dasar biologi molekuler undana
TRANSCRIPT
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 1/95
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 2/95
DASAR-DASAR BIOLOGI
MOLEKULER
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 3/95
Biologi molekuler
Definisi :
Merupakan cabang ilmu biologi yang
mempelajari tentang aktivitas biologis dalam
tingkat molekuler
Biologi molekuler virus :
Mempelajari aktivitas biologis virus ditingkat
molekuler
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 4/95
Biologi molekuler virus
Aktivitas biologis virus :
• Menginfeksi inang untuk bisamengekspresikan aktivitas biologisnya(parasit intra seluler obligat)
Mengamati akvitas/ proses infeksi danperkebangbiakan virus dalam tubuh inangditingkat molekuler
Molekuler : asam inti (gen: DNA/RNA)
asam amino penyusun proteinstruktural maupun fungsional
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 5/95
Mengapa virus harus menginfeksi inang ?
untuk kelangsungan hidupnya :• Viruses must replicate in living
cells.
• However, not all cells will supportreplication of particular viruses.
• Both viruses and cells havereceptors and an affinity(complementarity) between themthat results in attachment.
• This complementarity isresponsible for limitations of hostrange.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 6/95
VIRALLIFE
CYCLE
VIRALLIFE
CYCLE
ATTACHMENT
PENETRATIONPENETRATION HOST
FUNCTIONS
ASSEMBLY
(MATURATION)
Transcription
REPLICATION
RELEASE
UNCOATINGUNCOATING
Translation
Replication
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 7/95
Infeksi virus
• Menimbulkan gejala klinis ( virus
patogenits tinggi dan jumlah cukup
banyak)
• Tidak menimbulkan gejala klinis ( viruspatogenitas rendah, sifat virus slow
infection/ chronis atau laten)
• Deteksi virus : gejala klinis, isolasi
identifikasi virus
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 8/95
Moleculer Diagnostic Systems
• DNA Diagnostic Systems include:
DNA Hybridization
PCRRestriction endonuclease analysis
RAPD (random amplified polymorphicDNA)
DNA fingerprinting
8
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 9/95
Identifikasi DNA atau RNA dengan
teknik polymerase chain reaction
(PCR) dan molecular sequencing
9
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 10/95
Kary MullisInventor of the Polymerase Chain Reaction
10Nobel Prize 1993
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 11/95
Polymerase Chain Reaction
(PCR)
• Using molecular techniques such as PCR toexamine DNA sequences can help to identifywhat strain of a pathogen is present in aspecimen
• PCR is a technique that makes multiplecopies of a piece of DNA or RNA in a processcalled amplification
• Amplification makes it easier to detect the tinystrands of an organisms DNA
• PCR can start with very small amounts of DNA and can be used with viruses or bacteria
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 12/95
PCR
• Capable of amplifying tiny quantities of nucleic acid.
• Cells separated and lysed.• Double stranded DNA separated into single
strands.• Primers, small segments of DNA no more
than 20-30 nucleotides long added.• Primers are complementary to segments of
opposite strands of that flank the targetsequence.
• Only the segments of target DNA betweenthe primers will be replicated.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 13/95
Polymerase Chain Reaction
• Each cycle of PCR consists of three cycles: – denaturation of target DNA to separate 2 strands.
