9/23/2013
SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIK
Replikasi Gen Ekspresi genetik
Pertemuan ke 4
– 1882, Walther Flemming menemukan kromosom adalah bagian dari sel yang ditemukan 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 bahwa sinar X dapat menginduksi mutasi – 1928, Fred Griffith menemukan perubahan bentuk dinding sel Streptococcus pneumoniae
SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIK Perubahan bentuk dinding sel Streptococcuspneumonia
Penelitian Fred Griffith Dua galur: Smooth (S) – Virulent (gel coat) Rough (R) – Kurang Virulen
Tikus disuntik dengan galur R and galur S yang dimatikan melalui pemanasan Tikus mati dan ditemukan hanya mengandung bakteri galur S
– 1935, Andrei Nikolaevitch Belozersky 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 menemukan bahwa DNA adalah bahan yang menyebabkan perubahan bentuk dinding sel Streptococcus pneumoniae
1
9/23/2013
Penelitian Avery, MacLeod, dan McCarty
REPLIKASI DNA • Sebelum mekanisme replikasi DNA dapat dibuktikan secara eksperimental oleh Mattew Messelson dan ranklin Stahl pd thn 1958, ada 3 hipotesis yg berkembang mengenai replikasi DNA : • 1. SEMI KONSERVATIF • 2. KONSERVATIF • 3. DISPERSIF
A. Hershey dan M. Chase menggunakan P dan S radioisotop membuktikan DNA adalah pembawa informasi genetik
SEMI KONSERVATIF: • Setiap molekul untai ganda DNA anakan terdiri atas satu untai tunggal DNA induk dan satu untai tunggal DNA hasil sintesis baru. KONSERVATIF : • Molekul DNA untai ganda induk akan tetap bergabung sedangkan kedua untaian DNA anakan terdiri atas molekul hasil sintesis baru.
2
9/23/2013
DISPERSIF:
REPLIKASI DNA
• 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.
Replikasi sederhana DNA
Hasil eksperimen Mattew Messelson dan ranklin Stahl pd thn 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 secara semi konservatif. Proses replikasi sederhana molekul DNA
3
9/23/2013
REPLIKASI DNA
KOMPONEN KOMPONEN PENTING DALAM REPLIKASI DNA 1. DNA cetakan yaitu molekul DNA atau RNA yg akan direplikasi 2. Molekul nukleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP, dan dGTP. Nukleotida terdiri dari 3 komponen : basa purin atau pirimidin, gula 5 deoksiribose, gugus posfat. 3. Enzim DNA polimerase yi enzim utama yg mengkatalisis proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA. 4. Enzim primase, yi enzim yg mengkatalisis sintesis primer utk memulai replikasi DNA
Lanjutan komponen penting dalam replikasi DNA
PEMANJANGAN ASAM NUKLEAT
7. Enzim pembuka ikatan untaian DNA induk yaitu enzim helikase dan enzim lain yg membantu proses tsb yi enzim girase 8. Molekul protein yg menstabilkan untaian DNA yg sudah terbuka yaitu protein SSB (Single Strand Binding Protein). 9. Enzim DNA ligase yaitu enzim yg berfungsi utk menyambung fragmen fragmen DNA
4
9/23/2013
EKSPRESI GENETIK • Di dalam genom suatu jasad terdpt rangkaian gen yg menyusun genotipe jasad tsb • Genotip adl potensi potensi genetik yg dimiliki oleh suatu jasad hidup yg jika diekspresikan 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.
TRANSKRIPSI dan translasi merupakan dua proses berbeda yang saling berkaitan erat dan sangat menentukan proses pemunculan kemampuan kemampuan jasad hidup untuk tumbuh dan berkembang.
Produk ekspresi genetik di dalam sel adalh bermacam macam protein dan enzim yg digunakan dalam proses metabolisme jasad hidup.
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 adl proses penyalinan kode kode genetik yg terdapat pada molekul DNA. Proses translasi memerlukan molekul rRNA untuk menyusun ribosom, serta molekul tRNA yg membawa asam asam amino spesifik yang akan dirangkaikan menjadi molekul protein.
