dna sebagai bahan genetik

DNA SEBAGAI BAHAN

GENETIKATim Pengajar Pengantar Bioteknologi Pertanian

Fakultas PertanianUniversitas Gadjah Mada

SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIKA

1865, Gregor Mendel menduga bahwa suatu 1865, Gregor Mendel menduga bahwa suatu bagian dari sel bertanggungjawab atas bagian dari sel bertanggungjawab atas sifat yang diturunkan dari satu generasi sifat yang diturunkan dari satu generasi ke generasi berikutnya ke generasi berikutnya

1868, Friedrich Miescher menemukan 1868, Friedrich Miescher menemukan senyawa kimia yang berasal dari inti selsenyawa kimia yang berasal dari inti sel

1879, Albrecht Kossel menemukan asam 1879, Albrecht Kossel menemukan asam nukleatnukleat


1882, Walther Flemming menemukan 1882, Walther Flemming menemukan kromosom kromosom adalah bagian dari sel yang bagian dari sel yang ditemukan Mendelditemukan Mendel

1887, Edouard-Joseph-Louis-Marie van 1887, Edouard-Joseph-Louis-Marie van Beneden menemukan bahwa suatu jasad Beneden menemukan bahwa suatu jasad memiliki jumlah kromosom tertentumemiliki jumlah kromosom tertentu

1902, Walter Stanborough Sutton1902, Walter Stanborough Sutton menyatakan bahwa kromosom berpasangan

1910, 1910, Thomas Hunt Morgan menemukan bahwa bahan pembawa sifat adalah gen yang berada di dalam kromosom

1926, 1926, Hermann Muller menemukan bahwa sinar X dapat menginduksi mutasi

1928, Fred Griffith menemukan perubahan 1928, Fred Griffith menemukan perubahan bentuk dinding sel bentuk dinding sel Streptococcus Streptococcus pneumoniaepneumoniae


Penemuan transformasi sel: Penelitian Griffith (1928)

1935, Andrei Nikolaevitch Belozersky 1935, Andrei Nikolaevitch Belozersky berhasil mengisolasi DNA murni berhasil mengisolasi DNA murni

1940, Erwin Chargaff menemukan bahwa 1940, Erwin Chargaff menemukan bahwa organisme berbeda memiliki nisbah 4 organisme berbeda memiliki nisbah 4 basa penyusun DNA yang berbedabasa penyusun DNA yang berbeda


KOMPOSISI BASA PENYUSUN DNAOrganisme A G C T

Escherichia coli 24,7 26,0 25,7 23,6

Khamir 31,3 18,7 17,1 32,9

Gandum 27,3 22,7 22,8 27,1

Salmon 29,7 20,8 20,4 29,1

Ayam 28,8 20,5 21,5 29,3

Hasil Penelitian Chargaff1. DNA yang diisolasi dari berbagai jaringan organisme yang sama memiliki komposisi basa yang sama

2. Komposisi basa DNA beragam pada organisme yang berbeda

3. Komposisi basa DNA suatu spesies tidak berubah oleh umur, nutrisi, dan lingkungan

4. Jumlah residu adenin selalu setara dengan jumlah residu timin, sedangkan jumlah residu guaninn selalu setara dengan jumlah residu sitosin

1941, George1941, George Beadle dan Edward Tatum Beadle dan Edward Tatum menemukan hubungan mutasi dengan menemukan hubungan mutasi dengan kerusakan proses biokimia selkerusakan proses biokimia sel

1944, Oswald Theodore Avery, Colin 1944, Oswald Theodore Avery, Colin MacLeod dan Maclyn McCartyMacLeod dan Maclyn McCarty yang yang melanjutkan pekerjaan Griffith melanjutkan pekerjaan Griffith menemukan bahwa DNA adalah bahan menemukan bahwa DNA adalah bahan yang menyebabkan perubahan bentuk yang menyebabkan perubahan bentuk dinding sel dinding sel Streptococcus pneumoniaeStreptococcus pneumoniae


Penelitian Avery, MacLeod, dan Penelitian Avery, MacLeod, dan McCartyMcCarty

1952, Alfred Hershey dan Martha Chase1952, Alfred Hershey dan Martha Chase melalui penelitian menggunakan P dan S radioisotop membuktikan DNA sebagai membuktikan DNA sebagai bahan pembawa informasi genetikabahan pembawa informasi genetika

1953, James Watson and Francis Crick 1953, James Watson and Francis Crick menyatakan bahwa DNA adalah benang menyatakan bahwa DNA adalah benang ganda anti paralel, berbentuk heliks ganda anti paralel, berbentuk heliks yang saling berkomplemen yang saling berkomplemen


Penelitian Alfred Hershey dan Penelitian Alfred Hershey dan Martha ChaseMartha Chase

PenelitianPenelitianWatson dan CrickWatson dan Crick Dengan dukungan data Dengan dukungan data

difraksi sinar-X dari difraksi sinar-X dari Rosalind Franklin dan Rosalind Franklin dan Maurice Wilkins Maurice Wilkins

