Replikasi Gen Ekspresi genetik

9/23/2013
SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIK
Replikasi Gen
Ekspresi genetik
Pertemuan ke 4
– 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
SEJARAH PENEMUAN BAHAN GENETIK
Perubahan bentuk dinding sel
Streptococcuspneumonia
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
– 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
1
9/23/2013
Penelitian Avery, MacLeod, dan McCarty
REPLIKASI DNA
• Sebelum mekanisme replikasi DNA dapat
dibuktikan secara eksperimental oleh Mattew
Messelson dan ranklin Stahl pd thn 1958, ada
3 hipotesis yg berkembang mengenai replikasi
DNA :
• 1. SEMI KONSERVATIF
• 2. KONSERVATIF
• 3. DISPERSIF
A. Hershey dan M. Chase menggunakan P dan S radioisotop
membuktikan DNA adalah pembawa informasi genetik
SEMI KONSERVATIF:
• Setiap molekul untai ganda DNA anakan terdiri
atas satu untai tunggal DNA induk dan satu
untai tunggal DNA hasil sintesis baru.
KONSERVATIF :
• Molekul DNA untai ganda induk akan tetap
bergabung sedangkan kedua untaian DNA
anakan terdiri atas molekul hasil sintesis baru.
2
9/23/2013
DISPERSIF:
REPLIKASI
DNA
• 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.
Replikasi sederhana DNA
Hasil eksperimen Mattew Messelson dan ranklin
Stahl pd thn 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 secara semi
konservatif.
Proses replikasi sederhana molekul DNA
3
9/23/2013
REPLIKASI
DNA
KOMPONEN KOMPONEN PENTING
DALAM REPLIKASI DNA
1. DNA cetakan yaitu molekul DNA atau RNA yg akan
direplikasi
2. Molekul nukleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP, dan
dGTP. Nukleotida terdiri dari 3 komponen : basa
purin atau pirimidin, gula 5 deoksiribose, gugus
posfat.
3. Enzim DNA polimerase yi enzim utama yg
mengkatalisis proses polimerisasi nukleotida
menjadi untaian DNA.
4. Enzim primase, yi enzim yg mengkatalisis sintesis
primer utk memulai replikasi DNA
Lanjutan komponen penting dalam
replikasi DNA
PEMANJANGAN ASAM NUKLEAT
7. Enzim pembuka ikatan untaian DNA induk
yaitu enzim helikase dan enzim lain yg
membantu proses tsb yi enzim girase
8. Molekul protein yg menstabilkan untaian
DNA yg sudah terbuka yaitu protein SSB
(Single Strand Binding Protein).
9. Enzim DNA ligase yaitu enzim yg berfungsi
utk menyambung fragmen fragmen DNA
4
9/23/2013
EKSPRESI GENETIK
• Di dalam genom suatu jasad terdpt rangkaian
gen yg menyusun genotipe jasad tsb
• Genotip adl potensi potensi genetik yg dimiliki
oleh suatu jasad hidup yg jika diekspresikan
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.
TRANSKRIPSI dan translasi merupakan dua
proses berbeda yang saling berkaitan erat
dan sangat menentukan proses pemunculan
kemampuan kemampuan jasad hidup untuk
tumbuh dan berkembang.
Produk ekspresi genetik di dalam sel adalh
bermacam macam protein dan enzim yg
digunakan dalam proses metabolisme jasad
hidup.
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 adl proses penyalinan kode kode genetik yg
terdapat pada molekul DNA.
Proses translasi memerlukan molekul rRNA untuk
menyusun ribosom, serta molekul tRNA yg membawa
asam asam amino spesifik yang akan dirangkaikan
menjadi molekul protein.
TRANSKRIPSI
• Proses penyalinan kode kode genetik yg ada
pd urutan DNA menjadi molekul RNA.