– annealing step in which the reaction mix is cooledto allow primers to anneal to target sequence
– Extension reaction in which primers initiate DNA
synthesis using a DNA polymerase. – These three steps constitute a thermal cycle
• Each PCR cycle results in a doubling of targetsequences and typically allowed to run through 30cycles, one cylce takes approximately 60-90 seconds.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 14/95
Steps in PCR
• PCR starts with a sample of DNA from a
clinical specimen suspected to contain a
pathogen
• A primer is added to the sample
– A primer is a very short sequence of DNA which
will seek out and bind to a specific sequence of
the target DNA
– Primers can be designed to be very specific or more general
• Example – a primer could be made to “match”
echovirus 30 or to match any echovirus
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 15/95
Steps in PCR (continued)
• After the primer other materials added to the mixtureinclude: – A polymerase enzyme that will “read” a sequence of DNA and
create copies
– “Building blocks” of DNA bases to use as raw materials to make
copies• The polymerase enzyme will make copies only of the
DNA that matches the primer
• Results: – Amplification occurs—DNA in specimen matched primer
– No amplification—particular DNA that primer was designed tomatch was not present
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 16/95
PCR
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 17/95
PCR
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 18/95
PCR to Detect Feline Viral
Rhinotracheitis Infection and
Persistence
18
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 19/95
Viral Genomic
SequencingAn example of sequencing used indiagnosis. The nucleotide sequences of the genes (DNA copies) of VP1 (virusprotein 1) of foot-and-mouth disease virus,type O. The isolates are from around theworld.
Note the similarity of the UK isolates of 2001with the virus causingdisease in South Africa in late 2000
19
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 20/95
GENETIKA VIRUS
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 21/95
• Penurunan sifat organisme termasuk
mikroorganisme termasuk virus melalui :DNA atau RNA pada Virus.
• DNA (Deoxyribo Nucleic Acid)
Suatu urutan nukleotida yang tersusun dalam 2utas secara helix melingkar dalam bentuk co i l ,yang disebut sebagai superco i l 5 3 denganarah putaran pos it if sense.
Membawa informasi hereditas dari induk keanak.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 22/95
• Urutan basanya disebut dengan Gen.
Gen – gen tsb. menyandikan protein.
• Protein tersebut dapat berupa :
(a) Protein struktural seperti : amplop,
spike, kapsid (virus) atau septa, hifa
(cendawan) dan dinding sel, kapsel,
membran plasma (bakteri)
(b) Protein nonstruktural seperti enzimdan toxin.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 23/95
DNA sebagai molekul utama kehidupan
• Eukariot (cendawan )
DNA berada dalam inti sel
dan RNA di sitoplasma
• Prokariot (bakteri )
DNA dan RNA di
sitoplasma
DNA tersebut terpilin
supercoi l dan kompak
dalam kromosom.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 24/95
Pada virus DNA atau RNA :
• Tidak tersusun kompak dalam kromosom, tetapibisa dalam bentuk teruntai, terlipat dansegmental.
• Berutas ganda maupun tunggal.
• Arah putaran bisa pos i t if sense maupun
negati f sense.
• DNA dan RNA tersus un oleh basa :
Purin : Adenin (A)
Guanin (G)
Pir imid in: Citosin (C)Thymin (T)
Uracil (U)
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 25/95
• Sifat induk diturunkan ke anak melalui
DNA. Penurunan gen dari sel induk
(DNA) ke sel anak dilakukan melalui
proses replikasi.• Ekspresi gen tampak setelah DNA
ditranskripsi menjadi messenger RNA
(mRNA) yang kemudian ditranslasi oleh
t rans fer RNA (tRNA) menjadi protein
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 26/95
DNA DNA
repl ikasi
mRNAt ranskr ipsi
Protein
t ranslasi
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 27/95
REPLIKASI
• Replikasi DNA
berlangsung secara
semi konservatis.
• Proses replikasi
melibatkan banyak
sekali enzim.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 28/95
Proses replikasi
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 29/95
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 30/95
• Selanjutnya Fragmen Okazaki disambung oleh enzimDNA ligase menjadi utas DNA komplementari yang
panjang.• Utas baru yang disintesa pada proses replikasi ini harustepat susunannya, sesuai pasangan DNA cetakannya.
• Bila terjadi kesalahan dlm penyusunan nukleotida padaproses replikasi:
Mekanisme koreksi dilakukan oleh enzim DNApolimerase.
Koreksi dilakukan dari ujung 3 ke 5 denganaktivitas 3-5 eksonuklease DNA polimerase I,mekanismenya disebut proo f-reading atau error- checking .
• Kesalahan pada proses replikasi menyebabkanterjadinya mutasi.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 31/95
TRANSKRIPSI
• Transkripsi merupakan konversi informasi dari DNAmenjadi mRNA.