Dengan dukungan data Dengan dukungan data analisis kimia basa analisis kimia basa nitrogen dari Erwin nitrogen dari Erwin ChargaffChargaff

Memformulasikan Memformulasikan struktur DNAstruktur DNA

Mengelompokkan basa Mengelompokkan basa DNA menjadi purin dan DNA menjadi purin dan pirimidin pirimidin

Memformulasikan model Memformulasikan model replikasi DNAreplikasi DNA

STRUKTUR NUKLEOTIDA

Gugus fosfat

Tiga komponen pembentuk nukleotida:

Basa nitrogen(pirimidin atau purin)

Gula pentosa

PIRIMIDIN & PURIN

Pirimidin, C dimiliki oleh RNA dan DNA, tetapi

T terdapat di DNA, dan

U terdapat di RNA

Diekspresikan dengan huruf pertamanya (A, G, C, T, U).

Purin (A, G) dimiliki oleh RNA dan DNA

DEOKSIRIBONUKLEOTIDA

2'-deoksiribosa dengan basa (dalam contoh ini purin, adenin atau guanin) terikat pada atom C-1' adalah deoksiribonukleosida (dalam contoh ini deoksiadenosin dan deoksiguanosin).

Deoksiribonukleotida dinamai dengan singkatan (pada contoh ini) A, atau dA (deoksiA), atau dAMP (deoksiadenosin monofosfat)

Terfosforilasi pada atom C- 5' menjadi nukleotida (dalam contoh ini, deoksiadenilat dan deoksiguanilat)

Deoksiribonukleotida Utama

DNAMonomer nukleotida dapat berikatan satu sama lain melalui ikatan fosfodiester antara -OH di atom C nomor 3‘nya dengan gugus fosfat dari nukleotida berikutnya.

Kedua ujung poli- atau oligonukleotida yang dihasilkan menyisakan gugus fosfat di atom karbon nomor 5' nukleotida pertama dan gugus hidroksil di atom karbon nomor 3' nukleotida terakhir.

STRUKTUR DNA DNA terdiri atas dua

rangkaian heliks anti-paralel (paralel berlawanan arah) yang melilit ke kanan suatu poros.

Ukuran lilitan adalah 36 Å, yang mengandung 10.5 pasangan basa per putaran.

Kerangka yang berselang-seling antara gugus deoksiribosa dan fosfat terletak di bagian luar.

Ikatan hidrogen antara basa purin dan pirimidin terletak d bagian dalam.

STRUKTUR DNA

IKATAN HIDROGEN ANTAR RANGKAIAN BASA DNA

Watson-Crick base pairing

RANGKAIAN BENANG DNA

Basa penyusun suatu benang DNA yang antiparallel tidak sama melainkan bersifat komplemen terhadap benang pasangannya.

Basa C berpasangan dengan G, sedangkan A dengan T. Hal ini sangat bemanfaat dalam kaitan untuk penyimpanan dan pemindahan.

PERAN DNA•DNA terletak di kromosom dan kloroplas

•DNA mengandung gen, informasi yang mengatur sintesis protein dan RNA.

•DNA mengandung bagian-bagian yang menentukan pengaturan ekspresi gen (promoter, operator, dll.)

Sintesis Protein terjadi di Ribosom

PERAN RNA•Messenger RNAs (mRNA) merupakan bahan pembawa informasi genetik dari gen ke ribosom

•Ribosomal RNA (rRNA) merupakan komponen dari ribosom, mesin biologis pembuat protein

•Transfer RNAs (tRNAs) merupakan bahan yang menterjemahkan informasi dalam mRNA menjadi urutan asam amino

•RNAs memiliki fungsi-fungsi yang lain, di antaranya fungsi-fungsi katalis

RNA

Monomer nukleotida dapat berikatan satu sama lain melalui ikatan fosfodiester antara -OH di atom C nomor 3‘nya dengan gugus fosfat dari nukleotida berikutnya.

Kedua ujung poli- atau oligonukleotida yang dihasilkan menyisakan gugus fosfat di atom karbon nomor 5' nukleotida pertama dan gugus hidroksil di atom karbon nomor 3' nukleotida terakhir.

RIBONUKLEOTIDA Gula ribosa yang

berikatan dengan basa nitrogen (dalam contoh di samping adalah suatu pirimidin, urasil dan sitosin) pada atom karbon nomor 1‘nya disebut ribonukleosida (dalam contoh di samping adalah uridin dan sitidin).

