Biologi molekulerAdalah ilmu yg mempelajari organisasi, aktivitas, dan regulasi gen pada molekul (tdd replikasi DNA, transkripsi, translasi, rekombinasi dan translokasi).

• Jasad hidup dibagi 2 :– Jasad hidup selular : tersusun atas satuan (unit) berupa sel. Ex: jamur,

bakteri, tumbuhan, hewan dan manusia– Jasad hidup non selular : ex: virus dan bakteriofag

• Dari segi satuan dasar individu ( uni sellular : bakteri / multiselular : tumbuhan)

• Berdasarkan organisasi / struktur sel– Prokariot : tidak mempunyai membran nukleus, semua komponen sel

termasuk bahan genetik terletak dlm sitoplasma, biasax trdapat bahan genetik tambahan (plasmid), dan umumnya terdiri dari 1 mol DNAStruktur utama: dinding sel, membran plasma, ribosom, bahan genetik

– Eukariot : punya membran nukleus, sdh ada pembagian yg jelas antar komponen sel satu dg yg lain, bahan genetik lbh dari 1 kromosom yg berbentuk kinear yg dikemas sedemikian rupa dengan adanya histon (protein yg bertanggung jawab dlm pengemasan DNA pd kromatin)

• Organel sel ptg dlm eukariot : mitokondria (T4 prod energi), RER (sekresi protein dan t4 melekat ribosom), REH (detoksifikasi dan sintesis lemak), golgi (sekresi dan sortasi protein), kloroplast, vakuola (t4 menyimpan air)

KONSEP METABOLISME SEL• Adalah aktivitas yg dilakukan sel untuk menghasilkan energi (ATP),

senyawa pereduksi (NADPH), dan molekul prekursor.• Dikelompokkan menjadi 2 :

– R. Biosintetik : reaksi biokimia yg dilakukan sel utk menyusun komponen2 sel (as. Amino dan as. Nukleat)

– R. Degradatif (Katabolik) : reaksi biokimia perombakan senyawa kimia utk diubah mjd senyawa lain, baik utk energi selular maupun sbg prekursor dlm biosintesis komponen2 sel.

• Metabolisme melibatkan byak komponen :- Enzim : biokatalisator/ katalisator organik yg dihasilkan oleh sel. SIFAT :

biokatalisator (Mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi), Thermobilitas (>600)senyawa protein, dibutuhkan sedikit, kerja didalam dan diluar sel (endoenzim dan ekso), umumnya mengakatalis reaksi satu arah, umumnya perlu kofaktor.

- ATP : berasal terutama dari ADP. Merupakan ikatan tiga molekul fosfat dengan senyawa adenosin. Produksi ATP dpt terjadi jika sel melakukan metabolisme senyawa yang mempunyai energi potensial yg terikat dlm senyawa tersebut (Karbo, asamlemak, dan asam amino)

KOMUNIKASI SEL• Bagian sebuah sistem komunikasi yg sangat kompleks pd tingkat

selular mengatur aktivitas antar sel.• Sinyal komunikasi ekstraselular, umumnya meliputi 6 tahap:

sintessis, pelepasan molekul isyarat, transpor isyarat menuju sel target, deteksi molekul isyarat oleh protein khusus perubahan pada metabolisme, fungsi dan perkembangan selular, peluruhan molekul isyarat yg sringkali disertai dengan terhentinya respon selular.

• Pada eukariot transduksi ekstraselular terjadi oleh sekresi molekul tertentu yg diklasifikasikan mnjadi 3:– Endokrin (hormon, punya jarak tempuh yg dangat jauh dg sel target)– Parakrin ( sel target dekat berada disekitarnya)– Otokrin (isyarat yg direspon oleh sel-sel sejenis dg sel yg melepaskan

molekul isyarat)

ORGANEL SEL• Membran sel : Lapisan yg memisahkan sel dg lingkungan di luar

sel, terutama utk melindungi inti sel dan sistem kelangsungan hidup hidup yg bekerja di dalam sitoplasma. Fungsi : pembatas antara isi sel dg bagian luar sel, sbg t4 pertukaran zat, pelindung sel, t4 berlangsungnya reaksi2 kimia perantara antara bertemunya dua sel yg saling berdekatan sbg reseptor permukaan dari pesuruh kimia sel dan sel lainnya transport mikro dan makromolekul, memungkinkan komunikasi dg sel lainnya, mengatur pergerakan materi dari dan di dalam sel.

• Sitoplasma : Cairan yg berada dlm sel selain nukleoplasma. Fungsi: menyediakan struktur fisik untuk sel, peran mekanik (mempertahankan bentuk, konsistensi sel, memberikan suspense kpd organel), t4 penyimpanan bahan kimia yg diperlukan utk kehidupan, t4 terjadinya reaksi metabolik penting.

