BIOTECHNOLOGYFIFTH TASK

DOSEN:Heli Siti Halimatul M., S. Pd., M. Si.

OLEH:DESY WIJAYANTI(1402888)

JURUSAN PENDIDIKAN KIMIASEKOLAH PASCA SARJANAUNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA2015

1. DNA berupa untai ganda berbentuk helix dengan arahan anti parallel.a. Gambarkan dan jelaskan struktur kimia DNAJawab: Ada tiga struktur DNA yang dikenal selama ini. Struktur-struktur DNAtersebut adalah sebagai berikut:1. Struktur PrimerDNA tersusun dari monomer monomer nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari satu basa nitrogen berupa senyawa purin atau pirimidin, satu gula pentose berupa 2-deoksi-D-ribosa dalam bentuk furanosa, dan satu molekul fosfat. Penulisan urutan basa dimulai dari kiri yaitu ujung 5bebas (tidak terikat nukleotida lain) menuju ujung dengan gugus 3hidroksil bebas atau dengan arah 5 32. Struktur SekunderSalah satu sifat biokimia DNA yang menentukan fungsinya sebagai pembawa informasi genetik adalah komposisi basa penyusun. Pada tahun 1949-1953, Edwin Chargaff menggunakan metode kromatografi untuk pemisahan dan analisis kuantitatif keempat basa DNA, yang diisolasi dari berbagai organisme. Kesimpulan yang diambil dari data yang terkumpul adalah sebagai berikut :a. Komposisi basa DNA bervariasi antara spesies yang satu dengan spesies yang lain.b. Sampel DNA yang diisolasi dari berbagai jaringan pada spesies yang sama mempunyai komposisi basa yang sama.c. Komposisi DNA pada suatu spesies tidak berubah oleh perubahan usia, keadaan nutrisi maupun perubahan lingkungan.d. Hampir semua DNA yang diteliti mempunyai jumlah residu adenin yang sama dengan jumlah residu timin (A=T), dan jumlah residu guanin yang sama dengan jumlah residu sitosin (G=C) maka A+G = C+T, yang disebut aturan Charrgaff.e. DNA yang diekstraksi dari spesies-spesies dengan hubungan kekerabatan yang dekat mempunyai komposisi basa yang hampir sama.Pada tahun 1953, James D. Watson dan Francis H.C. Crick berhasil menguraikan struktur sekunder DNA yang berbentuk heliks ganda melalui analisis pola difraksi sinar X dan membangun model strukturnya. Heliks ganda tersebut tersusun dari dua untai polinukleotida secara anti parallel (arah 5 3 saling berlawanan) berputar ke kanan dan melingkari suatu sumbu. Unit gula fosfat berada di luar molekul DNA dengan basa-basa komplementer yang berpasangan di dalam molekul. Ikatan hidrogen di antara pasangan basa memegangi kedua untai heliks ganda tersebut. Kedua untai melingkar sedemikian rupa sehingga keduanya tidak dapat dipisahkan kembali bila putaran masing-masing untai dibuka.

Jarak di antara kedua untai hanya memungkinkan pemasangan basa purin (lebih besar) dengan basa pirimidin (lebih kecil). Adenin berpasangan dengan timin membentuk dua ikatan hidrogen sedangkan guanin berpasangan dengan sitosin membentuk tiga ikatan hidrogen. Dua ikatan glikosidik yang mengikat pasangan basa pada cincin gula, tidak persis berhadapan. Akibatnya, jarak antara unit-unit gula fosfat yang berhadapan sepanjang heliks ganda tidak sama dan membentuk celah antara yang berbeda, yaitu celah mayor dan celah minor. 3. Struktur Tersier Kebanyakan DNA virus dan DNA mitokondria merupakan molekul lingkar. Konformasi ini terjadi karena kedua untai polinukleotida membentuk struktur tertutup yang tidak berujung. Molekul DNA lingkar tertutup yang diisolasi dari bakteri, virus dan mitokondria seringkali berbentuk superkoil, selain itu DNA dapat berbentuk molekul linier dengan ujung-ujung rantai yang bebas.

Gambar 3. Struktur DNA

b. Tunjukan dan sebutkan berbagai ikatan kimia yang ada pada struktur tersebut.Jawab:Secara struktural, DNA merupakan polimer nukleotida, di mana untuk setiap nukleotida tersusun atas gula deoksiribosa, pospat, dan basa. Polimer tersebut membentuk struktur double heliks, di mana kedua heliks disatukan oleh ikatan hidrogen yang terjadi antara basa-basa yang ada. Ada empat macam basa yang terdapat di dalam DNA, yaitu Adenin, Sitosin, Guanin, dan Timin. Adenin akan membentuk dua ikatan hidrogen dengan Timin, sedangkan Guanin akan membentuk tiga ikatan hidrogen dengan Sitosin.