Ribonukleosida yang terfosforilasi pada atom karbon nomor 5‘nya disebut ribonukleotida (dalam contoh di samping adalah uridilat atau sitidilat)

Penyampaian ribonukleotida biasanya dalam bentuk singkatan (misalnya) U, atau UMP (uridin monofosfat)

RIBONUKLEOTIDA UTAMA

PENAMAAN NUKLEOTIDA

TranslasiTranskripsi

Replikasi

DOGMA UTAMA BIOLOGI

Ringkasan tentang Replikasi DNA

Terjadi secara semikonservatif, masing-masing benang DNA berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis DNA pasangannya

Terjadi di replikon yang terdiri dari “origin of replication” dan dua garpu replikasi (bidirectional)

Masing-masing garpu replikasi tersusun atas kompleks enzim, termasuk di dalamnya DNA polymerase Terlibat juga enzim-enzim primase, helikase,

topoisomerase

REPLIKASI DNA•Pada replikasi DNA,

masing-masing untai DNA berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis untai pasangannya yang baru, menghasilkan dua molekul DNA.

•Cara ini disebut cara replikasi semikonservatif.

•Replikasi cara semikonservatif membutuhkan pemisahan untai DNA (pelelehan sebagian, atau denaturasi) sehingga untai tetua menjadi cetakan.

PERCOBAAN MESELSON-STAHL

SINTESIS DNA Pertumbuhan benang

DNA 3’

3’

5’

5’

Pertumbuhan garpu replikasi

Pertumbuhan benang DNA

Benang DNA ‘Leading’ and ‘Lagging’ Terjadi karena sintesis DNA terjadi

hanya pada arah 5’ ke 3’ Kedua benang DNA mengalami

proses yang berbeda Sintesis DNA pada benang ‘leading’

terjadi secara ‘continuous’+ Sintesis DNA pada benang ‘lagging’

terjadi secara discontinuous Membentuk fragmen Okazaki Fragment-fragmen kemudian akan terhubung

oleh aktivitas DNA ligaseleading

lagging

Sintesis benang DNA ‘Lagging’

Harus ada primer (i.e. 3’-OH) untuk memulai sintesis DNA

Primase berfungsi untuk membuat primer RNA

Harus menyambung fragmen-fragmen DNA

Hal ini dilaksanakan oleh enzim DNA ligase

Mesin Replikasi DNA

Fungsi primase? Fungsi helikase?

Fungsi topoisomerase? Fungsi single-stranded DNA binding proteins?

‘Origin’ dari Replikasi DNA

Replikasi DNA dimulai dari suatu urutan nukleotida spesifik yang disebut ‘origins of replication’ Dikenali oleh protein yang berfungsi

membuka lilitan benang DNA Sintesis DNA terjadi dalam dua arah

dari ‘origin’

Bidirectional DNA ReplicationDNA synthesis occurs in replicons consisting of an origin of replication and two diverging replication forks (bidirectional)

Fork movement

Fork movement

Diagram Skematik dari DNA ke RNA kemudian menjadi Protein

Gen terekspresi melalui 2 langkah:

Transkripsi: Membentuk RNA

Translasi: Sintesis Protein

Transcription

RNA polymerase catalyzes RNA synthesis uses one DNA strand as template

always the same strand for a given gene locally unwinds DNA adds free nucleotides to growing RNA strand at 3’ end

5’ to 3’ RNA synthesis template read 3’ to 5’ uses rules of base pairing to synthesize complementary RNA

molecule starts RNA chain de novo

Transcript is identical in sequence to nontemplate strand, except T’s replaced by U’s

Transcription is asymmetric – only one strand of the DNA is transcribed into RNA; the template strand

The RNA transcript has the same sequence as the nontemplate strand

RNA is synthesized in a 5’ to 3’ direction only

The template strand is read in the 3’ to 5’ direction

Either strand of the DNA can be used as the template strand for transcription

However, in any one gene only one strand of the DNA serves as the template for transcription

DNA

Multiple RNA polymerases can transcribe a gene simultaneously creating a train of RNA polymerases

RNA polymerases

Prokaryotes: single RNA polymerase Transcribes mRNA, rRNA and tRNA Transcription and translation are coupled

Eukaryotes: three RNA polymerases RNA polymerase I transcribes rRNA genes RNA polymerase II transcribes protein-encoding genes; i.e.

makes mRNA primary transcript will be processed

RNA polymerase III transcribes tRNA genes and 5S rRNA genes

Transcription and translation occur in separate compartments of the eukaryotic cell In organelles they occur in the same compartment

Translation (protein synthesis)

Information in mRNA translated into primary sequence of a protein in 4 steps: ACTIVATION INITIATION ELONGATION TERMINATION

Translation (protein synthesis)

ACTIVATION Each amino acid

activated by reacting with ATP

tRNA synthetase enzyme attaches activated amino acid to own particular tRNA

Protein synthesis: Translation initiation

Protein synthesis:elongation (2)

Protein translation:termination (3)

Protein translation: summary

Initiation

Elongation

Termination

Cell Information: Instruction Book of Life

DNA, RNA, and Proteins are examples of strings written in either the four-letter nucleotide alphabet of DNA and RNA (A C G T/U)

or the twenty-letter amino acid alphabet of proteins. Each amino acid is coded by 3 nucleotides called codon. (Leu, Arg, Met, etc.)

Terima Kasih

dna sebagai bahan genetik

Documents