• Proses transkripsi ini difasilitasi oleh enzim RNApolimerase
• Proses transkripsi berjalan mirip seperti proses replikasi
DNA.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 32/95
Perbedaan utama transkripsi dibandingkan
dengan replikasi :
Hanya memproduksi molekul denganukuran relatif pendek
Hanya satu utas DNA yang ditranskripsi
Prosesnya lebih sederhana karena mRNAdapat disintesa secara berkesinambungandgn menggunakan satu enzim saja (RNApolimerase)
Tidak diperlukan primer seperti padaproses replikasi
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 33/95
• Proses transkripsi seperti pada proses
replikasi berjalan dari ujung 5 ke 3
• Proses transkripsi dimulai dari daerah
promotor dan berakhir pada daerahterminator.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 34/95
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 35/95
TRANSLASI
• Translasi adalah proses penerjemahan kodebasa nukleotida ke asam amino.
• Setiap 3 basa (triplet / condon) menyandikan 1asam amino.
• mRNA membawa informasi sekuen asam aminodari protein yang harus diproduksi dalam bentukkode genetika.
• Contoh :
UUU Phenilalanine (Phe)
UUA
Leucine (Leu)UAA Stop
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 36/95
• Kode genetik
DNA ------transfer informasi genetika ke
mRNA dalam bentuk kode (code) terdiri
dari sederetan basa nukleotid
ribosom bergerak sepanjang molekul mRNA
dan "membaca" urutan sekuensnyasebanyak 3 nukleotid (codon) sekaligus
dari arah 5’ ke 3‘
5-AAACGTCGTACCTGT-3
3-TTTGCAGCATGGACA-5
Th G ti C d
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 37/95
The Genetic Code
Amino acids specified by each codon sequence on mRNA.
Amino acids specified by each codon sequence on mRNA.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 38/95
p y q
Key for the above table:
Ala: Alanine Cys: Cysteine Asp: Aspartic
acid
Glu: Glutamic acid
Phe:
PhenylalanineGly: Glycine His: Histidine Ile: Isoleucine
Lys: Lysine Leu: Leucine Met: Methionine Asn: Asparagine
Pro: Proline Gln: Glutamine Arg: Arginine Ser: Serine
Thr: Threonine Val: Valine Trp: Tryptophane Tyr: Tyrosisne
A = adenine G = guanine C = cytosine T = thymine U = uracil
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 39/95
• Pada prokariot (bakteri) proses transkripsi dan translasidapat berlangsung bersamaan di sitoplasma.
• Pada eukariot (cendawan, hewan tingkat tinggi) proses
transkripsi terjadi di nukleus, sedangkan translasi di
sitoplasma.
• Pada virus proses replikasi dan transkripsi bisa terjadi dinukleus dan sitoplasma sel inang tergantung dari jenis
virusnya.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 40/95
• Pada prokariot (bakteri) proses transkripsidan translasi dapat berlangsungbersamaan di sitoplasma.
• Pada eukariot (cendawan, hewan tingkattinggi) proses transkripsi terjadi di nukleus,sedangkan translasi di sitoplasma.
• Pada virus proses replikasi dan transkripsibisa terjadi di nukleus dan sitoplasma sel
inang tergantung dari jenis virusnya.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 41/95
• Virus
– DNA
– RNA
mekanisme perbanyakan virus pada selinang ( saat infeksi) :
• adsorbsi dan penetrasi
• pelepasan selubung virus
• sintesa dan perakitan bahan
komponen virus oleh sel inang• pelepasan virion dari sel inang
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 42/95
• Fast generation time.
• Produce large numbers of progeny.
• High rates of mutation.
Basic point: Virus evolution is fast
Virus-infected cells produce large numbers
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 43/95
Virus infected cells produce large numbers
of progeny• Infection of a single cell by poliovirus can yield up to 104 viral
particles.
• In a person, up to 109 – 1011 particles can be produced per day.
• Enough to infect every person on the planet.
