Prof. Drs. Sutarno, MSc.,Ph.D.

Dasar biokimiawi hereditas 1. Asam Deoksiribonukleat (DNA/AND)

Ciri Khas Materi Genetik

1. Replikasi: digandakan, diturunkan kepada sel anak

2. Penyimpan informasi

3. Meng’ekspresi’kan informasi: Dimulai dengan transkripsi DNA sehingga dihasilkan RNA, diikuti dengan translasi untuk menghasilkan AA (protein). Dogma sentral dari genetika molekuler: “DNA makes RNA, which makes protein)

4. Variasi karena mutasi

• Asam nukleat utama di dalam sel adalah RNA dan DNA.• DNA dan RNA merupakan polinukleotida• Nukleotida merupakan salah satu senyawa terpenting dari

sel • Asam nukleat juga diperlukan dalam berbagai fungsi

penting dalam sel, antara lain: 1. Sebagai penyimpan energi untuk digunakan dalam

reaksi transfer fosfat, yang umumnya dibawa oleh ATP. 2. Pembentuk sebagian dari berbagai ko-enzim penting

misalnya NAD+, NADP+, FAD dan koenzym A.3. Berfungsi sebagai mediator proses2 seluler penting ,

seperti misalnya sebagai second messengers dalam signal transduction berupa cyclic-AMP (cAMP), turunan dari ATP.

Nukleosida

– Basa purin dan pirimidin di dalam sel dapat berikatan dengan karbohidrat, struktur inilah yang disebut dengan Nukleosida. Contoh: Adenosin

• Adenosin

Nukleotida• Nukleosida di dalam sel ditemukan terutama dalam

bentuk terfosforilasi, struktur ini disebut dengan Nukleotida.

• Nukleotida merupakan penyusun rantai DNA maupun RNA

• Sisi fosforilasi dari nukleotida paling umum ditemukan dalam sel adalah pada gugus hydroxyl yang terikat pada karbon no 5’ dari ribosa. Atom karbon pada ribosa diberi tanda (') untuk membedakannya dengan pemberian nomor pada backbone basa. Komponen penyusun nukleotida terdiri dari gugus:– 1. Basa nirogen – 2. Gula– 3. Fosfat

Basa Nitrogen

• Nukleotida yang ditemukan di dalam sel merupakan turunan senyawa purin dan pirimidin.

• Senyawa inilah yg merupakan struktur yang memberikan ke”basa”an ketika berikatan dengan komponen lain pada DNA maupun RNA.

• Terdapat 5 basa nitrogen utama dalam sel yg merupakan turunan dari purin (adenine dan guanine) dan turunan pirimidin (thymine, cytosine dan uracil), disingkat A, G, T, C dan U.

Purin Pirimidin

Purin, merupakan basa dengan double ring, terdiri:- Adenin/ adenine (A)- Guanin/ Guanine (G)

Pirimidin, merupakan basa single ring, terdiri:- Timin/ thymine (T)- Sitosin/ cytosine (C)- Urasil/ Uracyl (U) (pada RNA)

1. Purin dan pirimidin

2. Gula (Ribosa)

3. Fosfat

• Nukleotida tunggal

Nukleotida

STRUKTUR DNA

DNA mrpk suatu polinukleotida yang mengandung:• gula, pentosa: deoksiribosa• Pospat: molekul PO4-• Basa nitrogen:

– Pirimidin: Timin (T) dan sitosin/ cytosin (C)– Purin: Adenin (A) dan Guanin (G).

• Watson dan Crick (1953): DNA membentuk pita spiral dobel yg saling berpilin (Double helix); – pospat dan gula menjadi backbone dengan ikatan 3’

--> 5’ membentuk ester kovalen yg kuat, basa nitrogen berikatan dg gula.

– Pasangan dari pita 3’--> 5’ adalah pita 5’ --> 3’. Double helix akan stabil bila A -- T, G -- C

• Chargaff (1955), hidrolisis DNA >> A/T, G/C ~ 1

Struktur DNA rantai Tunggal

Pola pasangan (Base pairing) of G and C

Base pairing. The hydrogen bonds between the NH (blue) and O (red) are in green.

Pola pasangan (Base pairing) of A and T

Base pairing. The hydrogen bonds between the NH (blue) and O (red) are in green.

Struktur Double Helix (Watson - Crick):• mengandung dua rantai polinukleotida berpilin kanan

pada pusat aksis• Dua rantai tsb berorientasi anti parallel: 3’--5’

berpasangan 5’--3’• Basa nitrogen dari kedua rantai tersusun mendatar tegak

lurus aksis, berpasangan satu dg yg lain, terletak di dlm struktur DNA.

• Basa nitrogen berpasangan dg ikatan hidrogen: A = T, G = C.

