BIOTEKNOLOGI
Perubahan Genetik, Replikasi DNA, dan Ekspresi Gen
BAB 3&4
Sekilas tentang Gen dan Kromosom
• 1882, Walther Flemming menemukan kromosom adalah bagian dari sel yang ditemukan oleh Mendel • 1887, Edouard-Joseph-Louis-Marie van Beneden, menemukan bahwa suatu jasad memiliki jumlah kromosom tertentu • 1902, Walter Stanborough Sutton menyatakan bahwa kromosom berpasangan • 1910, Thomas Hunt Morgan menemukan bahwa bahan pembawa sifat adalah gen yang berada di dalam kromosom • 1926, Hermann Muller menemukan baha sinar X dapat menginduksi mutasi • 1928, Fred Griffith menemukan perubahan bentuk dinding sel Streptococcus pneumoniae
BAB 3&4
Perubahan Bentuk Dinding Sel Streptococcus Pneumonia • Penelitian Fred Griffith Dua galur : Smooth (S) – virulent (gel coat) Rough (R) - Kurang Virulen • Tikus disuntik dengan galur R dan galur S yang dimatikan melalui pemanasan • Tikus mati dan ditemukan hanya mengandung bakteri galur S
BAB 3&4
• 1935, Adrei Nikolaevitch Balozersky berhasil mengisolasi DNA murni
• 1941, George Beadle dan Edward Tatum menemukan hubungan mutasi dengan kerusakan proses biokimia sel • 1944, Oswald Theodore Avery, Colin Macleod dan Maclyn McCarty yang melanjutkan pekerjaan Griffith menenmukan bahwa DNA adalah bahan yang menyebabkan perubahan bentuk dinding sel Streptococcus pneumoniae
BAB 3&4
Pembuktian DNA adalah pembawa informasi genetik
A. Hershey dan M.Chase menggunakan P dan S radioisotop untuk membuktikan bahwa DNA adalah pembawa informasi genetik
Replikasi DNA
BAB 3&4
Sebelum mekanisme replikasi Dna dapat dibuktikan secara eksperimental oleh Mattew Messelson dan Ranklin Stahl pada tahun 1958. ada 3 hipotesis yang berkembang mengenai replikasi DNA
1. 2. 3.
Semi Konservatif Konservatif Dispersif
BAB 3&4
1.
Replikasi DNA
Semi Konservatif Setiap molekul untai ganda DNA anakan terdiri dari satu untai tunggal DNA induk dan satu untai tunggal DNA hasil sintesis baru
BAB 3&4
2.
Replikasi DNA
Konservatif Molekul DNA untai ganda induk akan tetap bergabung sedangkan untai DNA anakan terdiri atas molekul hasil sintesis baru
BAB 3&4
3.
Replikasi DNA
Dispersif Molekul DNA induk akan mengalami fragmentasi sehingga DNA anakan akan terdiri atas campuran molekul lama (berasal dari molekul DNA induk) dan molekul hasil sintesis baru
BAB 3&4
• Hasil eksperimen Mattew Messelson dan Ranklin Stahl pada tahun 1958 untuk mengetahui mekanisme replikasi DNA dengan bakteri Escherichia coli
• Hasil penelitian menunjukkan bahwa molekul DNA anakan terdiri atas satu untai DNA induk dan satu untai DNA hasil sintesis baru sehingga sesuai dengan model replikasi semi konservatif
Replikasi DNA
BAB 3&4
Replikasi DNA
BAB 3&4
Komponen Penting dalam Replikasi DNA
1.
DNA cetakan yaitu molekul DNA atau RNA yang akan direplikasi
2.
Molekul nukleotida yaitu dATP, dTTP, dCTP dan dGTP.
3.
Nukleotida terdiri atas 3 komponen : basa purin atau pirimidin, gula deoksiribosa dan gugus fosfat
4.
Enzim DNA polimerase, enzim utama yang mengkatalisis proses polimerasi nukleotida menjadi untaian DNA
5.
Enzim primase, enzim yang mengatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA
BAB 3&4
Komponen Penting dalam Replikasi DNA
6.
Enzim pembuka ikatan untaian DNA induk yaitu enzim helikase dan enzim lain yang membantu proses tersebut yaitu enzim girase
7.
Molekul protein yang menstabilkan untaian DNA yang sudah terbuka yaitu protein SSB (Single Strand Binding Protein)
8.
Enzim DNA ligase yaitu enzim yang berfungsi untuk menyambung fragmenfragmen DNA
BAB 3&4
• •
•
Ekspresi Genetik
Didalam genom suatu jasad terdapat rangkaian gen yang menyusun genotipe jasad tersebut Genotip adalah potensi-potensi genetik yang dimiliki oleh suatu jasad hidup yang jika di ekspresikan akan memunculkan sifat fisiologis atau kenampakan morfologis yang secara umum disebut fenotipe Fenotip dapat berupa kemampuan menghasilkan suatu metabolit (hasil metabolisme), ketahanan terhadap hama dan penyakit, toleransi lingkungan, rasa buah, bentuk , warna daun, dll.