Evolution requires mutation:
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 44/95
High mutation rates (genome replication is
inaccurate)•
Mutations occur when nucleic acids are copied (i.e. genome replication).
• Error rate of human DNA polymerase is approximately 10-9 (3 mutations perreplication of the human genome).
• Error correction machinery lowers this to 10-11
• Virus RNA and DNA polymerases
are much more error prone.
– RNA dependent RNA pol: 10-3 – 10-6
– DNA polymerases: 10-6 – 10-7
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 45/95
• Mutasi
gen mutasi ---- DNA ----Kode genetik tidak
sesuai ---- sintesa asam amino terganggu----pembentukan protein terganggu.
Mutasi dapat terjadi
– Substitusi
– Addisi
– Delesi
Virus----mutasi virulentavirulent
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 46/95
• The point at which accumulated mutations reduce
fitness
• Too much mutation can be lead to loss of vital
information
• Too little mutation can lead to host defenses
overcoming the virus.
S
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 47/95
MUTASI
Mutasi adalah suatu perubahan padasekuen basa DNA suatu organisme yang
diturunkan.
Organisme yang mengalami mutasi
disebut mutan. Agen penyebab mutasi disebut mutagen.
Mutasi dapat terjadi secara spontan atau
akibat induksi dari mutagen.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 48/95
Mutasi spontan dapat disebabkan oleh :
Radiasi alam (sinar kosmik)
Kesalahan replikasi
Mutasi dapat berupa :
Delesi (penghapusan)
Insersi (penyisipan)
Subsitusi (penggantian)
Jenis mutasi :
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 49/95
Jenis mutasi :
Point mutation (Mutasi titik)
Pada mutasi titik terjadi perubahan padasepasang basa yang dapat menyebabkan :
Perubahan satu asam amino menjadi asamamino yang lain dalam protein (missense
mutation)Tidak menyebabkan perubahan sama sekalitergantung pada codon yang terlibat (silentmutation).
Terbentuknya stop codon mengakibatkan
tersintesanya protein yang tidak sempurna(nonsense mutation)
Frameshift mutation (mutasi
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 50/95
Frameshift mutation (mutasi
geser)
• Mikroinsersi dan mikrodelesi dapat
menyebabkan mutasi geser bila terjadi
pada gen penyandi protein yang menjadi
bagian dari reading frame.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 51/95
5….T A C…….3
…….A T G…….5
mutasi normal replikasi
AAC TAG TAG TAC
TTG ATC ATG ATG
trankripsi
AAC UAG UAU UAC
Asp stop Tyr Tyr
Contoh mutasi subsitusi :
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 52/95
• Contoh mutasi insersi dan delesi yg mengakibatkan frameshiftmutation :
Mutasi insersi
TACGGACCAATACT
Normal DNA
TACGGACAATACTMutasi delesi
TACGGCAATACT
• Dampak mutasi:
Perubahan virulensi/patogenitas
perubahan serotype
contoh antigenic shift dan drift pada virus AI
Genetic information exchange
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 53/95
1. Recombination of genome segments.
2. Reassortment.
3. Acquisition of cellular genes
g
Genetic information is exchanged by recombination of genome
segments. Infection of a cell by two different viruses can resultin exchange of genetic information, resulting in production of mixed progeny.
Recombination
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 54/95
HIV 2 mechanisms:
1. Copy choice: during (-) strand synthesis
2. Strand assimilation: during (+) strand synthesis
Template switching: polio virus
Reassortment
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 55/95
• Genetic drift: slow accumulation of mutations in a population Due to copying errors and
Shift vs Drift
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 56/95
• Genetic drift: slow accumulation of mutations in a population. Due to copying errors andimmune selection.
• Genetic shift: a major genetic change caused by recombination or reassortment of genomes.
Drift Shift
Evolution is both driven and constrained by
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 57/95
the fundamental properties of viruses
• Despite lots of sequence diversity, viral populations maintain stable
master or consensus sequences.The sequence that reflects the most common choice of nucleotide oramino acid at each position.
