Perubahan Genetik, Replikasi DNA, dan Ekspresi

BIOTEKNOLOGI
Perubahan
Genetik, Replikasi
DNA, dan Ekspresi
Gen
BAB 3&4
Sekilas tentang Gen dan Kromosom
• 1882, Walther Flemming menemukan kromosom adalah bagian dari sel yang ditemukan oleh
Mendel
• 1887, Edouard-Joseph-Louis-Marie van Beneden, menemukan bahwa suatu jasad memiliki
jumlah kromosom tertentu
• 1902, Walter Stanborough Sutton menyatakan bahwa kromosom berpasangan
• 1910, Thomas Hunt Morgan menemukan bahwa bahan pembawa sifat adalah gen yang
berada di dalam kromosom
• 1926, Hermann Muller menemukan baha sinar X dapat menginduksi mutasi
• 1928, Fred Griffith menemukan perubahan bentuk dinding sel Streptococcus pneumoniae
BAB 3&4
Perubahan Bentuk Dinding Sel Streptococcus
Pneumonia
• Penelitian Fred Griffith
Dua galur :
Smooth (S) – virulent (gel coat)
Rough (R) - Kurang Virulen
• Tikus disuntik dengan galur R dan galur S yang
dimatikan melalui pemanasan
• Tikus mati dan ditemukan hanya mengandung
bakteri galur S
BAB 3&4
• 1935, Adrei Nikolaevitch Balozersky
berhasil mengisolasi DNA murni
• 1941, George Beadle dan Edward
Tatum menemukan hubungan
mutasi dengan kerusakan proses
biokimia sel
• 1944, Oswald Theodore Avery, Colin
Macleod dan Maclyn McCarty yang
melanjutkan pekerjaan Griffith
menenmukan bahwa DNA adalah
bahan yang menyebabkan
perubahan bentuk dinding sel
Streptococcus pneumoniae
BAB 3&4
Pembuktian DNA adalah pembawa informasi
genetik
A. Hershey dan M.Chase menggunakan P dan S radioisotop untuk membuktikan bahwa DNA adalah
pembawa informasi genetik
Replikasi DNA
BAB 3&4
Sebelum mekanisme replikasi Dna
dapat dibuktikan secara eksperimental
oleh Mattew Messelson dan Ranklin
Stahl pada tahun 1958. ada 3 hipotesis
yang berkembang mengenai replikasi
DNA
1.
2.
3.
Semi Konservatif
Konservatif
Dispersif
BAB 3&4
1.
Replikasi DNA
Semi Konservatif
Setiap molekul untai ganda DNA anakan
terdiri dari satu untai tunggal DNA induk
dan satu untai tunggal DNA hasil sintesis
baru
BAB 3&4
2.
Replikasi DNA
Konservatif
Molekul DNA untai ganda induk akan tetap
bergabung sedangkan untai DNA anakan
terdiri atas molekul hasil sintesis baru
BAB 3&4
3.
Replikasi DNA
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
BAB 3&4
• Hasil eksperimen Mattew
Messelson dan Ranklin Stahl
pada tahun 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 semi
konservatif
Replikasi DNA
BAB 3&4
Replikasi DNA
BAB 3&4
Komponen Penting dalam Replikasi DNA
1.
DNA cetakan yaitu molekul DNA atau RNA yang
akan direplikasi
2.
Molekul nukleotida yaitu dATP, dTTP, dCTP dan
dGTP.
3.
Nukleotida terdiri atas 3 komponen : basa purin
atau pirimidin, gula deoksiribosa dan gugus fosfat
4.
Enzim DNA polimerase, enzim utama yang
mengkatalisis proses polimerasi nukleotida
menjadi untaian DNA
5.
Enzim primase, enzim yang mengatalisis sintesis
primer untuk memulai replikasi DNA
BAB 3&4
Komponen Penting dalam Replikasi DNA
6.
Enzim pembuka ikatan untaian DNA
induk yaitu enzim helikase dan enzim
lain yang membantu proses tersebut
yaitu enzim girase
7.
Molekul protein yang menstabilkan
untaian DNA yang sudah terbuka yaitu
protein SSB (Single Strand Binding
Protein)
8.