Gambar 4. Struktur DNAc. Apa perbedaan antara DNA dan RNA. DNA adalah polimer asam nukleat yang tersusun secara sistematis dan merupakan pembawa informasi genetik yang diturunkan kepada jasad keturunannya. Informasi genetik disusun dalam bentuk kodon yang berupa tiga pasang basa nukleotida dan menentukan bentuk,struktur, maupun fisiologi suatu jasad. RNA ( ribonucleic acid ) atau asam ribonukleat merupakan makromolekul yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik. RNA sebagai penyimpan informasi genetik misalnya pada materi genetik virus, terutama golongan retrovirus. RNA sebagai penyalur informasi genetik misalnya pada proses translasi untuk sintesis protein.RNA juga dapat berfungsi sebagai enzim ( ribozim ) yang dapat mengkalis formasi RNA-nya sendiri atau molekul RNA lain. Secara structural, struktur RNA hampir sama dengan DNA, perbedannya terletak pada:1. Basa utama RNA adalah Adenin, Guanin, Sitosin dan Urasil, dengan panjang molekul 70 sampai 10.000 pb. 2. Unit gula RNA adalah D-ribosa3. Molekul RNA berupa untai tunggal, kecuali pada beberapa virus. 2. Jelaskan Perbedaan organisasi gen prokariot dan eukariotJawab:A. Prokariot

Gambar 1. Organisasi Gen Prokariot (ex: organisasi operon lac pada bakteri E. Coli)

a. PromotorPromotor adalah urutan DNA spesifik yang berperan dalam mengendalaikan transkripsi gen struktural dan terletak di daerahupstream(hulu) dari bagian struktural gen.Fungsi dari promotor adalah sebagai tempat awal peletakan enzim RNA polymerase yang nantinya melakukan transkripsi pada bagian structuralPada prokariot bagian penting promotornya disebut sebagai Pribnow box pada urutan nukeotida -10 dan -35 yang biasanya berupa TATA box. Pribnow merupakan daerah tempat pembukaan heliks DNA untuk membentuk kompleks promoter terbuka. b. OperatorOperator merupakan urutan nukleotida yang terletak diantara promoter dan bagian structural dan merupakan tempat pelekatan protein repressor (penekan atau penghambat ekspresi gen). jika terdapat repressor yang melekat pada operator maka RNA polymerase tidak bisa melanjutkan ekspresi gen yang berlangsung. c. TerminatorBagian terminator adalah bagian gen yang berperan dalam proses penghentian transkripsi. d. RNA PolimeraseRNA polymerase merupakan enzim yang mengkatalisis proses transkripsi.

Gambar 2. organisasi operon lac pada bakteri E. Coli

B. EukariotSecara garis besar organisasi gen pada eukariot hambir sama dengan organisasi gen yang terdapat pada prokariot, hanya yang membedakan terletak pada bagian strukturalnya. Pada eukariot bagian strukturan terdapat Intron dan Ekson.1. Intron (intervening sequences) Skuens yang tidak mengkode asam amino 2. EksonSkuens yang antinya akan dikode menjadi asam amino

Gambar 3. Coding region pada organisasi gen eukariot

3. Gen pada eukariot dikelompokkan menjadi gen kelas I (mengkode pembentukan rRNA yang berperan dalam pembentukan ribosom), kelas II (gen yang mengkode sintesis semua molekul protein), dan kelas III (mengkode molekul tRNA yang berperan dalam transport asam amino pada proses translasi protein). 4. Pada eukariot, sebagian besar gen yang mengkode protein hanya berupa sel tunggal (single copy).5. Pada eukariot tidak dikenal adanya sistem operon karena satu gen struktural dikendalikan oleh satu promoteur. 6. Gen-gen pada eukariot tersebar pada beberapa kromosom. Ekpresi genetik pada eukariot bersifat monosistronik: satu transkrip yang dihasilkan hanya mengkode satu macam produk ekspresi.7. Pada eukariot, RNA disintesis dalam nucleus dan kemudian dipindahkan melalui membrane nucleus ke sitoplasma. Pada prokariot tidak ada pemisahan region (compartment) dalam proses transkripsi atau translasi