• Nukleus : Setiap sel makhluk hidup mempunyai nukleus (inti sel) didalamnya terdapat nukleoplasma. Fungsi : Menyimpan informasi genetik genetik (Duplikasi DNA, Transkripsi) dlm sintesis protein.

• Dalam nukleoplasma terdapat kromosom (kromatin pd saat pembelahan sel) yg strukturnya sebagian besar terdiri dari DNA dan Protein.

• Dalam nukleus juga terdapat Nekleoli (anak inti) yg aktif dalam sintesis protein dan penyusunan molekul RNA serta pembentukan sejumlah besar besar protein ribosom sebelum ditransfer ke sitoplasma.

PROTEIN• Komponen sel jasad hidup berdasarkan ukuran :

– Mikromolekul : as. Amino, nukleotida (ATP), monosakarida– Makromolekul : protein, as. Nukleat, dan polisakarida

• Fungsi protein : Sbg katalisator reaksi2 biokimia dlm sel Sbg pengangkut molekul2 kecil dan ion Berperan dlm sistem pergerakan terkoordinasi Sbg komponen sistem kekebalan tubuh Sbg feromon, pengatur ekspresi genetik, penerus implus saraf Sbg komponen pendukung kekuatan regang

• Tersusun ats satuan As. Amino : juml: 20 AA, tdd: 1 gugus karboksil, 1 atom hidrogen, 1 rantai samping yg terikat pada atom karbon.

• Rantai samping : polar bermuatan +, bermuatan -, non polar/ hidrofobik

DNA• : struktur/ satu himpunan/ dua polimer yg saling terbelit. Tiap2

monomer yg menyusun polimer ini adalah nukleutida yg terdiri dari : Fosfat – Gula – Basa

• : struktur yg dibangun oleh KH pentosa (deoksiribosa) fosfat dan suatu basa dlm bentuk polimer dan berombinasi membentuk helix ganda.

• : penyimpan utama dari materi genetikSTRUKTUR DNA• Double helix (rantai ganda), dg rangkanya yg terdiri dari

deoxyribosa – fosfat – deoxyribosa – fosfat• Terdapat ikatan hidrogen diantara rantau yg saling berhadapan.• DNA (Gen) terdiri dari 3 struktur penting :

– Gen regulatory segment : mengandung struktur yg terlibat pd proses inisiasi & pengaturan proses transkripsi

– Exon L bagian yg mengandung codon u/ ditranslasikan oleh mRNA menjadi protein

– Intrin : bagian struktur yg tidak mengandung kodon

RNA• : struktur yg dibangun oleh KH Ribosa dan terdiri dari 1 untai

tunggal, akan tetapi dapat melipat-lipat diri dalam suatu aturan tertentu.

STRUKTUR RNA• terdiri dari Ribosa – fosfat – Basa Purin (A- G) – Pyirimidin (C –

U)• Terdapat ikatan hidrogen diantara rantau yg saling berhadapanTIPE RNA

– mRNA : membawa kode genetik dlm asam amino, melakukan transfer informasi mengenai deretan asam amino pd protein yg akan dibangun sesuai dg kode pada DNA asal.

– r.RNA : bagian dari ribosom yg berfungsi dalam pembentukan protein (polipeptida) terdapat dalam sitoplasma.

– tRNA : mengidentifikasi dalam transfer asam amino ke ribosom utk sintesa protein

t.RNA• Terdiri dari 75 buah nukleotida, yg terdiri dari 4 lengan utama

• Lengan Akspetor mengandung batang pasangan basa yg berakhir pada ujung (3’) yg tidak berpasangan dimana OH 2’ dan 3’ dpt berikatan dengan asam amino.

• Lengan TΨC yg ditandai dg adanya sekuens triplet TΨC (Ψ : pseudoridine, suatu basa termodifikasi)

• Lengan antikodon, selalu mengandung sekuens triplet anti kodon pada pusat struktur loop

• Lengan D, ditandai dengan adanya sekuen basa dihidrouridine (suatu basa termodifikasi lain pd tRNA)

• Fungsi sebagai penyelaras untuk proses translasi

TRANSKRIPSI• : Proses penyalinan kode-kode genetik yg ada pada urutan DNA

menjadi molekul RNA• Komponen :

(1) urutan DNA yg akan ditranskripsi (2) Enzim RNA polimerase (3) faktor-faktor transkripsi (4) prekursor utk sintesis RNA (4 macam ribonukleotida: ATP, GTP, CTP, UTP)

• Gen : suatu urutan DNA yg mengkode urutan lengkap asam amino suatu polopeptida atau molekul RNA tertentu, yg terdiri dari :– Daerah pengendali (Regulatory region) >>> promoter– Bagian struktural, terletak disebelah hilir dari pomoter.– Terminator, bagian yg terletak sebelah hilir bagian struktural

yg berperan dalam pengakhiran proses transkripsi)