TRANSKRIPSI • Proses penyalinan kode kode genetik yg ada pd urutan DNA menjadi molekul RNA. • Urutan nukleotida pd salah satu untaian molekul DNA akan digunakan sbg cetakan utk sintesis molekul RNA yg komplementer • Ada 3 molekul RNA yg disintesis : mRNA , tRNA dan rRNA
5
9/23/2013
mRNA : RNA yg merupakan salinan kode kode genetik pd DNA yg dalam proses selanjutnya (proses translasi) akan diterjemahkan menjadi urutan asam asam amino yg menyusun suatu polipeptide atau protein ttt. tRNA : RNA yg berperan membawa asam amino spesifik yg akan digabungkan dalam proses sintesis protein (translasi). rRNA adalh RNA yg digunakan utk menyusun ribosom yaitu suatu partikel dalam sel yg digunakan sbg tempat sintesis protein
Proses transkripsi dilakukan oleh enzim RNA polimerase. Komponen utama yg terlibat dlm proses transkripsi : 1. urutan DNA yg akan ditranskripsi 2. enzim RNA polimerase 3. faktor faktor transkripsi 4. prekursor utk sintesis RNA.
MEKANISME TRANSKRIPSI
Ekspresi gen F. Crick dan G. Gamov (1957) merumuskan "central dogma“ cara kerja DNA mengendalikan messenger RNA yang kemudian mengendalikan sintesis protein
– Pemindahan informasi genetik dari DNA ke RNA – pita double helix DNA akan mencetak pita tunggal m RNA (duta RNA/ dARN) – sbg katalisator adl enzim RNA polimerase – Pada eukariot: terdapat 3 RNA polimerase yaitu RNA polimerase I (meyalin gen yg mengkode rRNA), RNA polimerase II (menyalin semua gen pengkode protein), dan RNA polimerase III (menyalin gen yang mengkode tRNA dan rRNA berukuran 5S)
– sintesa RNA dari arah 5’ ke 3’ – RNA yang selesai dicetak akan keluar dari inti sel menuju ribosom pada sitoplasma – Prekursor sintesis RNA: 4 macam ribonukleotida (5’ trifosfat ATP, GTP, CTP, dan UTP
6
9/23/2013
Organisasi genom pada sel Eukariot • Pada sel jamur, tanaman, hewan • Organisasi genom: promoter, coding region, terminator. Coding region: intron, dan exon • Intron: tidak ada terjemahannya ke protein • Exon: ada terjemahannya ke protein • Gen kelas I: mengkode pembentukan r RNA, Gen kelas II: mengkode pembentukan pembentukan protein, Gen kelas III: mengkode pembentukan t RNA. • Hanya gen yang mengkode pembentukan protein yang transkripsinya menghasilkan m RNA, yang selanjutnya akan ditranslasi menghasilkan protein. Gen kelas I dan III tidak mengkode m RNA. 25
Proses Transkripsi DNA
Proses splicing dari pematangan DNA
7
9/23/2013
MEKANISME TRANSLASI –menempelnya mRNA pd ribosom 30 S dan pembentukan poliribosom –pengikatan asam amino oleh tRNA –permulaan dari sintesa protein –memanjangnya rantai polipeptida
TRANSLASI RNA pada Ribosome m RNA membawa kode genetik dari copy DNA t RNA membawa asam-asam amino spesifik yang akan digabungkan menjadi protein r RNA menyusun ribosom tempat berlangsungnya sintesis protein
8
9/23/2013
20 MACAM ASAM AMINO PENYUSUN PROTEIN Macam Asam Amino Alanine Arginine Asparagine Asam aspartat Cysteine Glutamine Asam Glutamat Glycine Histidine Isoleucine Leucine Lysine Methionine Phenylalanine Proline Serine Threonine Tryptophan Tyrosine Valine
Kode genetik (Triplet Codon)
• Contoh cDNA yang mengkode enzim alcohol dehyrogenase and chitinase (untuk sifat ketahanan tanaman) • Dalam tahap analisis ekspresi gen pada tanaman
Simbul 1 Huruf
Simbul 3R HurufN
A R N D C Q E G H I L K M F P S T W Y V
Ala Arg Asn Asp Cys Gln Glu Gly His Ile Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val
34
Regulasi GEN 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)
Proses sintesis protein pada sel prokariot
[email protected], Unimas Malaysia
9
9/23/2013
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 sd reaksi kompleks termasuk reaksi metabolisme) Sebagai pengatur 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
10
