9/23/2013

1

Replikasi GenEkspresi genetik

Pertemuan ke 4

SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIK

– 1882, Walther Flemming menemukan kromosom adalahbagiandari sel yang ditemukan Mendel

– 1887, Edouard-Joseph-Louis-Marie van Benedenmenemukan bahwa suatu jasad memiliki jumlah kromosomtertentu

– 1902, Walter Stanborough Sutton menyatakan bahwakromosom berpasangan

– 1910, Thomas Hunt Morgan menemukan bahwa bahanpembawa sifat adalah gen yang berada di dalam kromosom

– 1926, Hermann Muller menemukan bahwa sinar X dapatmenginduksi mutasi

– 1928, Fred Griffith menemukan perubahan bentuk dindingsel Streptococcus pneumoniae

Perubahan bentuk dinding selStreptococcuspneumonia

Penelitian Fred Griffith

Dua galur:

Smooth (S) – Virulent (gel coat)Rough (R) – Kurang Virulen

Tikus disuntik dengan galur R and galur S yang dimatikan melalui pemanasan

Tikus mati dan ditemukan hanyamengandung bakteri galur S

SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIK

– 1935, Andrei Nikolaevitch Belozersky berhasilmengisolasi DNA murni

– 1941, George Beadle dan Edward Tatummenemukan hubungan mutasi dengan kerusakanproses biokimia sel

– 1944, Oswald Theodore Avery, Colin MacLeod danMaclyn McCarty yang melanjutkan pekerjaanGriffith menemukan bahwa DNA adalah bahanyang menyebabkan perubahan bentuk dinding selStreptococcus pneumoniae

9/23/2013

2

Penelitian Avery, MacLeod, dan McCarty A. Hershey dan M. Chase menggunakan P dan S radioisotop

membuktikan DNA adalah pembawa informasi genetik

REPLIKASI DNA

• Sebelum mekanisme replikasi DNA dapat dibuktikan secara eksperimental oleh Mattew Messelson dan ranklin Stahl pd thn 1958, ada 3 hipotesis yg berkembang mengenai replikasi DNA :

• 1. SEMI KONSERVATIF

• 2. KONSERVATIF

• 3. DISPERSIF

SEMI KONSERVATIF:

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

KONSERVATIF :

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

9/23/2013

3

DISPERSIF:

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

REPLIKASI DNA

Hasil eksperimen Mattew Messelson dan ranklin Stahl pd thn 1958 untuk mengetahui mekanisme replikasi DNA dengan bakteri Escherichia coli.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa molekul DNA anakan terdiri atas satu untai DNA induk dan satu untai DNA hasil sintesis baru sehingga sesuai dengan model replikasi secara semi konservatif.

Replikasi sederhana DNA

Proses replikasi sederhana molekul DNA

9/23/2013

4

REPLIKASIDNA

KOMPONEN KOMPONEN PENTING DALAM REPLIKASI DNA

1. DNA cetakan yaitu molekul DNA atau RNA yg akan direplikasi

2. Molekul nukleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP, dan dGTP. Nukleotida terdiri dari 3 komponen : basa purin atau pirimidin, gula 5 deoksiribose, gugus posfat.

3. Enzim DNA polimerase yi enzim utama yg mengkatalisis proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA.

4. Enzim primase, yi enzim yg mengkatalisis sintesis primer utk memulai replikasi DNA

Lanjutan komponen penting dalamreplikasi DNA

7. Enzim pembuka ikatan untaian DNA induk yaitu enzim helikase dan enzim lain yg membantu proses tsb yi enzim girase

8. Molekul protein yg menstabilkan untaian DNA yg sudah terbuka yaitu protein SSB (Single Strand Binding Protein).

9. Enzim DNA ligase yaitu enzim yg berfungsi utk menyambung fragmen fragmen DNA

PEMANJANGAN ASAM NUKLEAT

9/23/2013

5

EKSPRESI GENETIK

• Di dalam genom suatu jasad terdpt rangkaian gen yg menyusun genotipe jasad tsb

• Genotip adl potensi potensi genetik yg dimiliki oleh suatu jasad hidup yg jika diekspresikan akan memunculkan sifat fisiologis atau kenampakan morfologis yang secara umum disebut Fenotipe.

• Fenotip dapat berupa kemampuan menghasilkan suatu metabolit (hasil metabolisme), ketahanan terhadap hama dan penyakit, toleransi lingkungan, rasa buah, bentuk, warna daun dll.

Pemunculan suatu fenotip merupakan hasil ekspresi

banyak gen melalui rangkaian proses pengaturan yang

komplek.

Ekspresi genetik dilakukan melalui proses transkripsi gen

tertentu menjadi RNA (mRNA, tRNA, dan rRNA )

selanjutnya mengalami proses translasi menjadi protein

atau enzim.

Transkripsi adl proses penyalinan kode kode genetik yg

terdapat pada molekul DNA.

Proses translasi memerlukan molekul rRNA untuk

menyusun ribosom, serta molekul tRNA yg membawa

asam asam amino spesifik yang akan dirangkaikan

menjadi molekul protein.

TRANSKRIPSI dan translasi merupakan dua proses berbeda yang saling berkaitan erat

dan sangat menentukan proses pemunculan kemampuan kemampuan jasad hidup untuk

tumbuh dan berkembang.

Produk ekspresi genetik di dalam sel adalh bermacam macam protein dan enzim yg

digunakan dalam proses metabolisme jasad hidup.