• Diversity limited be the to ability to function within certain constraints. These include:
– Particle geometry: eg. Icosahedral capsids limit genome size by limiting volume. – All genomes are composed of nucleic acids: limits solutions to replication ordecoding of viral information.
– Requirement for interactions with host cell machinery.
– Requirements for interactions within the host.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 58/95
GENETIKA VIRUS
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 59/95
Penurunan sifat organisme termasukmikroorganisme termasuk virus melalui :
DNA atau RNA pada Virus.
DNA (Deoxyribo Nucleic Acid)
Suatu urutan nukleotida yang tersusun dalam 2utas secara helix melingkar dalam bentuk co i l ,yang disebut sebagai superco i l 5 3 denganarah putaran pos i t if sense.
Membawa informasi hereditas dari induk keanak.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 60/95
Urutan basanya disebut dengan Gen.
Gen – gen tsb. menyandikan protein.
Protein tersebut dapat berupa :
(a) Protein struktural seperti : amplop,
spike, kapsid (virus) atau septa, hifa(cendawan) dan dinding sel, kapsel,
membran plasma (bakteri)
(b) Protein nonstruktural seperti enzim
dan toxin.
DNA sebagai molekul utama kehidupan
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 61/95
DNA sebagai molekul utama kehidupan
Eukariot (cendawan )
DNA berada dalam inti sel
dan RNA di sitoplasma
Prokariot (bakteri ) DNA dan RNA di
sitoplasma
DNA tersebut terpilin
supercoi l dan kompak
dalam kromosom.
Pada virus DNA atau RNA :
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 62/95
Tidak tersusun kompak dalam kromosom, tetapi
bisa dalam bentuk teruntai, terlipat dansegmental.
Berutas ganda maupun tunggal.
Arah putaran bisa pos i t if sense maupunnegati f sense.
DNA dan RNA tersus un oleh basa :
Purin : Adenin (A)
Guanin (G)
Pir imid in: Citosin (C)Thymin (T)
Uracil (U)
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 63/95
Sifat induk diturunkan ke anak melaluiDNA. Penurunan gen dari sel induk
(DNA) ke sel anak dilakukan melalui
proses replikasi.
Ekspresi gen tampak setelah DNA
ditranskripsi menjadi messenger RNA
(mRNA) yang kemudian ditranslasi oleh
t rans fer RNA (tRNA) menjadi protein
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 64/95
DNA DNA
repl ikasi
mRNAt ranskr ipsi
Protein
t ranslasi
REPLIKASI
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 65/95
REPLIKASI
Replikasi DNAberlangsung secara
semi konservatis.
Proses replikasi
melibatkan banyaksekali enzim.
Proses replikasi
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 66/95
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 67/95
Selanjutnya Fragmen Okazaki disambung oleh enzim
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 68/95
Selanjutnya Fragmen Okazaki disambung oleh enzimDNA ligase menjadi utas DNA komplementari yangpanjang.
Utas baru yang disintesa pada proses replikasi ini harustepat susunannya, sesuai pasangan DNA cetakannya.
Bila terjadi kesalahan dlm penyusunan nukleotida padaproses replikasi:
Mekanisme koreksi dilakukan oleh enzim DNA
polimerase. Koreksi dilakukan dari ujung 3 ke 5 dengan
aktivitas 3-5 eksonuklease DNA polimerase I,mekanismenya disebut proo f-reading atau error- checking .
Kesalahan pada proses replikasi menyebabkanterjadinya mutasi.
TRANSKRIPSI
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 69/95
Transkripsi merupakan konversi informasi dari DNAmenjadi mRNA.
Proses transkripsi ini difasilitasi oleh enzim RNApolimerase
Proses transkripsi berjalan mirip seperti proses replikasiDNA.