Enzim DNA ligase yaitu enzim yang
berfungsi untuk menyambung fragmenfragmen DNA
BAB 3&4
•
•
•
Ekspresi Genetik
Didalam genom suatu jasad terdapat
rangkaian gen yang menyusun genotipe
jasad tersebut
Genotip adalah potensi-potensi genetik
yang dimiliki oleh suatu jasad hidup yang
jika di ekspresikan 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.
BAB 3&4
•
•
•
•
Ekspresi Genetik
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 adalah proses penyalinan
kode genetik yang terdapat pada
molekul DNA
Proses translasi memerlukan molekul
rRNA untuk penyusun ribosom, serta
molekul tRNA yang membawa asam
amino spesifik yang akan dirangkaikan
menjadi molekul protein
BAB 3&4
•
•
Transkiripsi dan Translasi
Transkripsi dan translasi merupakan dua
proses berbeda yang saling berkaitan
erat dan sangat menentukan proses
pemunculan kemampuan jasad hidup
untuk tumbuh dan berkembang
Produk ekspresi genetik di dalam sel
adalah bermacam macam protein dan
enzim yang digunakan dalam proses
metabolisme jasad hidup
Transkiripsi
BAB 3&4
•
•
•
Proses penyalinan kode genetik yang ada
pada urutan DNA menjadi molekul RNA
Urutan nukleotida pada salah satu
untaian molekul DNA akan digunakan
sebagai cetakan untuk sintesis molekul
RNA yang komplementer
Ada 3 molekul RNA yang disintesis :
1. mRNA
2. tRNA
3. rRNA
Transkiripsi
BAB 3&4
•
•
•
Proses penyalinan kode genetik yang ada
pada urutan DNA menjadi molekul RNA
Urutan nukleotida pada salah satu
untaian molekul DNA akan digunakan
sebagai cetakan untuk sintesis molekul
RNA yang komplementer
Ada 3 molekul RNA yang disintesis :
1. mRNA
2. tRNA
3. rRNA
BAB 3&4
Transkiripsi - mRNA
1.
mRNA
RNA yang merupakan salinan kode
genetik pada DNA yang didalam proses
selanjutnya (proses translasi) akan
diterjemahkan menjadi urutan asam
amino yang menyusun suatu polipeptide
atau protein ttt
2.
tRNA
RNA yang berperan membawa asam
amino spesifik yang akan digabungkan
dalam proses sintesis protein (translasi)
3.
rRNA
RNA yang diguanakan untuk menyusun
ribosom yaitu suatu partikel dalam sel
yang digunakans ebagai tempat sintesis
protein
BAB 3&4
Transkiripsi - mRNA
• Proses transkripsi dilakukan oleh enzim
RNA polimerase
• Komponen utama yang terlibat dalam
proses transkripsi :
1. Urutan DNA yang akan ditranskripsi
2. Enzim RNA polimerase
3. Faktor – faktor transkripsi
4. Prekusor untuk sintesis RNA
BAB 3&4
Transkiripsi - Mekanisme
• Pemindahan informasi genetik dari DNA
ke RNA
• Pita double helix DNA akan mencetak pita
tunggal m RNA
• Sebagai katalisator adalah enzim RNA
polimerase
• Sinesa RNA dari arah 5’ ke 3’
• RNA yang selesai dicetak akan keluar dari
inti sel menuju ribosom pada sitoplasma
BAB 3&4
Traslasi - Mekanisme
• Menempelnya mRNA pada ribosom dan
pembenukan poliribosom
• Pengikatan asam amino oleh tRNA
• Permulaan dari sintesa protein
• Memanjangnya rantai polipeptida
BAB 3&4
Traslasi – RNA pada ribosom
• m RNA membawa copy genetik dari copy
DNA
• T RNA membawa asam amino spesifik
yang digabungkan menjadi protein
• R RNA menyusun ribosom tempat
berlangsungnya sintesis protein
BAB 3&4
Kode Genetik (triplet kodon) Universal
BAB 3&4
20 macam asam amino penyusun protein
BAB 3&4
Contoh DNA yang mengkode enzim alcohol dehyrogenase
dan chitinase (untuk sifat ketahanan tanaman
BAB 3&4
• 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)
• Pada gambar merupakan contoh proses
sintesis protein pada sel prokariot
Regulasi Gen
BAB 3&4
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 sampai komplek
termasuk reaksi metabolisme)
• Sebagai pengantur 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