1

BAHAN GENETIK dan

EKSPRESI GEN

2

Pada tahun 1869, Friedrich Miesher bahwa pada nukleus terdapat zat yang mengandung fosfor yang sangat tinggi dan diberi nama nuklein. Nama ini kemudian diubah menjadi asam nukleat. Asam nukleat ini terdiri dari 2 tipe, yaitu asam deoksiribonuleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA)

Bahan Genetik

3

1. DNA/RNA tersusun dari subunit-subunit yang disebut nucleotida.

2. Masing-masing nucleotida tersusun atas gula pentosa, asam fosfat dan basa nitrogen.

3. Ada 4 macam basa nitrogen penyusun DNA/RNA: Adenine - A (purine) Cytosine - C (pyrimidine) Guanine - G (purine) Thymine - T (pyrimidine), yang pada RNA digantikan Uracil (U)

Molekul DNA/RNA

Pada makhluk prokaryotik dan eukariotik selain dijumpai DNA juga didapatkan asam nukleat yang lain yaitu asam ribonukleat (RNA).

Pada virus (misalnya virus mozaik tembakau) tidak memiliki DNA dan hanya memiliki RNA.

4

Basa Penyusun DNA/RNA

5

Jumlah basa purine sebanding dengan jumlah basa pyrimidine

(A+G) = (C+T)

Jumlah basa adenine sebanding dengan jumlah basa thymine A = T

Jumlah basa guanine sebanding dengan jumlah basa cytosine G = C

CHARGAFF`s Ratios atau CHARGAFF`s Rule

Contoh:Diketahui bahwa kandungan Adenin dari molekul DNA suatu makhlukhidup adalah 20%, maka:A = T (A = 20% ; T = 20%)A + T = 40%C + G = 100% - 40% = 60%, sehingga kandungan C = 30% dan G = 30%

Aturan CHARGAFF

6

Struktur DNA dan RNA

7

Double Helix DNA

Basa-basa pada struktur DNA tersebut saling berikatan karena adanya ikatan hidrogen. Jarak antara satu basa dengan basa berikutnya adalah 3,4 Angstrom (1 A = 0,1 nm), sehingga jarak 10 basa adalah 34 A. Adapun garis tengah DNA adalah 20 A.

8

DNA umumnya terdapat pada inti dan terletak pada kromosom, namun demikian DNA dapat pula dijumpai pada mitokondria (tumbuhan dan hewan) dan kloroplas (tumbuhan).

Adapun fungsi DNA adalah memberi informasi genetik, sehingga segala perintah yang ada hubungannya dengan sifat keturunan dilakukan oleh DNA.

Lokasi dan Fungsi DNA

9

1. messengerRNA atau mRNA: Terdapat di dalam nukleus; transkrip

si; membawa informasi genetik keluar nukleus.

2. transferRNA atau tRNA: Terdapat di dalam sitoplasma; ment

erjemahkan informasi genetik dari m-RNA pada proses translasi yang berlangsung di ribosom.

3. ribosomalRNA atau rRNA: Terdapat di ribosom; berperan dalam

proses sintesis protein, yaitu menyusun unit kecil dan unit besar ribosom dan ber- peran pada proses translasi.

RNA dan macamnya

10

Kode Genetik

Suatu aturan yang menetapkan bahwa pada sintesis protein suatu triplet nukleotida akan mengkode asam amino tertentu.

11

4 menunjukkan empat macam basa nitrogen (A, G, C, U) n menunjukkan banyaknya nukleotida yang menyusun kodon

RUMUS : 4n

Diketahui ada 20 macam asam amino, maka:• Jika sebuah kodon terdiri dari satu nukleotida (KODE SINGLET), maka hanya akan mengkode 4 asam amino

• Jika sebuah kodon terdiri dari dua nukleotida (KODE DUPLET), maka hanya akan mengkode 16 asam amino

• Jika sebuah kodon terdiri dari tiga nukleotida (KODE TRIPLET), maka akan terdapat 64 kodon. Dengan demikian ada beberapa macam asam amino yang dikode oleh beberapa kodon.

12

Seluruh asam amino (kecuali metionin dan triptofan) dikode lebih dari satu kodon.

Tiga asam amino, yaitu leusin, serin, dan arginin masing-masing dikode oleh 6 kodon yang berlainan.

Degenerasi dalam Kode Genetik

Suatu keadaan yang memperlihatkan bahwa satu asam amino dikode oleh lebih dari satu kodon disebut degenerasi.

Degenerasi dalam kode genetik ini tidak secara acak melainkan ada aturan tertentu.

