BIOLOGI MOLEKULER 1

Rina Priastini SBagian Biologi – FK UKRIDA

BIOLOGI MOLEKULER

• Biologi molekuler terlibat dalam banyak aspek biologi sel, yang juga mempelajari genetika molekuler yang menjelaskan teori pewarisan yang terdapat di dalam kromosom

• Juga lebih jauh mempelajari DNA• RNA : mRNA, tRNA dan rRNA• Informasi genetik pada akhirnya

diterjemahkan menjadi beberapa jenis protein dan enzim khusus

ULTRASTRUKTUR NUKLEUS, KROMOSOM DAN NUKLEOLUS

• Pada tahap interfase, inti sel dan kromosom terlihat melalui mikroskop cahaya

• Struktur morfologi yang penting : kromomer, sentromer, satelit, kromonema

• Pada tahap interfase, di dalam inti sel juga ada anak inti sel (nukleolus) yang dikelilingi oleh membran inti

DNA SEBAGAI BAHAN GENETIKA

AUTOSOM DOMINAN

Polidaktili

Dentinogenesis Imperfekta

Achondroplasia

AUTOSOM RESESIF

Albino

Phenylketonuria/PKU

Bisu TuliKretinisme

LETAL DOMINAN

Brakidaktili

Epiloia

Huntington Disease

Retinoblastoma

LETAL RESESIF

Tay Sachs Disease

Sickle Cell Anemia

SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIKA

1865, Gregor Mendel menduga bahwa suatu bagian dari sel bertanggungjawab atas sifat yang diturunkan dari satu generasi ke generasi berikutnya

1868, Friedrich Miescher menemukan senyawa kimia yang berasal dari inti sel

1879, Albrecht Kossel menemukan asam nukleat

STRUKTUR KIMIA NUKLEOTIDA PENYUSUN ASAM NUKLEAT

Gula ribosa

BasaN

SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIKA

– 1882, Walther Flemming menemukan kromosom 1882, Walther Flemming menemukan kromosom adalah bagian dari sel yang ditemukan Mendelbagian dari sel yang ditemukan Mendel

– 1887, Edouard-Joseph-Louis-Marie van Beneden 1887, Edouard-Joseph-Louis-Marie van Beneden menemukan bahwa suatu jasad memiliki jumlah menemukan bahwa suatu jasad memiliki jumlah kromosom tertentukromosom tertentu

– 1902, Walter Stanborough Sutton1902, 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 1928, Fred Griffith menemukan perubahan bentuk dinding sel dinding sel Streptococcus pneumoniaeStreptococcus pneumoniae

Perubahan bentuk dinding sel Perubahan bentuk dinding sel Streptococcus pneumoniaStreptococcus pneumonia

Penelitian Fred GriffithPenelitian Fred Griffith

Dua galur: Dua galur: Smooth (S) – Virulent (gel Smooth (S) – Virulent (gel

coat)coat)Rough (R) Rough (R) –– Kurang Kurang

VirulenVirulen

Tikus disuntik dengan galur R and Tikus disuntik dengan galur R and galur S yang dimatikan melalui galur S yang dimatikan melalui pemanasanpemanasan

Tikus mati dan ditemukan hanya Tikus mati dan ditemukan hanya mengandung bakteri galur Smengandung bakteri galur S

SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIKA

– 1935, Andrei Nikolaevitch Belozersky 1935, Andrei Nikolaevitch Belozersky berhasil mengisolasi DNA murni berhasil mengisolasi DNA murni

– 1941, George1941, George Beadle dan Edward Tatum Beadle dan Edward Tatum menemukan hubungan mutasi dengan menemukan hubungan mutasi dengan kerusakan proses biokimia selkerusakan proses biokimia sel

– 1944, Oswald Theodore Avery, Colin 1944, Oswald Theodore Avery, Colin MacLeod dan Maclyn McCartyMacLeod dan Maclyn McCarty yang yang melanjutkan pekerjaan Griffith melanjutkan pekerjaan Griffith menemukan bahwa DNA adalah bahan menemukan bahwa DNA adalah bahan yang menyebabkan perubahan bentuk yang menyebabkan perubahan bentuk dinding sel dinding sel Streptococcus pneumoniaeStreptococcus pneumoniae