BAB 3&4
•
•
•
•
Ekspresi Genetik Pemunculan suatu fenotip merupakan hasil ekspresi banyak gen melalui rangkaian proses pengaturan yang komplek Ekspresi genetik dilakukan melalui proses transkripsi gen tertentu menjadi RNA (mRNA, tRNA, dan rRNA) selanjutnya mengalami proses translasi menjadi protein atau enzim Transkripsi adalah proses penyalinan kode genetik yang terdapat pada molekul DNA Proses translasi memerlukan molekul rRNA untuk penyusun ribosom, serta molekul tRNA yang membawa asam amino spesifik yang akan dirangkaikan menjadi molekul protein
BAB 3&4
•
•
Transkiripsi dan Translasi
Transkripsi dan translasi merupakan dua proses berbeda yang saling berkaitan erat dan sangat menentukan proses pemunculan kemampuan jasad hidup untuk tumbuh dan berkembang Produk ekspresi genetik di dalam sel adalah bermacam macam protein dan enzim yang digunakan dalam proses metabolisme jasad hidup
Transkiripsi
BAB 3&4
• •
•
Proses penyalinan kode genetik yang ada pada urutan DNA menjadi molekul RNA Urutan nukleotida pada salah satu untaian molekul DNA akan digunakan sebagai cetakan untuk sintesis molekul RNA yang komplementer Ada 3 molekul RNA yang disintesis : 1. mRNA 2. tRNA 3. rRNA
Transkiripsi
BAB 3&4
• •
•
Proses penyalinan kode genetik yang ada pada urutan DNA menjadi molekul RNA Urutan nukleotida pada salah satu untaian molekul DNA akan digunakan sebagai cetakan untuk sintesis molekul RNA yang komplementer Ada 3 molekul RNA yang disintesis : 1. mRNA 2. tRNA 3. rRNA
BAB 3&4
Transkiripsi - mRNA
1.
mRNA RNA yang merupakan salinan kode genetik pada DNA yang didalam proses selanjutnya (proses translasi) akan diterjemahkan menjadi urutan asam amino yang menyusun suatu polipeptide atau protein ttt
2.
tRNA RNA yang berperan membawa asam amino spesifik yang akan digabungkan dalam proses sintesis protein (translasi)
3.
rRNA RNA yang diguanakan untuk menyusun ribosom yaitu suatu partikel dalam sel yang digunakans ebagai tempat sintesis protein
BAB 3&4
Transkiripsi - mRNA
• Proses transkripsi dilakukan oleh enzim RNA polimerase • Komponen utama yang terlibat dalam proses transkripsi : 1. Urutan DNA yang akan ditranskripsi 2. Enzim RNA polimerase 3. Faktor – faktor transkripsi 4. Prekusor untuk sintesis RNA
BAB 3&4
Transkiripsi - Mekanisme
• Pemindahan informasi genetik dari DNA ke RNA • Pita double helix DNA akan mencetak pita tunggal m RNA • Sebagai katalisator adalah enzim RNA polimerase • Sinesa RNA dari arah 5’ ke 3’ • RNA yang selesai dicetak akan keluar dari inti sel menuju ribosom pada sitoplasma
BAB 3&4
Traslasi - Mekanisme
• Menempelnya mRNA pada ribosom dan pembenukan poliribosom • Pengikatan asam amino oleh tRNA • Permulaan dari sintesa protein • Memanjangnya rantai polipeptida
BAB 3&4
Traslasi – RNA pada ribosom
• m RNA membawa copy genetik dari copy DNA • T RNA membawa asam amino spesifik yang digabungkan menjadi protein • R RNA menyusun ribosom tempat berlangsungnya sintesis protein
BAB 3&4
Kode Genetik (triplet kodon) Universal
BAB 3&4
20 macam asam amino penyusun protein
BAB 3&4
Contoh DNA yang mengkode enzim alcohol dehyrogenase dan chitinase (untuk sifat ketahanan tanaman
BAB 3&4
• Fungsi DNA adalah membawa gen yang mengandung informasi yang menentukan jenis protein yang harus disintesis (kapan, dalam tipe sel yang mana, berapa banyak jumlah protein) • Pada gambar merupakan contoh proses sintesis protein pada sel prokariot
Regulasi Gen
BAB 3&4
Mengapa ekspresi gen melalui pembentukan protein ?
Protein adalah polimer asam-asam amino (polipeptida) yang mempunyai berbagai macam fungsi dalam sel : • Protein enzim sebagai biokatalisator reaksi biokimia dalam sel (reaksi sederhana sampai komplek termasuk reaksi metabolisme) • Sebagai pengantur ekspresi genetik(proses replikasi, transkripsi dan translasi • Sebagai pengangkut molekul kecil dan ion • Berperan dalam sistem pergerakan terkoordinasi • Sebagai komponen sistem kekebalan tubuh • Sebagai pheromone • Sebagai penerus impuls syaraf • Sebagai komponen pendukung kekuatan regang
