Biologi Molekuler dan Genetika Reproduksi

dr. Gara Samara Brajadenta, SE, MMR

Biologi Kedokteran

FK Unswagati

2011

Tujuan pembelajaran:

• Memahami peranan gen dan proses molekuler yang mendasari perkembangan dan fungsi sistem reproduksi

• Memahami pengertian genetika reproduksi

Outline

A. Peranan gen dalam perkembangan sistem reproduksi

1. Kromosom. DNA, dan Gen

2. Aktivitas gen

3. Pengaturan aktivitas gen

B. Genetika Reproduksi

1. Pewarisan sifat keturunan

2. Anomali yang diwariskan kepada

keturunannya

A. Peranan gen dalam perkembangan sistem reproduksi

Bagaimana zigot blastosist manusia?

• Diferensiasi

• Histogenesis

• Organogenesis

• morfogenesis

Apa yang mengatur dan bagaimana proses-proses tersebut diatur?

Proses perkembangan diatur oleh aktivitas /ekspresi gen-gen

1. Kromosom, DNA dan gen

Pengertian Gen

• Gen bagian tertentu dari DNA yang memiliki informasi biologis serta mengkode RNA dan/atau molekul polipeptida

• Setiap gen memiliki struktur tertentu

Struktur Gen

INTRON 1 INTRON 2

EXON 1 EXON 2 EXON 3

PROMOTER REGION

UPSTREAM PROMOTOR REGION

TATAbox

Transcription initiation site (Cap)

Translation initiation site Translation

termination site

Trancription termination site

3’UTR

Poly A I.s.

5’UTR

Gambaran skematis bagian-bagian gen pada gen ’-globin manusia (modifikasi dr Gilbert et al., 2000)

2. Aktivitas gen

DNA RNA PROTEINTranskripsi Translasi

Dogma sentral dalam biologi

Transkripsi

• Komponen untuk berlangsungnya transkripsi

– DNA gen pengkode dengan struktur lengkap

– RNA polimerase

– Nukleotida bebas

• Urutan proses transkripsi

– Inisiasi

– Polimerisasi

– Terminasi

Pemrosesan mRNA

1. Transkripsi pada eukariot berlangsung di dalam inti sel

2. Transkrip RNA primer seperti complementry strand DNA hanya basa thymine diganti dengan uracil -- masih memiliki komplemen intron nuclear RNA

3. Pada ujung 5’ ditambah “cap” dan pada ujung 3’ ditambah “poly A tail”

4. Intron dihilangkan dari mRNA

5. RNA yang hanya memiliki exon dan sudah dilengkapi dengan cap dan poly A tail disebut mRNA

6. mRNA dikeluarkan dari inti sel melalui pori-pori membran inti menuju sitoplasma

AAAA…AOHINTRON 1 INTRON 2

EXON 1 EXON 2 EXON 3

5’UTR 3’UTR

Nuclear RNA

m7GpppAC

m7GpppAC AAAA…AOHEXON 1 EXON 2 EXON 3

mRNA

UPSTREAM PROMOTOR REGION

Trancription termination site

INTRON 1 INTRON 2

EXON 1 EXON 2 EXON 3

PROMOTER REGION

TATAbox

Transcription initiation site (Cap)

Translation initiation site

Translation termination site

3’UTR

Poly A I.s.

5’UTR

DNA

mRNA dan kode genetik

• Nukleotida yang terdapat dalam mRNA akan dibaca sebagai kode genetik (codon)

• Setiap codon terdiri atas 3 nukleotida

• Terdapat 64 kombinasi triplet nukleotida tetapi hanya ada 20 macam asam amino

– Semua asam amino (kecuali methionine dan tryptophan) memiliki lebih dari satu codon

– UAA, UGA dan UAG tidak mengkode asam amino sintesis protein terhenti termination codon

– AUG (codon untuk methionine) hampir selalu berada pada titik inisiasi translasi initiation codon hampir semua polipeptida memiliki methionine pada amino-terminus

– Bila AUG berada pada bagian tengah gen maka diartikan sebagai kodon methionine bukan kodon inisiasi

Translasi

• Disebut juga sintesis protein• Komponen translasi

mRNA tRNA rRNA dan ribosom Asam amino Enzim energi

• Tahapan translasi Inisiasi Elongasi Terminasi

tRNA

Large subunit

small subunit

• P= sisi peptidyl

• A= sisi aminoacyl

Ribosom

Inisiasi translasi

a. Amino-asilasi tRNA (charging tRNA)

• Aktivasi asam amino melalui pembentukan ikatan antara gugus karboksil asam amino dengan asam adenilat dari ATP

• Asam adenilat digantikan oleh tRNA aminoacyl-tRNA + AMP, dikatalisis oleh enzim aminoacyl-tRNA sintetase.

