biologi sel molekuler
DESCRIPTION
PEMBELAHAN SELTRANSCRIPT
= Peningkatan komponen-komponen cellular
2 macam pertumbuhan:
1. pembelahan inti tanpa diikuti pembelahan sel - hasil: peningkatan ukuran sel
- pada mikroorganisme coenocytic (fungi atau algae)-
aseptate
2. pembelahan inti diikuti pembelahan sel - hasil: peningkatan jumlah sel
- pembesaran ukuran sel diikuti pembelahan
membentuk dua progeny yang kurang lebih
berukuran sama
dalam sistem in vitro “BATCH CULTURE”
1. system tertutup
2. satu batch media, tanpa penambahan
media baru selama inkubasi
3. penurunan konsentrasi nutrient, peningkatan
konsentrasi produk samping
Lihat Gambar kurva pertumbuhan sel.
• Suatu plot Ln[Cells] versus waktu akan menghasilkan hub yg
berbanding lurus, menggambarkan fase eksponensial (Figure 3).
• Analisis thd fase eksponensial menyatakan bahwa tdk hanya
konsentrasi sel yg meningkat tapi jg kecepatan pertumbuhan
1. Lag phase Fase saat pertama kali organisme ditumbuhkan pada media
kultur yang baru
Ciri: tidak ada peningkatan masa sel
Bagaimana fase lag bisa terjadi?
- sel sudah tua, kekurangan ATP, essential cofactors, ribosom
- media pertumbuhan berbeda dengan media sebelumnya
- sel rusak, membutuhkan waktu untuk perbaikan kembali
lama lag phase bervariasi tergantung pada:
- kondisi organisme
- media
2. Exponential Phase
= log phase
organisme tumbuh dan membelah pada
kecepatan maksimum tergantung pada
genetik, sifat medium dan kondisi
pertumbuhan
kecepatan tumbuh konstan
3. Stationary phase
Pertumbuhan berhenti dan kurva horizontal
Why??
- ketersediaan nutrient, O2
- keseimbangan jumlah sel yang membelah dan sel
mati
- type organisme
- akumulasi toxic waste products: e.g. asam laktat
- sel berhenti membelah, proses metabolismenya
masih aktif
maximum density: - bacteria 1 x 109 cells/ml
protozoa dan alga 1 x 106 cells/ml
4. Death phase
Faktor penyebab: kehabisan nutrient dan
akumulasi toxic waste products
Biasanya logarithmic walau jumlah total sel
tetap.
Bagaimana populasi sel dapat meningkat secara
eksponensial?
Populasi sel pd tiap waktu generasi dpt digambarkan sbb:
Pada tiap generasi, konsentrasi sel berlipat
menjadi dua. Jika diplotkan antara jumlah
sel dan waktu, didapatkan kurva
eksponensial
Suatu sel bereproduksi dengan penggandaan
komponennya dan terbagi menjadi dua
Syarat umum :
Menghasilkan pasangan anak sel yang
identik secara genetik
Lihat gmb siklus pembelahan sel
prokariot
“Selama pembelahan sel, informasi genetik diteruskan dan masih terdapat pada anak sel apabila salah satu untai DNA berfungsi sebagai cetakan (template) untuk pasangannya”
Replikasi Semikonservatif
dua untai dari suatu molekul DNA terpisah seluruhnya
menghasilkan 2 molekul DNA yang terdiri dari satu untai
baru dan satu untai lama
Proses pembelahan tergantung pada centrosome:
Centrosome = pusat sel organel sel yang terletak
di pusat sel, terutama terdiri dari pusat pengaturan mikrotubule (MOC) dan berfungsi sebagai sumbu spindle selama proses mitosis
- centrosome membelah untuk menghasilkan dua anak sel
menghasilkan dua kutub spindle mitosis
Proses pembentukan anak sel identik dgn cara replikasi dan pembelahan kromosom
• mikrotubul
berfungsi dlm
mitosis untuk
menarik kromosom
ke tiap anak sel
DNA bereplikasi
bersama dengan
organela dan
komponen sel yang
lain dan sel bersiap
untuk membelah
http://www.bioweb.uncc.edu/1110Lab/notes/notes1/lab6.htm
Sel hewan Sel tanaman
Photographs from: http://www.bioweb.uncc.edu/biol1110/Stages.htm
http://www.bioweb.uncc.edu/1110Lab/notes/notes1/lab6.htm
The DNA recoils, dan
kromosom
berkondensasi,
membran inti sel
menghilang dan
spindel mitosis mulai
terbentuk.