Penelitian Avery, MacLeod, dan McCartyPenelitian Avery, MacLeod, dan McCarty

SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIKA

– 1952, Alfred Hershey dan Martha Chase1952, Alfred Hershey dan Martha Chase melalui penelitian menggunakan P dan S radioisotop membuktikan DNA sebagai membuktikan DNA sebagai bahan pembawa informasi genetikabahan pembawa informasi genetika

– 1953, James Watson and Francis Crick 1953, James Watson and Francis Crick menyatakan bahwa DNA adalah benang menyatakan bahwa DNA adalah benang ganda anti paralel, berbentuk heliks yang ganda anti paralel, berbentuk heliks yang saling berkomplemensaling berkomplemen

Penelitian Alfred Hershey dan Martha ChasePenelitian Alfred Hershey dan Martha Chase

PenelitianPenelitianWatson dan CrickWatson dan Crick

Dengan dukungan data Dengan dukungan data difraksi sinar-X dari Rosalind difraksi sinar-X dari Rosalind Franklin dan Maurice Wilkins Franklin dan Maurice Wilkins

Dengan dukungan data Dengan dukungan data analisis kimia basa nitrogen analisis kimia basa nitrogen dari Erwin Chargaffdari Erwin Chargaff

Memformulasikan struktur Memformulasikan struktur DNADNA

Mengelompokkan basa DNA Mengelompokkan basa DNA menjadi purin dan pirimidin menjadi purin dan pirimidin

Memformulasikan model Memformulasikan model replikasi DNAreplikasi DNA

STRUKTUR BASA NUKLEOTIDA

Purin Pirimidin

STRUKTUR ASAM NUKLEAT

PASANGAN BASA NUKLEOTIDA

SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIKA

– 1957, 1957, Francis Crick dan George Gamov merumuskan "central dogma" yang menjelaskan cara kerja DNA mengendalikan sintesis protein. DNA mengendalikan messenger RNA yang kemudian mengendalikan sintesis protein

– 1957, Matthew Meselson dan Frank Stahl 1957, Matthew Meselson dan Frank Stahl mendemonstrasikan mekanisme replikasi DNAmendemonstrasikan mekanisme replikasi DNA

REPLIKASI DNA

REPLIKASI DNA

PEMANJANGAN ASAM NUKLEAT

TRANSLASI RNA

HUBUNGAN TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI

TEKNOLOGI BIOLOGI MOLEKULER

• Kloning Stem Cell

• Polymerase Chain Reaction (PCR)

• Elektroforesis Gel

• DNA Rekombinan

KLONING

KLONING

KLONING• Teknik penggandaan gen yang

menghasilkan turunan yang sama sifat baik dari segi hereditas maupun penampakannya

• Ilmuwan Oregon yang menyatakan, berhasil mengkloning embrio kera dan mengekstraknya dalam sel induk yang sangat potensial untuk penelitian kloning manusia

KLONING

• Gregor Mandel merumuskan aturan-aturan menerangkan pewarisan sifat-sifat biologis

• Sifat-sifat organisme yang dapat diwariskan diatur oleh suatu faktor yang disebut gen, yaitu suatu partikel yang berada di suatu di dalam sel, tepatnya di dalam kromosom

• Gen menjadi dasar dalam pengembangan penelitian genetika meliputi pemetaan gen, menganalisis posisi gen pada kromosom

KLONING

• DNA sebagai material genetik beserta strukturnya, kode-kode genetik, serta proses transkripsi dan translasi dapat dijabarkan

• Suatu penelitian yang merupakan revolusi dalam biologi medern adalah setelah munculnya metode teknologi DNA rekombinasi atau rekayasa genetika yang inti prosesnya adalah kloning gen, yaitu suatu prosedur untuk memperoleh replika yang dapat sama dari sel atau organisme tunggal