TRANSKRIPSI

• Proses penyalinan kode kode genetik yg ada pd urutan DNA menjadi molekul RNA.

• Urutan nukleotida pd salah satu untaian molekul DNA akan digunakan sbg cetakan utk sintesis molekul RNA yg komplementer

• Ada 3 molekul RNA yg disintesis :

mRNA , tRNA dan rRNA

9/23/2013

6

mRNA : RNA yg merupakan salinan kode kode genetik pd DNA yg dalam proses selanjutnya (proses translasi) akan diterjemahkan menjadi urutan asam asam amino yg menyusun suatu polipeptide atau protein ttt.

tRNA : RNA yg berperan membawa asam amino spesifik yg akan digabungkan dalam proses sintesis protein (translasi).

rRNA adalh RNA yg digunakan utk menyusun ribosom yaitu suatu partikel dalam sel yg digunakan sbg tempat sintesis protein

Proses transkripsi dilakukan oleh enzim RNA polimerase.

Komponen utama yg terlibat dlm proses transkripsi :1. urutan DNA yg akan ditranskripsi2. enzim RNA polimerase3. faktor faktor transkripsi4. prekursor utk sintesis RNA.

F. Crick dan G.

Gamov (1957)

merumuskan

"central dogma“

cara kerja DNA

mengendalikan

messenger RNA

yang kemudian

mengendalikan

sintesis protein

Ekspresi gen MEKANISME TRANSKRIPSI

– Pemindahan informasi genetik dari DNA ke RNA

– pita double helix DNA akan mencetak pita tunggal m RNA (duta RNA/ dARN)

– sbg katalisator adl enzim RNA polimerase– Pada eukariot: terdapat 3 RNA polimerase yaitu RNA

polimerase I (meyalin gen yg mengkode rRNA), RNA polimeraseII (menyalin semua gen pengkode protein), dan RNA polimeraseIII (menyalin gen yang mengkode tRNA dan rRNA berukuran 5S)

– sintesa RNA dari arah 5’ ke 3’

– RNA yang selesai dicetak akan keluar dari inti sel menuju ribosom pada sitoplasma

– Prekursor sintesis RNA: 4 macam ribonukleotida (5’ trifosfat ATP, GTP, CTP, dan UTP

9/23/2013

7

Organisasi genom pada sel Eukariot• Pada sel jamur, tanaman, hewan

• Organisasi genom: promoter, coding region, terminator. Coding region: intron, dan exon

• Intron: tidak ada terjemahannya ke protein

• Exon: ada terjemahannya ke protein

• Gen kelas I: mengkode pembentukan r RNA, Gen kelas II: mengkode pembentukan pembentukan protein,

Gen kelas III: mengkode pembentukan t RNA.

• Hanya gen yang mengkode pembentukan protein yang transkripsinya menghasilkan m RNA, yang selanjutnyaakan ditranslasi menghasilkan protein. Gen kelas I dan III tidak mengkode m RNA.

25

Proses splicing dari pematangan

DNA

Proses Transkripsi DNA

9/23/2013

8

MEKANISME TRANSLASI

–menempelnya mRNA pd ribosom 30 S dan pembentukan poliribosom

–pengikatan asam amino oleh tRNA

–permulaan dari sintesa protein

–memanjangnya rantai polipeptida

TRANSLASI RNA pada Ribosome

m RNA membawakode genetik daricopy DNA

t RNA membawaasam-asam amino spesifik yang akandigabungkanmenjadi protein

r RNA menyusunribosom tempatberlangsungnyasintesis protein

9/23/2013

9

Kodegenetik(TripletCodon)

34

20 MACAM ASAM AMINO PENYUSUN PROTEIN

Macam Asam Amino Simbul 1 Huruf Simbul 3R HurufN

AlanineArginineAsparagineAsam aspartatCysteineGlutamineAsam GlutamatGlycineHistidineIsoleucineLeucineLysineMethioninePhenylalanineProlineSerineThreonineTryptophanTyrosineValine

ARNDCQEGHILKMFPSTWYV

AlaArgAsnAspCysGlnGluGlyHisIleLeuLysMetPheProSerThrTrpTyrVal

• Contoh cDNA yang mengkode enzim alcohol dehyrogenase and chitinase (untuk sifat ketahanan tanaman)

• Dalam tahap analisis ekspresi gen pada tanaman

hairulroslan@hotmail.com, Unimas Malaysia

Proses sintesis protein pada sel prokariot

Regulasi GEN

Fungsi DNA adalah

membawa gen yang

mengandung

informasi yang

menentukan jenis

protein yang harus

disintesis (kapan,

dalam tipe sel yang

mana, berapa banyak

jumlah protein)

9/23/2013

10

Mengapa ekspresi gen melalui pembentukan protein?

Protein adalah polimer asam-asam amino (polipeptida) yang mempunyai berbagai macam fungsi dalam sel:

• Protein enzim sebagai biokatalisator reaksi biokimia dalam

sel (reaksi sederhana sd reaksi kompleks termasuk reaksi

metabolisme)

• Sebagai pengatur ekspresi genetik (proses replikasi, transkripsi dan translasi)

• Sebagai pengangkut molekul kecil dan ion

• Berperan dalam sistem pergerakan terkoordinasi

• Sebagai komponen sistem kekebalan tubuh

• Sebagai pheromone

• Sebagai penerus impuls syaraf

• Sebagai komponen pendukung kekuatan regang