• Setiap satu putaran helix sempurna sepanjang 34 A(3,4nm), masing2 rantai mengandung 10 basa.

• Di sepanjang aksis terjadi pergantian antara lekuk ‘major grooves’ yg lebih besar dan ‘minor grooves’ yang lebih kecil

• Diameter dari heliks adalah 20A (2nm)

STRUKTUR DNA

STRUKTUR RNA

• RNA mrpk rantai tunggal, lebih pendek dari DNA• Gula penyusunnya: Ribosa• Basa pirimidin: Urasil (U), >> A-U, G-S.• DNA tdp di dlm kromossm, RNA tergantung jenisnya:

– mRNA (RNA duta) tdp di dlm nukleus, sbg penerima informasi dari DNA (proses transkripsi)

– tRNA (RNA pemindah) tdp di dlm sitoplasma, pengikat asam amino yg aktif, membawanya ke ribosom. Tjd ‘translasi’ dari urutan basa pd mRNA ke urutan asam amino

– rRNA (RNA ribosom) tdp di dlm ribosom, berfungsi mensintesa protein dari asam amino

DNA dan RNA merupakan Materi Genetik

• Asam Deoksiribonukleat/ ADN (Deoxyribo Nucleic Acid/ DNA)

• Asam Ribonukleat / ARN (Ribonucleic Acid / RNA)

Betulkah DNA sebagai Materi Genetik?(Baca sendiri)

• 1. Percobaan transformasi pd bakteri Pneumococcus• Mula-mula dilakukan Griffith (1927) menggunakan:

Diplococcus pneumoniae• Morfologi koloni: Rough (Kasar), dan Smooth (halus), Serotipe:

IIR dan IIIS• Virulensi: Rough, avirulen; Smooth, virulen• Griffith menunjukkan:

– S mati + R hidup S hidup + R hidup– Terjadi transformasi materi dari S ke R.

• 2. Percobaan Avery, MacLeod dan McCarty.

• Pengulangan percobaan Griffith:• Menemukan bahwa:

– substansi yg menimbulkan perubahan pneumococcus adalah asam nukleat. Transformasi dari S ke R dapat terjadi dlm larutan asam nukleat saja.

• 2. Percobaan Avery, MacLeod dan McCarty.

• 3. Percobaan Hershey-Chase (1952)• Menggunakan virus bakteriofag T2 (fag T2)• DNA mengandung fosfor, ttp tidak mengandung

belerang; protein mengandung belerang, ttp tdk mengandung fosfor

• Melabel: – Protein fag T2 dengan radioaktif 35S – DNA dengan radioaktif fosfor 32P

• Fag T2 dg label 35S dicampur dengan sel E. coli + 10’, protein dpt dilepaskan dr sel tanpa mempengaruhi keturunan fag

• Fag T2 dg label 32P, seluruh RA tdp di dalam sel.• DNA masuk ke dlm sel host, sedang proteinnya

berada di luar sel• Keturunan virus dibentuk di dlm sel bakteri, informasi

genetik yg mempengaruhi pembentukan DNA dan protein tdpt dlm DNA.

Bukti tidak langsung bahwa DNA sbg materi genetik pada eukariot

• Distribusi DNA– Materi genetik ditemukan di tempat mereka

berfungsi, di dlm nukleus sbg bagian dr kromosom. DNA hanya ditemukan di tempat terjadinya fungsi genetik.

– Terjadi perbedaan jumlah DNA antara diploid dan haploid.• Organisme n (dlm pikogram) 2n (dal pikogram)• Manusia 3,25 7,30• Ayam 1,26 2,49• Ikan trout 2,67 5,79

Bukti langsung bahwa DNA sbg materi genetik pada eukariot

• DNA Rekombinan– Suatu potongan DNA eukariot disambungkan ke

dalam DNA bakteri, >> ekspresinya dimonitor, >> tjd protein asing yg dikodekan oleh DNA yang disambungkan.

RNA sebagai materi genetik

RNA yg dimurnikan dari virus ‘tobaco mosaic virus’ (TMV) di sebarkan pada daun tembakau >> infeksi virus >> RNA merupakan materi genetik virus ini.

REPLIKASI DNA

• Pembelahan sel selalu didahului oleh pembelahan inti --> tjd pembelahan kromosom (DNA).

• 3 model replikasi:– Semikonservatif (Watson-Crick): DNA lama membuka

scr enzimatis, disamping pita yg lama dibentuk pita DNA baru.

– Konservatif: DNA lama tetap (double helix tidak membuka), disamping DNA lama ini dibentuk DNA baru

– Dispersif: Molekul DNA putus menjadi beberapa bagian, setiap potongan dibentuk DNA baru. (paling kompleks, sulit diterima).

Semiconservative vs conservative model

• Replikasi DNA