3. Jelaskan dengan mengambil contoh segmen DNA untuk menjelaskan dogma central baru. Jawab: Tahapan sintesis protein mengikuti aturan dogma sentral, dimana informasi genetik dipindahkan dari DNA ke DNA melalui tahap replikasi. Dari DNA ke RNA melalui tahap transkripsi. Selanjutnya dari RNA ke protein melalui sintesis protein. Sebelum terjadi sintesis protein, DNA pada struktur nukleosom akan lepas dari protein histon oleh bantuan kerja enzim polimerase.Secara umum, proses sintesis protein meliputi tiga tahapan utama, antara lain:a. Replikasi DNASetiap sel dapat memperbanyak diri dengan cara membelah. Sebuah sel membelah menjadi 2 sel, 2 sel membelah menjadi 4 sel, 4 sel membelah menjadi 8 sel dan seterusnya. Sebelum sel membelah, terjadi perbanyakan komponen-komponen di dalam sel termasuk DNA. Perbanyakan DNA dilakukan dengan cara replikasi. Dengan demikian, replikasi adalah proses pembuatan (sintesis) DNA baru atau penggandaan DNA di dalam nukleus. Pada saat replikasi berlangsung, DNA induk membentuk kopian DNA anak yang sama persis sehingga DNA induk berfungsi sebagai cetakan untuk pembentukan DNA baru.

Gambar 1. Tahapan replikasi DNA1. DNA helikase, berfungsi untuk membuka rantai ganda DNA induk.2. Enzim primase, membentuk primer yang merupakan segmen pendek dari RNA sebagai pemula untuk terjadinya sintesis protein.3. Dari ujung 3 RNA primer, DNA polimerase menambahkan pasangan basa nitrogen (dari nukleotida-nukleotida) pada rantai tunggal DNA induk dan terbentuk rantai DNA yang bersambungan secara kontinyu (tanpa terpisah-pisah) yang disebut leading strand.4. Pada rantai tunggal DNA induk yang lain, DNA polimerase membentuk lagging strand (merupakan keseluruhan rantai kopian DNA yang pertumbuhannya tidak kontinyu) dengan memperpanjang RNA primer-RNA primer di beberapa tempat sehingga membentuk segmen-segmen DNA baru yang saling terpisah. Segmen-segmen itulah yang disebut fragmen Okazaki.5. DNA polimerase yang lainnya, menggantikan RNA primer dengan DNA dan enzim ligase menghubungkan segmen-segmen okazaki, sehingga terbentuk salinan DNA baru. DNA baru yang telah terbentuk (identik dengan DNA induk) akan melanjutkan tahapan untuk mensintesis protein yaitu tahapan transkripsi dan translasi.b. TranskripsiPada tahapan ini, DNA akan membentuk RNA dengan cara menerjemahkan kode-kode genetik dari DNA. Proses pembentukan RNA ini disebut transkripsi, yang menghasilkan 3 macam RNA seperti yang telah kalian ketahui sebelumnya, yaitu mRNA, tRNA, dan rRNA. Transkripsi terjadi di dalam sitoplasma dan diawali dengan membukanya rantai ganda DNA melalui kerja enzim RNA polimerase. Sebuah rantai tunggal berfungsi sebagai rantai cetakan atau rantai sense, rantai yang lain dari pasangan DNA ini disebut rantai anti sense. Tidak seperti halnya pada replikasi yang terjadi pada semua DNA, transkripsi ini hanya terjadi pada segmen DNA yang mengandung kelompok gen tertentu saja. Oleh karena itu, nukleotida nukleotida pada rantai sense yang akan ditranskripsi menjadi molekul RNA dikenal sebagai unit transkripsi.Transkripsi meliputi 3 tahapan, yaitu tahapan inisiasi, elongasi, dan terminasi.1. Inisiasi (Permulaan)Jika pada proses replikasi dikenal daerah pangkal replikasi, pada transkripsi ini dikenal promoter, yaitu daerah DNA sebagai tempat melekatnya RNA polimerase untuk memulai transkripsi. RNA polimerase melekat atau berikatan dengan promoter, setelah promoter berikatan dengan kumpulan protein yang disebut faktor transkripsi. Nah, kumpulan antara promoter, RNA polimerase, dan faktor transkripsi ini disebut kompleks inisiasi transkripsi. Selanjutnya, RNA polimerase membuka rantai ganda DNA.2. Elongasi (Pemanjangan)Setelah membuka pilinan rantai ganda DNA, RNA polimerase ini kemudian menyusun untaian nukleotida-nukleotida RNA dengan arah 5 ke 3. Pada tahap elongasi ini, RNA mengalami pertumbuhan memanjang seiring dengan pembentukan pasangan basa nitrogen DNA. Pembentukan RNA analog dengan pembentukan pasangan basa nitrogen pada replikasi. Pada RNA tidak terdapat basa pirimidin timin (T), melainkan urasil (U). Oleh karena itu, RNA akan membentuk pasangan basa urasil dengan adenin pada rantai DNA. Tiga macam basa yang lain, yaitu adenin, guanin, dan sitosin dari DNA akan berpasangan dengan basa komplemennya masing-masing sesuai dengan pengaturan pemasangan basa. Adenin berpasangan dengan urasil dan guanin dengan sitosin (Gambar 2).