PROSES TRANSKRIPSITranskripsi berlangsung di dalam inti sel• Diawali dg membukanya rantai rangkap DNA, salah satu rantai DNA

berfungsi sebagai cetakan mRNA, DNA menyintesis molekulmRNA pada arah 5’ - - - 3’

• Rantai mRNA dibentuk sepanjang rantai DNA cetakan, dengan basa nitrogen mRNA Kode A dari DNA ---->> U pd RNA Kode G dari DNA ---->> C pd RNA Kode C dari DNA ---->> G pd RNA Kode T dari DNA ---->> A pd RNA

• Setelah menyalin kode genetik DNA cetakan, mRNA akan mengalami modifikasi yaitu membuang intron. RNA yg belum mengalami modifikasi disebut prekursor-mRNA dan peristiwa ini disebut dengan proses transkripsi primer.

• RNA yg terdiri dari ekson saja disebut mRNA segera meninggalkan inti melalui pori2 membran inti menuju ribosom di sitoplasma, selanjutnya terjadi TRANSLASI

TRANSKRIPSI PROKARIOT• Urutan nukleotida pada transkripsi DNA komplementer dg DNA

cetakan, identik dg DNA pengkodean• Organisasi gen bersifat polisitronik, dalam satu rangkaian transkrip

dapat terkandung lebih dari satu rangkaian kodon untuk polipeptida yg berbeda.

• Gen struktural tdk memiliki intron• Adanya sistem operon, beberapa gen struktural yg diekspresikan

secara bersama-sama dg menggunakan satu promoter yg samaPROSES• Inisiasi

RNA polimerase melekat pada promoter DNA, pita ganda terpisah dan sintesis mRNA dimulai

• Elongasi mRNA memanjang sejalan dg enzim RNA polimerase yg bergerak sepanjang pita DNA

• Terminasi mRNA dilepaskan dan enzim RNA polimerase lepas dari pita DNA cetakan. Ada dua jenis : tergantung dan tidak tergantung pd protein rho (loop)

TRANSKRIPSI EUKARIOT• Organisasi gen bersifat monosistronik, 1 mRNA hanya membawa satu

macam rangkaian kodon utk satu macam polipeptida• Gen struktural memiliki intron dan ekson• Tidak ada sistem operon, satu gen struktural dikendalikan satu promoter PROSES• Inisiasi

RNA polimerase tidak melekat secara langsung melalui perantara protein• Elongasi

mRNA memanjang sejalan dg enzim RNA polimerase yg bergerak sepanjang pita DNA

• Terminasi terminasi transkripsi dapat terjadi karena adanya aktivitas fosfotase yg spesifik untuk CTD sehingga mengembalikan RNA polimerase II menjadi bentuk yang tidak dapat mengalami fosforilasi.

TIGA KELAS GEN EUKARIOT• Kelas I (transkripsi o RNA Polimerase I) : mengkode rRNA, 28s SNA, 5.8S rRNA• Gen Kelas II (transkripsi o/ RNA Pol II) : gen yg mengkode sgala macam protein• Gen Kelas III (Ditranskripsi o/ RNA Pol III) : gen yg mengkode tRNA, 5S rRNA

REPLIKASI (Mathew maselson & Frankklin Stahl : 1985)• Proses pengkopian rangkaian molekul bahan genetik (DNA atau

RNA) sehingga dihasilkan molekul anakan yg identik.JENIS MODEL REPLIKASI• Semikonservatif : dikemukakan Watson & Crick, dimana setiap

molekul untaian ganda DNA anakan terdiri atas satu untai tunggal DNA induk dan satu untai tunggal DNA hasil sintesis baru.

• Konservatif : Molekul DNA untai ganda induk tetap bergabung sedangkan kedua untai anakan terdiri atas molekul hasil sintesis baru.

• Dipersif : Molekul DNA induk mengalami fragmentasi sehingga DNA anakan terdiri atas campuran molekul lama (berasal dari DNA induk) dan molekul hasil sintesis yg baru.

KOMPONEN REPLIKASI• DNA cetakan, yaitu DNA atau RNA yg akan direplikasi• Molekul deoksi ribonukleat, yaitu dATP, dTTP, dCTP dan dGTP.

