Pokok Bahasan:

Bahan genetik

Sub Pokok Bahasan :

2.1. DNA, RNA dan kromosom

2.2. Struktur gen

1. 1869: DNA teridentifikasi sebagai

benang halus pada darah putih

yang diberi ethanol dingin

2. 1935: DNA murni berhasil diisolasi

3. 1941: diajukan hipotesis satu gen-

satu enzim

4. 1953: struktur molekul DNA

terungkap

Sejarah:

2.1. DNA, RNA dan kromosom

5. 1966: kode genetik dapat

dipecahkan

6. 1969: pertama kali gen dapat

diisolasi

7. 1980: teknik penggandaan DNA

secara buatan dapat dilakukan

dengan mesin PCR (Polymerase

Chain Reaction)

8. 1984: Dikembangkan sistem sidik

jari DNA (DNA finger printing)

phosphate

deoxyribose

nucleoside

nucleotide

O

O

HO O C

OH H

H

N

H2

P

OH

1

2

5

4

3

base

AGTC

H

Bahan Penyusun DNA:

Bahan Penyusun DNA :

DNA: Deoxyribo Nucleic Acid,

merupakan bahan dasar

genetik yang terbentuk dari

tiga komponen yaitu: basa,

gula dan phosphat

1. Basa, yang merupakan bahan

dasar penyandi genetik.

Terdiri dari empat jenis yaitu

Adenine, Guanine, Thymine,

dan Cytosine.

2. Gula, jenis gula yang merupakan

penyusun DNA adalah gula

dengan 5 C, dimana 4 C menyusun

cincin dan C kelima menempel

pada C no 4. Oleh karena C

no 2 kehilangan O, maka gula

tersebut dinamakan deoxyribose.

Basa berikatan dengan

deoxyribose pada C no 1.

gabungan antara basa dengan

deoxyribose disebut nucleosida.

3. Phosphat. Senyawa phospat

berguna untuk mengikat gula-

dengan-gula, dimana phospat

tersebut berikatan dengan gula

pada C no 5. Ikatan nucleosida

dengan phospat disebut

nucleotida

Struktur Kimia Basa

Empat basa penyusun DNA

berdasarkan struktur kimianya

dapat dikategorikan menjadi

2 yaitu:

1. Kelompok pyrimidine

2. Kelompok purine

1. Kelompok Pyrimidine.

Basa kelompok ini terbentuk

dari satu cincin yang terdiri

dari 4 C dan 2 N. Kedua

basa itu adalah Thymine dan

Cytosine

2. Kelompok Purine.

Basa kelompok ini terbentuk

dari dua cincin yang terdiri

dari 5 C dan 4 N. Kedua

basa itu adalah Adenine dan

Guanine

Ikatan antar Basa.

Dalam pembentukan DNA

terdapat 2 utas yang saling

berikatan, ikatan ini karena

antar basa dapat dihubungkan

oleh unsur hydrogen,

sehingga ikatan antar basa

disebut ikatan hydrogen.

Berdasarkan jumlah ikatan

dibagi 2, yaitu:

1.Basa-basa berikatan dua,

yaitu Thymine (T) dari

Pyrimidine dengan Adenine

(A) dari Purine

2.Basa-basa berikatan tiga,

yaitu Cytosine (C) dari

Pyrimidine dengan Guanine

(G) dari Purine

Pola ikatan hydrogen seperti

itu menyebabkan terjadi

komplementasi, yaitu antara

T-A dan C-G, yang penting bagi

proses replikasi dan ekspresi

gen.

Demikian juga jumlah basa

Pyrimidine akan sama

dengan basa Purine, tetapi

jumlah basa berikatan 2 tidak

selalu sama dengan jumlah

basa berikatan 3.

Basa

O

C

C

N

C

N

C

H

H H

O

CH3

THYMINE

O

C

C

N

C

N

C

H

H

N

H

H

H

CYTOSINE

Pyrimidine

N

N

N

N

C

C

C

C

N

C

H

N

H H

ADENINE

O

N

N

N

C

C

C

C

N

C

H

N

H

H

H

GUANINE

Purine

Hydrogen

bond

Penyusunan Basa :

ikatan antar deoxyribose terjadi ketika senyawa

Phospat pada C no 5 berikatan dengan C no 3

pada deoxyribose yang lain.

Ikatan ini disebut ikatan phospho-diester,

ikatan antar deoxyribose disebut juga tulang

belakang (back bone) DNA

Oleh karena P pada C no 5

berikatan dengan P pada

C no 3, maka pergerakan

pembentukan utas akan

berupa gerakan dari C no 5 ke

C no 3, sehingga ujung awal

utas DNA/RNA disebut ujung

5’, sedangkan ujung akhirnya

disebut ujung 3’.