Photographs from: http://www.bioweb.uncc.edu/biol1110/Stages.htm
Sel hewan Sel tumbuhan
Kromosom
bergerak ke
tengah sel
dengan
bantuan
spindel fiber
yang melekat
pada
sentromer http://www.bioweb.uncc.edu/1110Lab/notes/notes1/lab6.htm
sel hewan
sel tumbuhan
Photographs from: http://www.bioweb.uncc.edu/biol1110/Stages.htm
Kromosom
terpisah
ditengah
dan
kromatid
ditarik oleh
spindel fiber
menuju
kutub yang
berlawanan http://www.bioweb.uncc.edu/1110Lab/notes/notes1/lab6.htm
Sel hewan
sel tumbuhan
Photographs from: http://www.bioweb.uncc.edu/biol1110/Stages.htm
kromosom,
sitoplasma,
organela dan
membran terbagi
menjadi 2. Diagam
ini menunjukkan
akhir telophase
http://www.bioweb.uncc.edu/1110Lab/notes/notes1/lab6.htm
sel hewan
sel tumbuhan
Photographs from: http://www.bioweb.uncc.edu/biol1110/Stages.htm
Pemisahan anak
sel menjadi dua
sel yang terpisah
(cytokinesis)
Awal cytokinesis pada tanaman:
Awal cytokinesis pada hewan:
http://www.bioweb.uncc.edu/1110Lab/notes/notes1/lab6.htm
CYTOKINESIS
Sitoplasma terbagi (“cleavage”)
Bagian tengah saling menyatu membentuk “cleavage furrow”
mid body masih ada, bagian ini menyempit dan putus membentuk dua anak sel
Cytokinesis pada sel tanaman tinggi
- cytoplasma dari sel tanaman terpartisi
dengan terbentuknya dinding sel yang baru
di dalam sel (cell plate)
KEY CONCEPT
Traits (characteristics) are inherited as
discrete (separate) units
Think about this…
› What are some traits you have that make
you look like your mom or dad? If you don’t
know what your mom or dad looks like, what
are some qualities that make you look unique
from the rest of your family? Or do you look more like one parent than another?
› Why do you think this is???
Traits are distinguishing
characteristics that are
inherited (like hair color or
blood type)
Genetics is the study of
biological inheritance patterns
and variation
Heredity: The passing of traits
from parents to offspring
Key Vocabulary Terms
In the 1800s, Gregor Mendel (an Austrian monk) made the first studies in predicting how traits would transfer from one generation to another
Many in Mendel’s day thought traits were blended …. A red flower and a white flower would make a pink flower
Background Information
A. Mendel studied pea plants for 3 main reasons:
1. All the traits came in 2 easy to recognize forms
2. Both male and female gametes (sex cells) are produced on the same plant
3. The reproductive parts are tightly enclosed in petals preventing pollen from other plants entering
The uniting of male and
female gametes (sex cells)
› Plants “pollinate”
1.A hybrid plant would
have one of each form
of a trait
Have you ever heard of the term hybrid
before????
Def: the offspring of two animals or plants
of different breeds, varieties, species, or
genera, esp. as produced through
human manipulation for specific genetic
characteristics
Can you think of any examples of
hybrids?
Livestock examples-
› Black Angus x Hereford= Black Baldy
Mendel controlled the
fertilization of his pea plants
by removing the male parts,
or stamens.
He then fertilized the female
part, or pistil, with pollen from
a different pea plant.
1. Mendel’s 1st Experiments
were called Monohybrid
crosses (the plants were
different by just one trait)
Example: all pea plants had
purple flowers and green seeds,
but some are tall and some
short
1. He crossed a pea plant that was
pure purple flowers (it had only
purple genes) with a plant that was
pure for white (only white genes)
2. The offspring were all purple, no
white pea flowers grew
3. The white trait seemed to
disappear
1. Mendel crossed two of the
offspring from the 1st
generation
2. His results were 3 of every 4
plants were purple and 1 in 4
was white
3. The white trait reappeared
1. P1 = parent in the 1st generation
2. The offspring of P1 were called the
F1 generation
› “F” stands for filial
› Filial stands for son or daughter
3. The offspring of the cross between 2
F1 plants were called the F2
generation
What disappeared in
the 1st generation?
The trait for white
What reappeared in
the 2nd generation?
The trait for white
The trait that is observed in the offspring is the dominant trait (uppercase)
The trait that disappears in the offspring is the recessive trait (lowercase)
• Mendel observed patterns in the first
and second generations of his crosses
1. Mendel concluded that each organism
has 2 factors that control each of its traits
2. The factors controlling traits are
called genes
3. One comes from each parent
4. They are found on the
chromosomes
5. Genes exist in alternative forms
Each organism has two alleles for each trait Alleles - different forms of the same gene
Genes - located on chromosomes, they control how an organism develops
1. During fertilization, the 2
different genes randomly pair
to produce 4 different
combinations of alleles
2. They separate independently
The two alleles for a trait must separate when gametes are formed
A parent randomly passes only one allele for each trait to each offspring
x
Parents
Offspring
Tt Tt
T T Tt Tt tt
Law of Segregation
The genes for different traits are inherited independently of each other.