Perbedaan utama transkripsi dibandingkan
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 70/95
dengan replikasi :
Hanya memproduksi molekul denganukuran relatif pendek
Hanya satu utas DNA yang ditranskripsi
Prosesnya lebih sederhana karena mRNA
dapat disintesa secara berkesinambungandgn menggunakan satu enzim saja (RNApolimerase)
Tidak diperlukan primer seperti pada
proses replikasi
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 71/95
Proses transkripsi seperti pada prosesreplikasi berjalan dari ujung 5 ke 3
Proses transkripsi dimulai dari daerah
promotor dan berakhir pada daerah
terminator.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 72/95
TRANSLASI
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 73/95
TRANSLASI
• Translasi adalah proses penerjemahan kodebasa nukleotida ke asam amino.
• Setiap 3 basa (triplet / condon) menyandikan 1asam amino.
• mRNA membawa informasi sekuen asam amino
dari protein yang harus diproduksi dalam bentukkode genetika.
• Contoh :
UUU Phenilalanine (Phe)
UUA Leucine (Leu)
UAA Stop
• Kode genetik
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 74/95
DNA ------transfer informasi genetika ke
mRNA dalam bentuk kode (code) terdiridari sederetan basa nukleotid
ribosom bergerak sepanjang molekul mRNA
dan "membaca" urutan sekuensnya
sebanyak 3 nukleotid (codon) sekaligus
dari arah 5’ ke 3‘
5-AAACGTCGTACCTGT-3
3-TTTGCAGCATGGACA-5
The Genetic Code
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 75/95
Amino acids specified by each codon sequence on mRNA.
Amino acids specified by each codon sequence on mRNA.
Key for the above table:
A A ti Gl Gl t i
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 76/95
Ala: Alanine Cys: Cysteine Asp: Aspartic
acid
Glu: Glutamic
acid
Phe:
Phenylalanine Gly: Glycine His: Histidine Ile: Isoleucine
Lys: Lysine Leu: LeucineMet:
Methionine Asn: Asparagine
Pro: Proline Gln: Glutamine Arg: Arginine Ser: Serine
Thr:
ThreonineVal: Valine
Trp:
TryptophaneTyr: Tyrosisne
A = adenine G = guanine C = cytosine T = thymine U = uracil
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 77/95
• Pada prokariot (bakteri) proses transkripsi dan translasi
dapat berlangsung bersamaan di sitoplasma.
• Pada eukariot (cendawan, hewan tingkat tinggi) proses
transkripsi terjadi di nukleus, sedangkan translasi di
sitoplasma.
• Pada virus proses replikasi dan transkripsi bisa terjadi dinukleus dan sitoplasma sel inang tergantung dari jenis
virusnya.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 78/95
• Pada prokariot (bakteri) proses transkripsidan translasi dapat berlangsungbersamaan di sitoplasma.
• Pada eukariot (cendawan, hewan tingkat
tinggi) proses transkripsi terjadi di nukleus,sedangkan translasi di sitoplasma.
• Pada virus proses replikasi dan transkripsibisa terjadi di nukleus dan sitoplasma sel
inang tergantung dari jenis virusnya.
• Virus
DNA
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 79/95
– DNA
– RNA
mekanisme perbanyakan virus pada selinang ( saat infeksi) :
• adsorbsi dan penetrasi• pelepasan selubung virus
• sintesa dan perakitan bahankomponen virus oleh sel inang
• pelepasan virion dari sel inang
Basic point: Virus evolution is fast
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 80/95
• Fast generation time.
• Produce large numbers of progeny.
• High rates of mutation.
Virus-infected cells produce large numbers
of progeny
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 81/95
• Infection of a single cell by poliovirus can yield up to 104 viral
particles.
• In a person, up to 109 – 1011 particles can be produced per day.
• Enough to infect every person on the planet.
Evolution requires mutation:
High mutation rates (genome replication is
inaccurate)
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 82/95
inaccurate)• Mutations occur when nucleic acids are copied (i.e. genome replication).
• Error rate of human DNA polymerase is approximately 10-9 (3 mutations perreplication of the human genome).
• Error correction machinery lowers this to 10-11
• Virus RNA and DNA polymerasesare much more error prone.
