Dasar Mekanisme Genetika

BAHAN GENETIK
dan
EKSPRESI GEN
1
Bahan Genetik
Pada tahun 1869, Friedrich Miesher bahwa pada nukleus terdapat zat
yang mengandung fosfor yang sangat tinggi dan diberi nama nuklein.
Nama ini kemudian diubah menjadi asam nukleat.
Asam nukleat ini terdiri dari 2 tipe, yaitu asam deoksiribonuleat
(DNA) dan asam ribonukleat (RNA)
2
Molekul DNA/RNA
1. DNA/RNA tersusun dari subunit-subunit yang disebut nucleotida.
2. Masing-masing nucleotida tersusun atas gula pentosa, asam fosfat
dan basa nitrogen.
3. Ada 4 macam basa nitrogen penyusun DNA/RNA:
Adenine - A (purine)
Cytosine - C (pyrimidine)
Guanine - G (purine)
Thymine - T (pyrimidine), yang pada RNA digantikan Uracil (U)
Pada makhluk prokaryotik dan eukariotik selain dijumpai DNA juga
didapatkan asam nukleat yang lain yaitu asam ribonukleat (RNA).
Pada virus (misalnya virus mozaik tembakau) tidak memiliki DNA dan
hanya memiliki RNA.
3
Basa Penyusun DNA/RNA
4
Aturan CHARGAFF
Jumlah basa purine sebanding dengan jumlah basa pyrimidine
(A+G) = (C+T)
Jumlah basa adenine sebanding dengan jumlah basa thymine
A = T
Jumlah basa guanine sebanding dengan jumlah basa cytosine
G = C
CHARGAFF`s Ratios atau CHARGAFF`s Rule
Contoh:
Diketahui bahwa kandungan Adenin dari molekul DNA suatu makhluk
hidup adalah 20%, maka:
A = T (A = 20% ; T = 20%)
A + T = 40%
C + G = 100% - 40% = 60%,
sehingga kandungan C = 30% dan G = 30%
5
Struktur DNA dan RNA
6
Double Helix DNA
Basa-basa pada struktur DNA tersebut saling
berikatan karena adanya ikatan hidrogen.
Jarak antara satu basa dengan basa
berikutnya adalah 3,4 Angstrom (1 A = 0,1 nm),
sehingga jarak 10 basa adalah 34 A. Adapun
garis tengah DNA adalah 20 A.
7
Lokasi dan Fungsi DNA
DNA umumnya terdapat pada inti dan terletak pada kromosom,
namun demikian DNA dapat pula dijumpai pada mitokondria
(tumbuhan dan hewan) dan kloroplas (tumbuhan).
Adapun fungsi DNA adalah memberi informasi genetik, sehingga
segala perintah yang ada hubungannya dengan sifat keturunan
dilakukan oleh DNA.
8
RNA dan macamnya
1.
messengerRNA atau mRNA:
Terdapat di dalam nukleus;
transkripsi; membawa informasi
genetik keluar nukleus.
2.
transferRNA atau tRNA:
Terdapat di dalam sitoplasma;
menterjemahkan
informasi
genetik dari
m-RNA pada
proses
translasi
yang
berlangsung di ribosom.
3.
ribosomalRNA atau rRNA:
Terdapat di ribosom; berperan
dalam proses sintesis protein,
yaitu menyusun unit kecil dan
unit besar ribosom dan berperan pada proses translasi.
9
Kode Genetik
Suatu aturan yang menetapkan bahwa pada sintesis
protein suatu triplet nukleotida akan mengkode
asam amino tertentu.
10
RUMUS : 4n
4 menunjukkan empat macam basa nitrogen (A, G, C, U)
n menunjukkan banyaknya nukleotida yang menyusun kodon
Diketahui ada 20 macam asam amino, maka:
• Jika sebuah kodon terdiri dari satu nukleotida (KODE SINGLET),
maka hanya akan mengkode 4 asam amino
• Jika sebuah kodon terdiri dari dua nukleotida (KODE DUPLET),
maka hanya akan mengkode 16 asam amino
• Jika sebuah kodon terdiri dari tiga nukleotida (KODE TRIPLET),
maka akan terdapat 64 kodon.
Dengan demikian ada beberapa macam asam amino yang dikode oleh
beberapa kodon.
11
Degenerasi dalam Kode Genetik
Suatu keadaan yang memperlihatkan bahwa satu asam amino
dikode oleh lebih dari satu kodon disebut degenerasi.
Degenerasi dalam kode genetik ini tidak secara acak melainkan
ada aturan tertentu.
Biasanya beberapa kodon yang mengkode sebuah asam amino
berbeda oleh hanya satu basa yaitu basa ketiga dari kodon.
Seluruh asam amino (kecuali metionin dan triptofan) dikode
lebih dari satu kodon.
Tiga asam amino, yaitu leusin, serin, dan arginin masing-masing
dikode oleh 6 kodon yang berlainan.
12
Genetic code
Third letter
First letter
Second letter
13
Start Codon dan Stop Codon
Adapun kodon AUG berfungsi sebagai inisiator, sehingga disebut
kodon inisiator atau START CODON.
Tiga macam kodon yaitu UAA, UAG, dan UGA disebut kodon
terminator atau STOP CODON, karena berfungsi untuk
mengakhiri suatu proses sintesa protein. Ketiga kodon tersebut
juga disebut kodon nonsense, karena tidak mengkode satu asam
aminopun.
14
Central Dogma
The following diagram displays the flow of genetic information from DNA to the
protein. This can be interpreted in genetic terms by saying that information
contained in genes (DNA) is eventually expressed as the phenotype (protein).
15
Ekspresi gen
16
Hipotesa Garrod; Beadle & Tatum