• Urutan nukleotida pd salah satu untaian
molekul DNA akan digunakan sbg cetakan utk
sintesis molekul RNA yg komplementer
• Ada 3 molekul RNA yg disintesis :
mRNA , tRNA dan rRNA
5
9/23/2013
mRNA : RNA yg merupakan salinan kode kode genetik
pd DNA yg dalam proses selanjutnya (proses translasi)
akan diterjemahkan menjadi urutan asam asam amino
yg menyusun suatu polipeptide atau protein ttt.
tRNA : RNA yg berperan membawa asam amino
spesifik yg akan digabungkan dalam proses sintesis
protein (translasi).
rRNA adalh RNA yg digunakan utk menyusun ribosom
yaitu suatu partikel dalam sel yg digunakan sbg tempat
sintesis protein
Proses transkripsi dilakukan oleh enzim RNA
polimerase.
Komponen utama yg terlibat dlm proses
transkripsi :
1. urutan DNA yg akan ditranskripsi
2. enzim RNA polimerase
3. faktor faktor transkripsi
4. prekursor utk sintesis RNA.
MEKANISME TRANSKRIPSI
Ekspresi gen
F. Crick dan G.
Gamov (1957)
merumuskan
"central dogma“
cara kerja DNA
mengendalikan
messenger RNA
yang kemudian
mengendalikan
sintesis protein
– Pemindahan informasi genetik dari DNA ke RNA
– pita double helix DNA akan mencetak pita tunggal m RNA
(duta RNA/ dARN)
– sbg katalisator adl enzim RNA polimerase
– Pada eukariot: terdapat 3 RNA polimerase yaitu RNA
polimerase I (meyalin gen yg mengkode rRNA), RNA polimerase
II (menyalin semua gen pengkode protein), dan RNA polimerase
III (menyalin gen yang mengkode tRNA dan rRNA berukuran 5S)
– sintesa RNA dari arah 5’ ke 3’
– RNA yang selesai dicetak akan keluar dari inti sel menuju
ribosom pada sitoplasma
– Prekursor sintesis RNA: 4 macam ribonukleotida (5’
trifosfat ATP, GTP, CTP, dan UTP
6
9/23/2013
Organisasi genom pada sel Eukariot
• 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
• Gen kelas I: mengkode pembentukan r RNA, Gen kelas II:
mengkode pembentukan pembentukan protein,
Gen kelas III: mengkode pembentukan t RNA.
• Hanya gen yang mengkode pembentukan protein yang
transkripsinya menghasilkan m RNA, yang selanjutnya
akan ditranslasi menghasilkan protein. Gen kelas I dan III
tidak mengkode m RNA.
25
Proses Transkripsi DNA
Proses splicing dari pematangan
DNA
7
9/23/2013
MEKANISME TRANSLASI
–menempelnya mRNA pd ribosom 30 S
dan pembentukan poliribosom
–pengikatan asam amino oleh tRNA
–permulaan dari sintesa protein
–memanjangnya rantai polipeptida
TRANSLASI RNA pada Ribosome
m RNA membawa
kode genetik dari
copy DNA
t RNA membawa
asam-asam amino
spesifik yang akan
digabungkan
menjadi protein
r RNA menyusun
ribosom tempat
berlangsungnya
sintesis protein
8
9/23/2013
20 MACAM ASAM AMINO PENYUSUN PROTEIN
Macam Asam Amino
Alanine
Arginine
Asparagine
Asam aspartat
Cysteine
Glutamine
Asam Glutamat
Glycine
Histidine
Isoleucine
Leucine
Lysine
Methionine
Phenylalanine
Proline
Serine
Threonine
Tryptophan
Tyrosine
Valine
Kode
genetik
(Triplet
Codon)
• Contoh cDNA yang mengkode enzim alcohol dehyrogenase
and chitinase (untuk sifat ketahanan tanaman)
• Dalam tahap analisis ekspresi gen pada tanaman
Simbul 1 Huruf
Simbul 3R HurufN
A
R
N
D
C
Q
E
G
H
I
L
K
M
F
P
S
T
W
Y
V
Ala
Arg
Asn
Asp
Cys
Gln
Glu
Gly
His
Ile
Leu
Lys
Met
Phe
Pro
Ser
Thr
Trp
Tyr
Val
34
Regulasi GEN
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)
Proses sintesis protein pada sel prokariot
[email protected], Unimas Malaysia
9
9/23/2013
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 sd reaksi kompleks termasuk reaksi
metabolisme)
Sebagai pengatur 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
10