikipedia.org
Sumber gambar: en.wikipedia.org
REPLIKASI DNA Proses penggandaan DNA Tjd pada fase S interfase
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.
Semi-conservative Conservative Dispersive Replikasi DNA Tiga model alternatif hipotesis replikasi DNA : Semikonservatif Konservatif Dispersif
REPLIKASI DNA semikonservatif library.thinkquest.org/.../ RNA.htm
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
Garpu Replikasi
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).
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
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
Leading strand Lagging strand/fragmen okazaki
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
Garpu replikasi Sumber gambar : oak.cats.ohiou.edu/.../ Heredity/Heredity.htm
George Rice. Montana State University. Source: http://serc.carleton.edu/microbelife/research_methods/genomics/replication.html
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 3 2 1 1 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.
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
Ekspresi Gen berupa sintesis protein Tdr 4 tahap: 1. transkripsi 2. pemrosesan RNA 3. translasi 4. pemrosesan setelah translasi
TRANSKRIPSI Proses sintesis RNA dari DNA Langkah awal ekspresi gen
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
DNA coding sequence DNA RNA coding sequence RNA
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
Tahap INISIASI TRANSKRIPSI GENE
Tahap Elongasi Elongation Phase
Tahap Terminasi Termination Phase
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
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
TRANSLASI Proses sintesis polipeptida berdasarkan informasi genetik dari mrna
Transcribed strand DNA Transcription RNA Start codon Translation Stop codon Polypeptide
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
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)
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
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)
Translasi
Translation - outline
Kode Genetik
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
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 10.15 (continued)