Pada DNA yang memiliki utas

ganda arah pergerakan antar

utas saling berlawanan,

sehingga posisi basa tidak

selalu tepat sejajar, hal ini

mengakibatkan utas ganda

DNA menjadi berpilin

Penyusunan Basa:

A

T

TA

C

3’

5’

T

G

G

A

3’

5’

C

C

G

CATGGA

GTACCT

5’ 3’

3’ 5’

AGTCO

O

HO O C

OH H

HN

H2

P

OH

1

2

5

43H

AGTCO

O

HO O C

O H

HN

H2

P

OH

1

2

5

43H

AGTCO

OO

H2C

OH H

HN

O

1

2

5

43H

P

phospho

diester

bond

AGTCO

O

HO O C

OH H

HN

H2

P

OH

1

2

5

43H

AGTCO

O

HO O C

O H

HN

H2

P

OH

1

2

5

43H

AGTCO

OO

H2C

OH H

HN

O

1

2

5

43H

P

phospho

diester

bond

Susunan basa pada DNA dapat

divisualisasikan melalui mesin

yang disebut DNA sequencer.

Pada saat ini biasanya basa C

disajikan dalam warna biru,

basa G dalam warna hitam,

basa T dalam warna merah dan

basa A dalam warna hijau.

Visualisasi susunan basa

dari mesin DNA sequencer

Susunan basa dari dari suatu

fragment DNA hasil analisis

mesin DNA sequencer

Perbedaan DNA dengan RNA

Komponen DNA RNA

Gula Gula pada DNA

kehilangan unsur

Oxygen pada C no 5,

sehingga diberi nama

deoxyribose

Gula pada RNA masih

memiliki Oxygen pada C

no 2, sehingga diberi

nama Ribose

Basa Basa Pyrimidine dengan

dua ikatan Hydrogen,

Thymine, memiliki CH3

pada salah satu C

penyusun Cincin

Basa Thymine pada RNA

tidak memiliki CH3 pada

salah satu C

penyusunnya, dan

disebut Uracyl

Utas Ganda Tunggal

Gula

Basa

Utas

OH3C

OH H

H1

2

5

43H

OH3C

OH OH

H1

2

5

43H

deoxyribose ribose

O

C

C

N

C

N

CH

H H

O

CH3

O

C

C

N

C

N

CH

H H

O

H

Thymine Uracil

ganda tunggal

DNA RNARNA:

Pengandaan DNA :

Penggandaan DNA, dilakukan

secara semi conservative, yaitu

pada setiap fragment DNA yang

baru terbentuk masih terdapat satu

utas dari fragment yang

sebelumnya. Proses ini

dimungkinkan karena adanya

sistem komplementasi antara basa

T dengan A, dan basa C dengan G.

TetuaTetua

Replika

Langkah Penggandaan DNA :

1. Pemecahan (Cleavage) utas

Ganda DNA pada suatu

tempat (Cleavage Site) yang

memisahkan 2 utas sehingga

dapat dilakukan

penggandaan DNA.

2. Penggandaan utas melalui

proses komplementasi.

Enzim DNA Polymerase

melakukan pembentukan utas

DNA baru sesuai dengan

basa komplemennya.

3. Penutupan Nick. Oleh karena

pemanjangan rantai DNA selalu

mengikuti pola 5’-3’, maka pada

utas yang arah 5’-3’ nya searah

dengan arah cleavage, proses

komplementasi terhenti

menunggu cleavege cukup besar,

sehingga menyebabkan ada gap

antar rangkaian basa, gap ini

disebut nick, yang harus ditutup

agar fragment DNA baru

sempurna.

Nick tidak terdapat pada utas

dengan arah 5’-3’ nya

berlawanan dengan arah

cleavage, karena proses

pemanjangan utas baru

searah dengan arah cleavage.

Pengandaan DNA:

parentparent

replica

3’

5’

5’

3’

5’

3’5’

3’

Kromosom

DNA TANAMAN tersebar baik dalam inti sel,

maupun dalam sitoplasma.

DNA inti sel tersusun dalam kromosom,

DNA sitoplasma terdapat dalam plastid,

mitochondria, yang jumlahnya lebih dari 1,

sel tanaman terdapat tiga genom, yaitu genom

inti, genom mitochondria dan genom plastid.

plastid

mitokondria

inti

Pembentukan kromosom

Dari utas ganda DNA yang memiliki

ketebalan 2 nm, mengalami beberapa

proses sebelum membentuk kromosom

dengan ketebalan 700 nm, yaitu:

1. Utas ganda DNA mengikat histone,

sehingga mencapai ketebalan

11 nm.

2. DNA yang sudah mengikat histone

bergabung hingga dua lapis,

sehingga mencapai ketebalan

30 nm.

3. Gabungan diatas memendek

membentuk pola gelombang

dengan lebar antara puncak

dan lembah gelombang

sebesar 300 nm.

4. Pola gelombang tersebut

membentuk pola memilin

dengan ketebalan 700 nm. Pola

pilinan tersebut akhirnya yang

nampak sebagai massa

kromosom.

