2. Sel dan DNA

Pengertian
SEL
JARINGAN
ORGAN
individu
Sel (cella) – Robert Hooke : suatu ruangan kecil yang
dibatasi oleh membran, yang didalamnya terdapat cairan
(protoplasma)
 Sel: satuan terkecil makhluk hidup yang dapat melaksanakan kehidupan.
a. Secara struktural- merupakan unit terkecil penyusun
makhluk hidup
b. Secara fungsional- menjalankan fungsi kehidupan
kemudian membentuk organisme
c. Mengandung materi genetik- materi penentu sifat2
makhluk hidup shg dapat diwariskan kepada
keturunannya

Karakteristik Sel
Teori Sel
1.
2.
3.
4.
Sel merupakan kesatuan struktural makhluk
hidup, semua makhluk hidup tersusun atas sel.
Sel merupakan kesatuan fungsional makhluk
hidup. Sel mengatur fungsi2 pada makhluk
hidup
Sel adalah kesatuan pertumbuhan dari
makhluk hidup. Rudolf virchow “omne cellulae
a cellulae”
Sel merupakan kesatuan hereditas (sifat
menurun) makhluk hidup. Sel mengandung
sifat keturunan (genetik) yang diwariskan
kepada keturunannya.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Sel sangat kompleks namun teratur
Sel memiliki program genetik dan memiliki cara untuk
menggunakannya
Sel mampu memperbanyak diri
Sel membutuhkan, memperoleh dan menggunakan
energi
Sel melakukan berbagai reaksi kimiawi
Sel terlibat dalam berbagai aktivitas mekanis
Sel mampu merespon terhadap berbagai rangsang
Sel mampu mengatur diri
1
Struktur sel prokariot pada bakteri
STRUKTUR SEL
EUKARIOT : SEL
TANAMAN central vacuole
Golgi body
DNA kromosom
bakteri
vesicle
rough endoplasm
reticulum (rough ER)
DNA
plasmid
microfilaments
(components of
cytoskeleton)
ribosomes (attached to
rough ER)
ribosomes (free in
cytoplasm)
smooth endoplasmic
reticulum
(smooth ER)
DNA
mitochondrion
chloroplast
Bakteri
Agrobacterium
tumefaciens
kapsul
flagella
pili
Membran
plasma
Dinding
sel
Ribosom dlm
sitoplasma
sitoplasma
Molekul Coat
Protein (CP) pada
TMV, penting
untuk rekayasa
tanaman
nucleolus
nuclear envelope
microtubules
(components of
cytoplasm)
NUCLEUS
plasma membrane
cell wall
Fig. 4.8a, p. 59
5
SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIK
Tobacco Mosaic Virus
(TMV): Virus RNA
1. RNA, 2. molekul protein CP
(kapsomer), 3. Kapsid (pelindung
protein)
DNA + nucleoplasm
Saat virus menginfeksi
sel, virus menempel
pada sel, asam nukleat
masuk ke dalam sel,
kapsid tetap di luar sel
– 1882, Walther Flemming menemukan kromosom adalah
bagian dari sel yang ditemukan 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 bahwa sinar X dapat
menginduksi mutasi
– 1928, Fred Griffith menemukan perubahan bentuk dinding
sel Streptococcus pneumoniae
7
2
SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIK
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 and
galur S yang dimatikan melalui
pemanasan
Tikus mati dan ditemukan hanya
mengandung bakteri galur S
Penelitian Avery, MacLeod, dan McCarty
– 1935, Andrei Nikolaevitch Belozersky 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 menemukan bahwa DNA adalah bahan
yang menyebabkan perubahan bentuk dinding sel
Streptococcus pneumoniae
A. Hershey dan M. Chase menggunakan P dan S
radioisotop
membuktikan DNA adalah pembawa informasi genetik
3
Apa DNA (asam deoksiribonukleat)
Struktur DNA

• Merupakan persenyawaan kimia yg plg
penting pada mahluk hidup , yg membawa
keterangan genetik dari sel khususnya atau
dari mahluk dalam keseluruhannya dari satu
generasi ke generasi berikutnya.
• DNA penting digunakan dlm ilmu sitologi,
genetika,biomol, biologi perkembangan,
biokimia dan evolusi.
Watson dan Crick (1953)
Dengan dukungan data difraksi
sinar-X dari Rosalind Franklin dan
Maurice Wilkins
Dengan dukungan data analisis
kimia basa nitrogen dari Erwin
Chargaff
Memformulasikan struktur DNA
adalah benang ganda anti
paralel, berbentuk heliks
yang saling berkomplemen
Mengelompokkan basa DNA
menjadi purin dan pirimidin
Memformulasikan model replikasi
DNA

Model double heliks DNA J. Watson & F. Crick
berdasar:
1. Penemuan struktur asam nuklet (Pauling dan Corey)
2. Pola difraksi DNA (single-crystal X-ray analysis (Wilkins
& Franklin)
3. Pola perbandingan jumlah A-T, G-C (1 : 1) – Chargaff
Hukum Ekuivalen Chargaff
a. Jumlah PURIN = PIRIMIDIN
b. Banyaknya ADENIN = TIMIN, jumlah GLISIN =
SITOSIN
DNA terbentuk dari 4 tipe nukleotida (ATGC) yang
berikatan secara kovalen
SUSUNAN KIMIA DNA
DNA merupakan susunan makromolekuler
(polimer) yang komplek, terdiri 3 macam
molekul :
• 1. GULA PENTOSA
• 2. ASAM PHOSPHAT
• 3. BASA NITROGEN
- Pirimidin = Sitosin (S) dan Timin (T)
- Purin = Adenin (A) dan Guanin (G)
4
MONOMER PENYUSUN MOLEKUL DNA
(deoxyribonucleic acid)
Basa
N
Gula
ribosa
Fosfat
STRUKTUR KIMIA NUKLEOTIDA PENYUSUN ASAM NUKLEAT
DITEMUKAN OLEH ALBERT KOSSEL (1879)
Pasangan Basa A-T dan G-C
Struktur dsDNA secara skematik dari gula phosphat sebagai tulang punggung dari basa nukleotida
5