Deoksi ribonukleat terdiri atas basa PURIN/PIRIMIDIN, gula 5- Karbon, & gugus fosfat

• Enzim DNA Polimerase, yaitu enzim utama yang mengkatalis proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA• DNA Polimerase I berperan dlm sintesis molekul DNA dan

mengoreksi utk kesalahan stlh DNA Pol III tlh menciptakan molekul baru, menghilangkam primer RNA

• DNA Pol II : enzim yg terlibat dlm perbaikan DNA• DNA Pol III : Menciptakan mol baru, enzim utama dlm

replikasi DNA• Enzim primase, yaitu enzim yg mengkatalis sintesis primer utk

memulai replikasi DNA• Enzim pembuka ikatan untaian induk, yaitu enzim helikase dan

enzim girase• Molekul protein yg menstabilkan untaian DNA yg sudah terbuka,

yaitu protein SSB (Single Stand Binding protein)• Enzim DNA Ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk

menyambung fragmen-fragmen DNA.

PROSES REPLIKASI• Inisiasi :

• Origin of Reflication (ORI) ---- >> protein inisiator DNAa• Tahapan pertama (Inisiasi) --- >> Denaturasu enzim helikase• Garpu replikasi ---- >> cabang saat DNA bereplikasi• Single Stand Binding (SSB) ---- >> mencegah menempel kembali

• Sintesis DNA primer• DNA primase >> mensintesis bentangan pendek RNA ke untai

DNA yg ada (primer) >> memberikan platform untuk DNA polimerase utk menyalin sebuah untai DNA

• Memperpanjang mjd untai baru ---- enzim polimerase• Seperkoil ---- enzim topoisomerase

• Sintesis Leading Strand• DNA pol III dpt menambahkan nukleutida baru hanya utk ujung

3’ --- sintesis DNA satu untai terus meneruskan untai pengawalan

• Sintesis Lagging Strand• DNA pol III --- disintesis terputus --- fragmen kecil dari DNA

baru dlm arah 5’ 3’ (Fragmen Okazaki)• Penghapusan Primer

– Polimerase I ---- menghilangkan primer RNA ---- DNA• Ligase

– Enzim ligase --- penyambungan beberapa fragmen okazaki menjadi satu polinukleotida utuh.

• Terminasi– TUS --- replikasi ini terhenti di lokasi terminasi khusus yang

terdiri dari urutan nukleotida yg unik– Helikase bertemu protein TUS ---- jatuh bersama dengan untai

tinggal protein pengikat terdekat.

TRANSLASI• Proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada pd molekul mRNA

menjadi rangkaian asam-asam amino yg menyusun suatu polipeptida atau protein.

• Molekul mRNA merupakan transkrip (salinan) urutan DNA yg suatu gen dlm bentuk ORF (Open Reading Frame) dicirikan oleh :• Kodon inisiasi translasi, yaitu urutan ATG (pd DNA) atau AUG (pd

mRNA)• Serangkaian urutan nukleotida yg menyusun banyak kodon.• Kodon terminasi translasi, yaitu TAA (UAA pd mRNA), TAG (UAG pd

mRNA), atau TGA (UGA pd mRNA)KOMPONEN• mRNA (tersusun atas kode genetik)• Ribosom : Site A, P, E large dan small unit. Prokariot 70S (30S/50S) dan

eukariot 80S (40S/60S)• tRNA : Site As. Amino dan site anti kodon• Aminoasil-tRNA sintetase : melekatkan asam amino pd tRNA yg sesuai• Faktor protein : Faktor inisiasi, elongasi dan terminasi yg dibutuhkan

dlm sintesis polipeptida• GTP : energi

TAHAP TRANSLASI• Pre inisiasi

• Pengikatan asam amino pd tRNA o/ enzim aminoasil tRNA sintetase >> aminoasil-tRNA

• Disoasiasi ribosom mjd dua unit (besar & kecil) yg di dorong o/ IF-1 dan IF-3 mencegah sub unit kecil berasosiasi dg sub unit besar

• Inisiasi : Proses antara kompleks sub-unit ribosom 30S bergabung dg 50S kemudian kodon dan anti kodon terikat• Penempelan ribosom pd mRNA dekat dg start kodon (kodon

inisiasi) >> formil metionin (prokariot), metionin (eukariot)• Antikodon pd tRNA yg mengikat as.amino akan menempel pd start

kodon• Elengasi

• Pengikatan aminoasil-tRNA pd sisi A yg ada di ribosom• Pemindahan rantai polipeptida yg tumbuh dr tRNA yg ada pd sisi P

ke arah sisi A dg membentuk ikatan peptid• Translokasi ribosom sepanjang mRNA ke posisi kodon selanjutnya

yg ada di sisi A

• Terminasi– Translasi akan berakhir waktu salah satu kodon terminasi (UAA,

UGA, UAG) yang ada pada mRNA mencapai posisi A pada ribosom

SINTESIS PROTEIN– DNA diubah/ ditranskripsikan menjadi RNA– tRNA yg membawa asam amino/ metionin melakukan pengikatan

dg start kodon yg dibawa oleh mRNA dan berhenti pada rantai stop kodon (Translasi)

– Proses translasi >>> menghasilkan protein / peptida