Gambar 2. Tahap elongasi transkripsi3. Terminasi (Pengakhiran)Penyusunan untaian nukleotida RNA yang telah dimulai dari daerah promoter berakhir di daerah terminator. Setelah transkripsi selesai, rantai DNA menyatu kembali seperti semula dan RNA polimerase segera terlepas dari DNA. Akhirnya, RNA terlepas dan terbentuklah RNA m yang baru.

Gambar 3. Tahapan transkripsi RNAc. TranslasiSetelah replikasi DNA dan transkripsi mRNA di dalam nukleus, mRNA dari nukleus dipindahkan ke sitoplasma sel. Langkah selanjutnya adalah proses translasi RNA m untuk membentuk protein. Translasi merupakan proses penerjemahan beberapa triplet atau kodon dari RNA m menjadi asam amino-asam amino yang akhirnya membentuk protein. Urutan basa nitrogen yang berbeda pada setiap triplet, akan diterjemahkan menjadi asam amino yang berbeda. Misalnya, asam amino fenilalanin diterjemahkan dari triplet UUU (terdiri dari 3 basa urasil), asam amino triptofan (UGG), asam amino glisin (GGC), dan asam amino serin UCA.Sebanyak 20 macam asam amino yang diperlukan untuk pembentukan protein merupakan hasil terjemahan triplet dari mRNA. Selanjutnya, dari beberapa asam amino (puluhan, ratusan, atau ribuan) tersebut dihasilkan rantai polipeptida spesifik dan akan membentuk protein spesifik pula.1. Inisiasi TranslasiRibosom sub unit kecil mengikatkan diri pada mRNA yang telah membawa sandi bagi asam amino yang akan dibuat, serta mengikat pada bagian inisiator tRNA. Selanjutnya, molekul besar ribosom juga ikut terikat bersama ketiga molekul tersebut membentuk kompleks inisiasi. Molekul-molekul tRNA mengikat dan memindahkan asam amino dari sitoplasma menuju ribosom dengan menggunakan energi GTP dan enzim. Bagian ujung tRNA yang satu membawa antikodon, berupa triplet basa nitrogen. Sementara, ujung yang lain membawa satu jenis asam amino dari sitoplasma. Kemudian, asam amino tertentu tersebut diaktifkan oleh tRNA tertentu pula dengan menghubungkan antikodon dan kodon (pengkode asam amino) pada mRNA.

Gambar4. Tahap inisiasi translasiKodon pemula pada proses translasi adalah AUG, yang akan mengkode pembentukan asam amino metionin. Oleh karena itu, antikodon tRNA yang akan berpasangan dengan kodon pemula adalah UAC. tRNA tersebut membawa asam amino metionin pada sisi pembawa asam aminonya.2. Elongasi TranslasiTahap pengaktifan asam amino terjadi kodon demi kodon sehingga dihasilkan asam amino satu demi satu. Asam-asam amino yang telah diaktifkan oleh kerja tRNA sebelumnya, dihubungkan melalui ikatan eptide membentuk polipeptida pada ujung tRNA pembawa asam amino. Misalnya, tRNA membawa asam amino fenilalanin, maka antikodon berupa AAA kemudian berhubungan dengan kodon mRNA UUU. Fenilalanin tersebut dihubungkan dengan metionin membentuk eptide. Nah, melalui proses elongasi, rantai polipeptida yang sedang tumbuh tersebut semakin panjang akibat penambahan asam amino.

Gambar 5. Tahap elongasi translasiKeterangan a. tRNA membawa antikodon AAA & asam amino (fenilalanin)b. antikodon AAA berpasangan dengan kodon mRNAc. pembentukan ikatan peptided. pemanjangan rantai polipeptida & ribosom siap menerima tRNA selanjutnya.

3. Terminasi Proses translasi berhenti setelah antikodon yang dibawa tRNA bertemu dengan kodon UAA, UAG, atau UGA. Dengan demikian, rantai polipeptida yang telah terbentuk akan dilepaskan dari ribosom dan diolah membentuk protein fungsional.

Gambar 6. Terminasi translasi