Untuk memaksimumkan
pengemasan pasangan
basa, kedua untaian
DNA berpilin membentuk
double heliks, dengan
satu putaran
komplementer setiap 10
pasang basa
Jarak antara basa nukleotida dan lekukan minor dan major dari molekul dsDNA
Bentuk skematik double heliks DNA
Organisasi DNA di
dalam sel
Ukuran Molekul DNA pada beberapa jasad hidup
Jasad
hidup/
plasmid
(pico-gram)
Pasangan
basa (kbp)
Panjang
(um)
E. coli
0,004
4.700
1.250
9
2
10-3
Plasmid Col E1
0,009x
Saccharomyces
(n=16)
0,014
12.057
4.172
Ayam (n=16)
1,260
1,3x 106
400x 10-3
Manusia (n=23)
3,25
3,3x 106
1x 106
Jagung (n=10)
8,40
8,4x 106
2,5x 106
Keterangan: 1 pico-g=10 -12 gram, kbp= kilo base pairs= 1000 pasangan basa, n= jumlah
Lagiman
kromosom pada keadaan haploid, 1 u=
10 -3 mm



F. Misher – bahan yang ada di dalam
nukleus (nuclein)
Kromosom
atau DNA???
Kromosom:struktur kumpulan untaian
ganda molekul DNA yang dikemas dalam
bentuk tertentu yang kompak.
Dalam inti sel eukariot, kromosom
nampak saat sel mulai membelah. Sel
umumnya mempunyai kromosom diploid.
23
6
Kromosom
Skema
kromosom
Gen dalam kromosom
Struktur kromosom yang
mengemas molekul DNA
pada inti sel terlihat jelas
saat metafase pada
pembelahan sel.
Genom: satu kesatuan gen yg secara alami
dimiliki oleh satu sel / virus atau satu kesatuan
kromosom jasad eukariot pada fase haploid
DNA di luar kromosom: plasmid, DNA
mitokondria, DNA kloroplas
Gen: unit molekul DNA (DeoxyRibonucleic Acid) atau
RNA (RiboNucleic Acid) dengan panjang tertentu
yang membawa informasi urutan asam amino suatu
protein atau informasi suatu RNA
KODE GENETIK.
DNA adl bahan genetik yang membawa informasi genetik
dari sel ke sel dan dari satu generasi ke generasi
berikutnya.



Gen tersusun atas daerah urutan basa nukleotida yang mengkode
informasi genetik (coding gene region= exon) dan daerah tidak
mengkode informasi genetik (non-coding gene region = intron).
Molekul DNA membawa informasi hereditas dari sel dan komponen
protein (molekul2 histon) dari kromosom mempunyai fungsi penting
dalam pengemasan dan pengontrolan molekul DNA yang sangat
panjang sehingga dapat muat di dalam nukleus dan mudah diakses
ketika dibutuhkan
Selama reproduksi, jumlah kromosom haploid, dan material genetik
hanya separoh dari masing2 parental (GENOM)
Bagaimana informasi genetik tsb terdapat di dlm molekul
DNA ??? Apakah dlm btk kode ?
Bagaimana kode yang tersusun dalam sebuah untaian
molekul DNA yang terdiri dari asam phosphat, gula
deoksiribosa dan basa nitrogen? Asam fosfat dan gula
deoksiribosa selalu sama, tetapi basa nitrogennya (ATGC)
selalu berbeda beda
7


Contoh cDNA yang mengkode enzim alcohol
dehyrogenase dan chitinase (untuk sifat ketahanan
tanaman)
Dalam tahap analisis ekspresi gen pada tanaman
[email protected], Unimas Malaysia
Organisasi genom pada virus dan
sel Prokariot (bakteri)
Genom pada Virus
Genom pada bakteri
•DNA untaian tunggal
•DNA untaian ganda
•RNA untaian tunggal
•RNA untaian ganda
•Struktur linear
•Struktur lingkar (circuler)
•Kromosom terdiri atas 1
unit molekul DNA untaian
ganda (double stranded)
dengan struktur lingkar
•Terdapat plasmid sebagai
bahan genetik tambahan,
berupa DNA untaian
ganda struktur lingkar
dengan ukuran kecil
Organisasi genom pada sel Eukariot
31
• Pada sel jamur, tanaman, hewan
• Organisasi genom: promoter, coding region,
terminator. Coding region: intron, dan exon
• Intron: tidak ada terjemahannya ke protein
• Exon: ada terjemahannya ke protein
• Struktur DNA untaian ganda linear dengan
ukuran jauh lbh besar dari prokariot dikemas
dalam kromosom
• Gen kelas I: mengkode pembentukan r RNA,
Gen kelas II: mengkode pembentukan m RNA,
Gen kelas III: mengkode pembentukan t RNA
32
8
Struktur RNA
merupakan hasil
transkripsi DNA
9