• tRNA bersifat specifik untuk masing-asing asam amino: tRNAtyr spesifik as.amino tyrosin, tRNAmet spesifik untuk as. Amino methionine dst

Perpanjangan rantai peptida (elongasi)

3. Pengaturan Aktivitas Gen

• Semua sel somatis (kecuali sel lymphocyte) memiliki genom yang sama

• Bagaimana sel dapat berbeda satu sama lain baik dalam bentuk, fungsi maupun produk yang dihasilkannya?

• Sel mengalami diferensiasi karena adanya ekspresi gen secara diferensial gen tertentu hanya diaktivkan pada sel dan waktu tertentu

Pengaturan ekspresi gen secara diferensial dapat ditempuh melalui beberapa cara:

• Trankripsi gen secara diferensial mengatur gen-gen mana yang akan ditranskripsi menjadi RNA

• Pemrosesan RNA secara selektif mengatur mana di antara transkrip (RNA inti) yang akan diperoses lebih lanjut menjadi mRNA

• Translasi mRNA secara selektif mengatur mana di antara mRNA yang terdapat dalam sitoplasma yang akan ditranslaki menjadi protein

• Modifikasi protein secara diferensial mengatur mana protein yang disimpan dalam sel dan yang berfungsi di dalam sel

Teori regulasi gen pada penentuan fenotip

Sinergisme Sox9 dan Sf1 dalam mengaktifkan gen AMH

B. Genetika Reproduksi

• Genetika reproduksi dalah salah satu disiplin dalam genetika kedokteran yang terintegrasi dengan reproduksi, teknologi reproduksi dan genetika perkembangan yang melibatkan berbagai pengujian dengan tujuan untuk memberitahukan seseorang tentang kemungkinan outcome dari kehamilan yang sedang atau akan dijalaninya.

• Karakteristik seseorang (baik morfologi, fisiologi maupun spikologi) diwariskan dari orang tua kepada keturunanya

• Karakter-karakter tersebut di transfer melalui pembentukan gamet dan penggabungan materi genetik dalam gamet pada proses fertilisasi

• Secara umum prinsip pewarisan gen didasarkan pada Hukum Mendel

B.1. Pewarisan sifat

• Ada kalanya satu atau lebih gen yang menentukan karakter yang merugikan juga diwariskan kepada keturunannya

• Empat tipe dasar pewarisan sifat yaitu

– Autosomal dominan

– Autosomal resesif

– Modified autosomal

– Sex-link inheritance

Dominant disorderSalah satu orangtuanya memiliki gen defektif yang berfifat dominan terhadap konterpartnya. Peluang pemunculan sebesar 50%

Resesive Disorder

Kedua orang tua memiliki satu gen defektif tetapi juga membawa satu gen konterpart yang normal. Peluang pemunculan pada keturunannya adalah 25% normal, 50% carrier, dan 25% penderita

Kelainan X-link

pewarisan ketidaknormalan disebabkan oleh adanya gen pada salah satu X kromosom yang mengalami ketidaknormalan.

B.2. Animali reproduksi

• Gametogenesis kadang menghasilkan produk tidak sebagaimana mestinya sehingga menghasilkan anomali dalam sistem reproduksi

• Anomali tersebut dapat disebabkan karena abrasi kromosom baik berupa abrasi numerik ataupun abrasi struktural

• Abrasi numerik berupa penambahan (poliploidi) atau pengurangan kromosom baik pada autosom maupun pada sek kromosom

• Abrasi struktural berupa hilangnya atau duplikasi informasi genetik pada salah satu kromosom

• Genetika reproduksi berkembang sebagai upaya untuk memecahkan permasalahan tersebut di atas

• Dalam upaya tersebut dilakukan pengujian/tes yang pada umumnya meliputi:

– Carrier testing

– Preimplantation diagnostic

– Prenatal diagnosis

– Newborn screening