Biasanya beberapa kodon yang mengkode sebuah asam amino berbeda oleh hanya satu basa yaitu basa ketiga dari kodon.

13

Second letter

Firs

t le

tter

Th

ird

lette

rGenetic code

14

Start Codon dan Stop Codon

Adapun kodon AUG berfungsi sebagai inisiator, sehingga disebut kodon inisiator atau START CODON.

Tiga macam kodon yaitu UAA, UAG, dan UGA disebut kodon terminator atau STOP CODON, karena berfungsi untuk mengakhiri suatu proses sintesa protein. Ketiga kodon tersebut juga disebut kodon nonsense, karena tidak mengkode satu asam aminopun.

15

The following diagram displays the flow of genetic information from DNA to the protein. This can be interpreted in genetic terms by saying that information contained in genes (DNA) is eventually expressed as the phenotype (protein).

Central Dogma

16

Ekspresi gen

17

Archibald E. Garrod- Hipotesa sebuah gen sebuah enzim- Hipotesa sebuah gen mutan sebuah blok metabolisme

G.W. Beadle and E.L. Tatum- Hipotesa sebuah gen sebuah polipeptida

(protein fungsional + protein struktural)

Hipotesa Garrod; Beadle & Tatum

18

Ekspresi Gen

19

Sintesis protein merupakan transfer informasi genetik dari DNA ke RNA dan selanjutnya dari RNA ke protein

Dibagi menjadi dua tahap yaitu:

proses transkripsi : merupakan proses penerimaan informasi genetik oleh m-RNA dari DNA

proses translasi : merupakan proses penterjemahan informasi genetik dari m-RNA.

Sintesis Protein

20

Transkripsi

Proses transkripsi berlangsung di dalam inti sel.

Proses ini dimulai dengan membukanya pita berpilin ganda DNA dengan bantuan enzim RNA polymerase.

Setelah sebagian pita berpilin ganda DNA membuka, maka m-RNA dibentuk sepanjang salah satu pita DNA tersebut. Pita DNA ini mempunyai urutan 3’- ……………-5’ (pita sense).

Basa pada m-RNA ini komplementer dengan basa yang menyusun pita DNA tersebut.

21

Apabila basa pada pita DNA tersebut adalah

3’-GCTCGACTAA-5’, maka akan dicetak ke m-RNA menjadi

5’-CGAGCUGAUU-3’.

Pada keadaan ini m-RNA dikatakan telah menerima informasi genetik dari DNA.

Messenger-RNA (m-RNA) yang telah menerima informasi genetik dari DNA kemudian meninggalkan inti sel melalui pori-pori dari membran inti dan menuju ke ribosom untuk proses translasi.

22

Proses ini berlangsung di dalam sitoplasma.

Pada proses ini untuk dapat menterjemahkan m-RNA menjadi asam amino diperlukan t-RNA yang mampu membaca kode-kode genetik dalam m-RNA.

Translasi

23

Dalam hal ini t-RNA memiliki urutan tiga nukleotida spesifik yang disebut antikodon yang mampu berpasangan secara komplementer dengan kodon-kodon yang ada pada m-RNA.

Dengan perantaraan antikodon ini molekul t-RNA yang membawa asam amino spesifik akan membaca urutan kodon yang ada pada m-RNA.

24

Selanjutnya secara berturut-turut t-RNA spesifik asam amino yang berikatan dengan kodon-kodon m-RNA akan melepaskan asam-asam amino yang dibawanya.

Then the second AA-tRNA arrives in the Aminoacyl site (acceptor site), and binds to the complex.

The reaction between the first amino acid and the second one leads to the formation of a peptide bond. A molecule of water is released (it is a condensation reaction).

Elongation

25

The second tRNA has now moved into place and the now free tRNA has been released.

The third AA (R)-tRNA can then bind to the mRNA / ribosome complex, and a new peptide bond is formed.

Proses ini terjadi secara berkesinambungan sampai terbentuk suatu rantai polipeptida tertentu yang terdiri dari asam-asam amino dengan urutan tertentu.

26

This step is a repeat, to show that once the process starts, it is fast, and repetitive.

Polipeptida yang terbentuk dapat berupa protein fungsional atau protein struktural.

27

Termination

Termination of the polypeptide occurs when the ribosome reaches a Stop Codon.

Chain termination leads to the release of a polypeptide, and tRNA, and the dissociation of the ribosome into 30S and 50S subunits.

Stop codons are triplets which are not recognized by any tRNA (UAA, UAG, UGA), but by two proteins: the releasing factors (R), (R1 recognizes UAG and UAA, R2 recognizes UAA and UGA).