– RNA dependent RNA pol: 10-3 – 10-6
– DNA polymerases: 10-6 – 10-7
• Mutasi
t i DNA K d tik tid k
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 83/95
gen mutasi ---- DNA ----Kode genetik tidak
sesuai ---- sintesa asam amino terganggu----pembentukan protein terganggu.
Mutasi dapat terjadi
– Substitusi
– Addisi
– Delesi
Virus----mutasi virulent
avirulent
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 84/95
• The point at which accumulated mutations reducefitness
• Too much mutation can be lead to loss of vital
information
• Too little mutation can lead to host defenses
overcoming the virus.
MUTASI
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 85/95
Mutasi adalah suatu perubahan pada
sekuen basa DNA suatu organisme yang
diturunkan.
Organisme yang mengalami mutasi
disebut mutan. Agen penyebab mutasi disebut mutagen.
Mutasi dapat terjadi secara spontan atau
akibat induksi dari mutagen.
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 86/95
Mutasi spontan dapat disebabkan oleh :Radiasi alam (sinar kosmik)
Kesalahan replikasi
Mutasi dapat berupa :
Delesi (penghapusan)
Insersi (penyisipan)
Subsitusi (penggantian)
Jenis mutasi :
Point mutation (Mutasi titik)
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 87/95
Point mutation (Mutasi titik)
Pada mutasi titik terjadi perubahan padasepasang basa yang dapat menyebabkan :
Perubahan satu asam amino menjadi asamamino yang lain dalam protein (missense
mutation)Tidak menyebabkan perubahan sama sekalitergantung pada codon yang terlibat (silentmutation).
Terbentuknya stop codon mengakibatkan
tersintesanya protein yang tidak sempurna(nonsense mutation)
Frameshift mutation (mutasi
geser)
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 88/95
geser)
• Mikroinsersi dan mikrodelesi dapatmenyebabkan mutasi geser bila terjadi
pada gen penyandi protein yang menjadi
bagian dari reading frame.
Contoh mutasi subsitusi :
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 89/95
5….T A C…….3
…….A T G…….5
mutasi normal replikasi
AAC TAG TAG TACTTG ATC ATG ATG
trankripsi
AAC UAG UAU UAC
Asp stop Tyr Tyr
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 90/95
• Contoh mutasi insersi dan delesi yg mengakibatkan frameshiftmutation :
Mutasi insersi
TACGGACCAATACT
Normal DNA
TACGGACAATACT
Mutasi delesi TACGGCAATACT
• Dampak mutasi:
Perubahan virulensi/patogenitas
perubahan serotype
contoh antigenic shift dan drift pada virus AI
Genetic information exchange
Genetic information is exchanged by recombination of genome
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 91/95
1. Recombination of genome segments.
2. Reassortment.
3. Acquisition of cellular genes
Genetic information is exchanged by recombination of genomesegments. Infection of a cell by two different viruses can result
in exchange of genetic information, resulting in production of mixed progeny.
RecombinationHIV 2 mechanisms:
1. Copy choice: during (-) strand synthesis
Template switching: polio virus
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 92/95
2. Strand assimilation: during (+) strand synthesis
Reassortment
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 93/95
• Genetic drift: slow accumulation of mutations in a population. Due to copying errors andimmune selection.
G ti hift j ti h d b bi ti t t f
Shift vs Drift
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 94/95
• Genetic shift: a major genetic change caused by recombination or reassortment of genomes.
Drift Shift
Evolution is both driven and constrained by
the fundamental properties of viruses
D i l f di i i l l i i i bl
7/22/2019 Dasar Biologi Molekuler Undana
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-biologi-molekuler-undana 95/95
• Despite lots of sequence diversity, viral populations maintain stable
master or consensus
sequences.The sequence that reflects the most common choice of nucleotide oramino acid at each position.
• Diversity limited be the to ability to function within certain constraints. These include:
– Particle geometry: eg. Icosahedral capsids limit genome size by limiting volume.
– All genomes are composed of nucleic acids: limits solutions to replication ordecoding of viral information.
– Requirement for interactions with host cell machinery.
– Requirements for interactions within the host.