Archibald E. Garrod
- Hipotesa sebuah gen
sebuah enzim
- Hipotesa sebuah gen mutan
metabolisme

sebuah blok
G.W. Beadle and E.L. Tatum
- Hipotesa sebuah gen
sebuah polipeptida
(protein fungsional + protein struktural)
17
Ekspresi Gen
18
Sintesis Protein
Sintesis protein merupakan transfer informasi genetik dari DNA
ke RNA dan selanjutnya dari RNA ke protein
Dibagi menjadi dua tahap yaitu:
proses transkripsi : merupakan proses penerimaan informasi
genetik oleh m-RNA dari DNA
proses translasi
: merupakan proses penterjemahan informasi
genetik dari m-RNA.
19
Transkripsi
Proses transkripsi berlangsung di dalam inti sel.
Proses ini dimulai dengan membukanya pita berpilin ganda DNA
dengan bantuan enzim RNA polymerase.
Setelah sebagian pita berpilin ganda DNA membuka, maka mRNA dibentuk sepanjang salah satu pita DNA tersebut.
Pita DNA ini mempunyai urutan 3’- ……………-5’ (pita sense).
Basa pada m-RNA ini komplementer dengan basa yang menyusun
pita DNA tersebut.
20
Apabila basa pada pita DNA tersebut adalah
3’-GCTCGACTAA-5’, maka akan dicetak ke m-RNA menjadi
5’-CGAGCUGAUU-3’.
Pada keadaan ini m-RNA dikatakan telah menerima informasi
genetik dari DNA.
Messenger-RNA (m-RNA) yang telah menerima informasi
genetik dari DNA kemudian meninggalkan inti sel melalui poripori dari membran inti dan menuju ke ribosom untuk proses
translasi.
21
Translasi
Proses ini berlangsung di dalam sitoplasma.
Pada proses ini untuk dapat menterjemahkan m-RNA menjadi asam
amino diperlukan t-RNA yang mampu membaca kode-kode genetik
dalam m-RNA.
22
Dalam hal ini t-RNA memiliki urutan tiga nukleotida spesifik yang disebut
antikodon yang mampu berpasangan secara komplementer dengan kodon-kodon
yang ada pada m-RNA.
Dengan perantaraan antikodon ini molekul t-RNA yang membawa asam
amino spesifik akan membaca urutan kodon yang ada pada m-RNA.
23
Elongation
Then the second AA-tRNA arrives in
the Aminoacyl site (acceptor site),
and binds to the complex.
The reaction between the first amino
acid and the second one leads to the
formation of a peptide bond. A
molecule of water is released (it is a
condensation reaction).
Selanjutnya secara berturut-turut t-RNA spesifik asam amino yang
berikatan dengan kodon-kodon m-RNA akan melepaskan asam-asam amino
yang dibawanya.
24
Proses ini terjadi secara berkesinambungan sampai terbentuk suatu rantai
polipeptida tertentu yang terdiri dari asam-asam amino dengan urutan
tertentu.
The second tRNA has now moved
into place and the now free tRNA
has been released.
The third AA (R)-tRNA can then bind
to the mRNA / ribosome complex, and
a new peptide bond is formed.
25
Polipeptida yang terbentuk dapat berupa protein fungsional atau
protein struktural.
This step is a repeat, to show that once the process starts, it is fast, and repetitive.
26
Termination
Termination of the polypeptide occurs when the ribosome
reaches a Stop Codon.
Chain termination leads to the release of a polypeptide, and
tRNA, and the dissociation of the ribosome into 30S and 50S
subunits.
Stop codons are triplets which are not recognized by any tRNA
(UAA, UAG, UGA), but by two proteins: the releasing factors
(R), (R1 recognizes UAG and UAA, R2 recognizes UAA and UGA).
27