2 nm

11 nm

30 nm

300 nm

700 nm

telomere

centromere

euchromatin

heterochromatin

Struktur kromosom :

Centromere:

Bagian kromosom yang

berasosiasi dengan benang

gelendong, ketika pembelahan

mitosis ataupun meiosis.

Telomere:

Ujung kromosom yang terdiri

dari sekuens DNA yang

dibutuhkan untuk stabilitas

ujung kromosom.telomere

centromere

euchromatin

heterochromatin

Heterochromatin:

Bagian kromosom yang cenderung padat

pilinannya, jelas tampak pada interfase,

umumnya berada disekitar centromere and

telomere

Euchromatin: Merupakan bagian

kromosom yang memiliki kepadatan normal

dan mengalami siklus kondensasi,

cenderung kurang memilin pada interfase.

Gen-gen aktif umumnya berada pada

bagian ini.

telomere

centromere

euchromatin

heterochromatin

Nama Ilmiah Nama Umum Genome Size

(MegaBp)

Allium cepa Bawang merah 1592

Arabidopsis thaliana Arabidopsis 127

Avena sativa Oat 11315

Beta vulgaris ssp esculenta Bit Gula 758

Brassica napus Canola 1182

Capsicum annuum Cabe 2702

Citrus sinensis Jeruk 382

Glycine max Kedele 1115

Gossypium hirsutum Kapas 2246

Hordeum vulgare Barley 4873

Lactuca sativa Lettuce 2639

Lycopersicon esculentum Tomat 953

Malus x domestica Apple 769

Manihot esculenta Singkong 760

Musa sp Pisang 873

Nicotiana tabacum Tembakau 4434

Oryza sativa Padi 331

Phaseolus vulgaris bean 637

Saccharum sp. Tebu 3000

Sorghum bicolor Sorghum 760

Triticum aestivum Gandum 15966

Zea mays Jagung 2504

Ukuran Genom Beberapa Tanaman Penting

Gen: merupakan fragment DNA

yang dapat ditranskripsikan

menjadi RNA dan diterjemahkan

menjadi protein, yang

selanjutnya mampu

mempengaruhi proses fisiologi

tanaman maupun fenotifnya.

2.2. Struktur Gen

1.Regulator

2.Promoter

3.Transcribed Region

(Bagian yang ditranskripsikan)

4.Terminator

Pada dasarnya Gen tersusun

oleh empat komponen :

Termination site

TATA EXON AAUAAINTRON EXON

Transcribed regionStart sitepromoterregulator

ORF UTRUTR

AUG UGA,UAA,UAG

Poly A tailing site

chromosome

part of chromosome

Regulator

Merupakan bagian dari gen yang

berperan dalam pola aktivasi

suatu gen, pada rangkaian

fisiologis apa, pada kondisi apa,

pada fase perkembangan apa,

atau pada organ apa. Umumnya

berada pada awal sebuah gen

mendahului promotor

Regulator terdiri dari responsive

element seperti :

1. HSE (Heat Shock-response

Element)

2. GRE (Glucocorticoid

Response Element)

3. SRE (Serum Response

Element)

Promoter

Merupakan bagian dari gen yang berperan dalam penentuan utas mana yang akan dikode untuk ditraskripsikan, dan kapan titik awal transkripsi akan dilakukan.

Letak promotor berada sebelum titik awal transkripsi, sehingga jarak dari titik inisiasi dinotasikan dengan tanda -, atau disebut arah downstream.

Promotor yang paling umum terdapat dalam gen tanaman adalah TATA box.

Promoter Terminator

Coding Strand

Template Strand

+1Upstream Downstream

ab

cd

Jenis-jenis promotor :

1. TATA box (TATAAA, 10 bp)

2. CAAT box (GGCCAATCT, 22 bp)

3. GC box ( GGGCGG, 20bp)

4. Octamer (ATTTGCAT, 20 bp)

5. kB (GGGACTTTCC, 10 bp)

6. ATF (GTGACGT, 20 bp).

Transcribed Region

Merupakan bagian dari gen yang akan

ditranskripsikan menjadi RNA.

Bagian ini dimulai dari titik awal

transkripsi (start site) hingga titik akhir

transkripsi (termination site).

Dalam bagian ini terdapat bagian yang

akan dibawa keluar dari inti sel yang

disebut ekson, dan bagian yang akan

tetap ditinggalkan di dalam inti sel, yang

disebut intron.

Pada bagian exon mRNA,

terdapat bagian yang akan

diterjemahkan menjadi rantai

asam amino (Open Reading

Frame/ORF) dan bagian yang

tidak diterjemahkan

(Un-translated Region/UTR)

Terminator

Merupakan bagian dari sekuens

DNA dari suatu gen yang

memberi tanda kepada enzym

penyusun RNA (RNA polymerase)

untuk menghentikan proses

pemanjangan rantai RNA.