KLONING

• Suatu fragmen DNA yang mengandung gen yang akan di-klon diinsersikan pada molekul DNA sirkular yang di sebut sektor untuk menghasilkan chimoera atau molekul DNA rekombiner

• Vektor bertindak sebagai wahana yang membawa gen masuk kedalam sel tuan rumah (host) yang biasanya berupa bakteri, walau pun sel-sel jenis lain dapat di gunakan

• Elemen di dalam sel host, vektor mengadakan replikasi menghasilkan banyak turunan identik, baik vektornya sendiri maupun gen yang dibawanya

KLONING

• Ketika sel host membelah, kopi molekul DNA rekombinasi diwariskan pada progeni dan terjadi replikasi vektor selanjutnya

• Setelah terjadi sejumlah besar pembelahan sel, maka dihasilkan koloni atau klonsel host yang identik

• Tiap-tiap sel dalam klon mengandung satu kopi atau lebih molekul DNA rekombinasi dengan demikian dikatakan bahwa gen yang dibawa oleh molekul rekombinasi telah diklon

DNA ALAMIAH UNTUK KLONING

• Plasmid, merupakan molekul DNA sirkuler yang terdapat dalam bakteri dan berbagai organisme lain. Plasmid dapat melakukan replikasi dengan tidak tergantung pada kromosom sel tuan rumah.

• Kromosom virus, terutama bakteriofog, yaitu virus yang harus menginfeksi bakteri pada waktu infeksi molekul DNA bakteriofog diinfeksikan ke dalam sel tuan rumah, dan kemudian DNA ini mengalami replikasi

CARA KLONING

• Preperasi sampel DNA murni • Pemotongan DNA murni • Analisis ukuran fragmen DNA • Penggolongan molekul DNA • Memasukan molekul DNA ke dalam sel

tuan rumah • Identifikasi sel yang mengandung molekul

DNA rekombinasi

POLYMERASE CHAIN REACTION (PCR)

• Teknik yang sangat berguna dalam membuat salinan DNA

• Memungkinkan sejumlah kecil sekuens DNA tertentu disalin (jutaan kali) untuk diperbanyak (sehingga dapat dianalisis), atau dimodifikasi secara tertentu

• Digunakan untuk menambahkan situs enzim restriksi, atau untuk memutasikan (mengubah) basa tertentu pada DNA, untuk mendeteksi keberadaan sekuens DNA tertentu dalam sampel

POLYMERASE CHAIN REACTION (PCR)

• Memanfaatkan enzim DNA polimerase yang secara alami memang berperan dalam perbanyakan DNA pada proses replikasi

• Hanya dapat menyalin fragmen pendek DNA

• Untuk memperbanyak DNA melibatkan serangkaian siklus temperatur yang berulang dan masing-masing siklus terdiri atas tiga tahapan

TAHAPAN PCR

• Denaturasi cetakan DNA (DNA template) pada temperatur 94-96°C, yaitu pemisahan utas ganda DNA menjadi dua utas tungga

• Dilakukan penurunan temperatur pada tahap kedua sampai 45-60°C yang memungkinkan terjadinya penempelan (annealing) atau hibridisasi antara oligonukleotida primer dengan utas tunggal cetakan DNA

• Tahap ekstensi atau elongasi (elongation), yaitu pemanjangan primer menjadi suatu utas DNA baru oleh enzim DNA polimerase

ELEKTROFORESIS GEL

• Teknik utama dalam biologi molekular, prinsip dasar teknik ini adalah bahwa DNA, RNA, atau protein dapat dipisahkan oleh medan listrik

• Molekul tersebut dipisahkan berdasarkan laju perpindahannya oleh gaya gerak listrik di dalam matriks gel

• Gel yang digunakan biasanya merupakan polimer bertautan silang (crosslinked) yang porositasnya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan

ELEKTROFORESIS GEL

• Untuk memisahkan protein atau asam nukleat berukuran kecil (DNA, RNA, atau oligonukleotida), gel yang digunakan biasanya merupakan gel poliakrilamida