Phenotype - the way an organism looks red hair or brown hair
genotype - the gene combination of an organism AA or Aa or aa
Heterozygous - if the two alleles for a trait are different (Aa)
Homozygous - if the two alleles for a trait are the same (AA or aa)
Dihybrid Cross - crossing parents who differ in two traits (AAEE with aaee)
Monohybrid Cross - crossing parents who differ in only one trait (AA with aa)
Siklus sexual:
Meiosis Fertilisasi
= pembelahan inti sel yang = dua inti sel bergabung
menghasilkan separo jumlah menjadi satu inti sel
kromosom induk sel 2 haploid 1 diploid
1 diploid (2n) 2 haploid (1n)
Ciri meiosis: 1. pengurangan jumlah kromosom separo dari
jumlah induknya
2. pembentukan gamet yang secara genetik
berbeda dari meiocyte
Meiosis: Gametes (sex sel): sperma, telur
Zygote (sel pertama dari suatu
generasi yang baru),
jml kromosom 2x gamet
• Ploidy adalah istilah yg digunakan untuk menggambarkan jumlah set kromosom
•Manusia (kecuali gamet), sebagian besar hewan dan tumbuham adalah diploid (2n).
• Sel atau organisme haploid hanya punya satu set kromosom (n). Organisme dgn lebih
dari 2 set kromosom disebut polyploid.
•Kromosom yg membawa gen yg sama disebut “homologous chromosomes”.
Organisme umumnya menerima satu set “homologous chromosomes” dari induknya.
• Meiosis memisahkan satu kopi dari tiap “homologous chromosome” membentuk
gamet.
• Mitosis menjaga tingkat ploidi sel (contoh: satu sel diploid 2n menghasilkan 2 sel
diploid 2n, satu sel haploid n menghasilkan dua sel haploid n )
•Meiosis menyebabkan pengurangan jumlah kromosom dan dengan rekombinasi gamet
(fertilisasi) tingkat ploidi induk terjaga.
• Sebagian besar sel manusia dihasilkan melalui mitosis (somatic/vegetatif sel line). Sel
gamet disebut “germ line cells”. Meiosis terbatas pd gonad.
• Siklus kehidupan menggambarkan suatu perkembangan dan
reproduksi suatu organisme
• Perhatikan tingkat ploidi siklus. Pada hewan siklus kehidupannya
banyak berada pd 2n.
• Terdapat 2 fase siklus kehidupan tanaman.
1. Fase sporofit = diploid
2. Fase gametofit = haploid
• Pada tanaman berbunga, daun dan batang adalah sporofit; putik
bunga dan benang sari adalah gametofit
• Perbedaan dengan siklus kehidupan hewan adalah adanya fase
gametofit haploid pd tanaman; setelah meiosis dan sebelum
pembentukan gamet
1. Meiosis I (Reduction)
menurunkan tingkat ploidi sel dari 2n - n
2. Meiosis II (Division).
membelah kromosom menjadi 2 seperti pd mitosis
• Meiosis menghasilkan 4 sel haploid
http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookmeiosis.html
MEIOSIS I 1. Prophase I - kromatin mengalami kondensasi, nekleolus dan membran
inti menghilang, benang spindle terbentuk
- terjadi pemasangan antar “homologous chromosomes”.
- Synapsis = proses penggabungan “homologous
chromosomes”, menghasilkan “tetrad”, yg terdiri dr dua
kromatid
- memungkinkan terjadinya “crossing-over” yg
memungkinkan pemecahan kromatid dan menyatu pd
homologous chromosome yg berbeda.
- “crossing-over” menghasilkan kromosom dengan gen dan
alelle yg baru.
2. Metaphase I Kromosom pada spindle equator dimana masing-masing
centrometer dari kromosom yang homolog menghadap kutub
yang berlainan
3. Anaphase I Dimulai dengan memisahnya kromosom homolog, bergerak ke
kutub
Pembentukan haploid belum terjadi (jumlah DNA masih 2X)
4. Telophase I Kromosom terorganisasi dengan baik, nucleoli dan membran
sel terbentuk, anak inti sel terbentuk
Cytokinesis terjadi/tidak, pada banyak kasus tertunda sampai
terbentuk empat anak sel terbentuk (hasil produk meiosis II)
Meiosis II Prophase II, Metaphase
II, Anaphase II, Quartet,
mirip mitosis
produk: haploid
kromosom dengan 1X
DNA
Meiosis hanya terjadi pada sejumlah kecil sel sedang mitosis pd hampir semua sel
Meiosis menyebabkan pengurangan ploid, mitosis
menjaga tingkat ploidi
Mitosis meiosis
Adalah proses pembentukan gamet (2n-n)
Spermatogenesis: proses pembentukan sperma
menghasilkan 200.000.000 sperma tiap hari
Oogenesis : proses pembentukan sel telur
hanya menghasilkan sati sel telur tiap siklus menstruasi