ASAM NUKLEAT, PROTEIN DAN ALIRAN INFORMASI GENETIK Kuliah III – Bioteknologi Farmasi Dosen : Rosario Trijuliamos Manalu, M.Si SEJARAH PENEMUAN ASAM NUKLEAT – 1869, Friedrich Miescher mengisolasi suatu zat yang saat itu belum diketahui dari nukleus sel nanah, yang kemudian disebut sebagai nuklein. – 1879, Albrecht Kossel menemukan asam nukleat yang tersusun oleh suatu gugus gula, gugus fosfat, dan gugus basa – 1951, James Watson, Francis Crick, dan Maurice Wilkins menemukan model DNA dan memperoleh hadiah nobel ASAM NUKLEAT Asam nukleat merupakan suatu polimer nukleotida yg berperan dlm penyimpanan serta pemindahan informasi genetik yang berhubungan dengan pewarisan sifat turunan. Terdapat dua macam asam nukleat penting yaitu 1. asam deoksiribonukleotida (DNA) 2. asam ribonukleotida (RNA). Baik DNA maupun RNA berupa anion dan pada umumnya terikat oleh protein yang mempunyai sifat basa, senyawa gabungan ini disebut dengan nukleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan suatu polimer seperti protein tetapi monomernya bukan asam amino melainkan nukleotida. Nukleotida Asam nukleat dibentuk dari nukleotida yang memiliki suatu gula, basa nitrogen, dan fosfat. Base PO4 Sugar Nukleosida Dua macam basa Purin Adenine A Guanine G Pyrimidines Cytosine Thymine T Uracil DNA RNA DNA RNA C DNA RNA DNA U RNA BASA NITROGEN •Basa nitrogen berikatan pada atom karbon nomor1' dari gula ribosa atau deoksiribosa. •Pirimidin berikatan ke gula ribosa pada atom N-1 dari struktur cincinnya. •Purin berikatan ke gula ribosa pada atom N-9 dari struktur cincinnya. BASA-BASA DALAM ASAM NUKLEAT GULA RIBOSA • Gula pada asam nukleat adalah ribosa. • Ribosa (b-Dfuranosa) adalah gula pentosa (jumlah karbon 5). 5 4 1 3 2 STRUKTUR NUKLEOTIDA Nukleotida terdiri dari: Gula pentosa Pada DNA gula ini adalah deoksiribosa (2-deoksi-DRibosa). Pada RNA gula ribosa. Sebuah Fosfat group fosfat ini menghubungkan gula pada satu nukleotida ke fosfat pada nukleotida berikutnya untuk membentuk polinukleotida Basa nitrogen DNA : Timin (T) Adenine (A) Sitosin (C) Guanin (G) RNA : Urasil (U) Adenin (A) Sitosin (C) Guanin (G) Nukleotida fosfat Basa nitrogen Gula pentosa Baik DNA maupun RNA merupakan polinukleotida, yaitu polimer yang mengandung nukleotida sebagai sub unit-sub unit yang berulang POLINUKLEOTIDA Nukleotida-nukleotida bergabung satu sama lain melalui ikatan fosfodiester antara posisi 3’C dari satu nukleotida dengan posisi 5’C dari nukleotida sambungannya. Ikatan ini terbentuk berulang kali sehingga membentuk struktur besar (rantai atau untai) yang mengandung ratusan sampai jutaan nukleotida dalam satu molekul raksasa. A T C G T A C G A T G C T A DNA Adalah suatu molekul rangkap dimana dua rantai polinukleotida saling bertautan satu sama lain melalui pasangan basa tertentu. STRUKTUR DNA • DNA terdiri atas dua rangkaian heliks antiparalel (paralel berlawanan arah) yang melilit ke kanan suatu poros. • Kerangka yang berselang-seling antara gugus deoksiribosa dan fosfat terletak di bagian luar. • Ikatan hidrogen antara basa purin dan pirimidin terletak di bagian dalam. • Basa penyusun suatu benang DNA yang antiparallel tidak sama melainkan bersifat komplemen terhadap benang pasangannya. H H H C Timin C H H O H C C N C N H C C C C N N Adenin N C O H N N H H N H Sitosin C H H C N C N C N O N C H N C C C H C H N O H N Guanin RNA RNA terdiri dari rantai poliribonukleotida dengan susunan basa A, G, U, S. RNA ditemukan dalam inti sel dan sitoplasma sel. Terdapat tiga jenis RNA yaitu RNA transfer (t-RNA), RNA ribosom (r-RNA), dan RNA kurir (m-RNA),. Ketiganya berperan dalam pengiriman informasi genetik dari DNA ke protein. DNA vs RNA Gula: deoksiribosa Gula: ribosa Basa: AGCT Basa: AGCU Untai ganda Untai tunggal Prokariot: sitoplasma Prokariot: sitoplasma Eukariot: inti Eukariot: inti dan sitoplasma Penyimpan informasi Hasil transkripsi PERANAN ASAM NUKLEAT • • • • • DNA mengandung gen, informasi yang mengatur sintesis protein dan RNA. DNA mengandung bagian-bagian yang menentukan pengaturan ekspresi gen (promoter, operator, dll.) Ribosomal RNA (rRNA) merupakan komponen dari ribosom, mesin biologis pembuat protein Messenger RNAs (mRNA) merupakan bahan pembawa informasi genetik dari gen ke ribosom Transfer RNAs (tRNAs) merupakan bahan yang menterjemahkan informasi dalam mRNA menjadi urutan asam amino 1) Berikut merupakan penyusun struktur asam nukleat 1. 2. 3. 4. 5. Heliks ganda Rantai tunggal Basa N: Adenin, urasil, guanin dan sitosin Basa N: Adenin, timin, guanin dan sitosin Tersusun atas senyawa fosfat, gula deoksiribosa dan basa nitrogen Susunan rangkaian DNA terdiri atas.. A. 1), 2) dan 3) D. 1), 4) dan 5) B. 1), 2) dan 4) E. 2), 3) dan 5) C. 1), 3) dan 4) 2. Gambar berikut nukleotida : ini merupakan satu molekul Secara berurutan 1,2, dan 3 dari rangkaian tersebut adalah … A. gula pentosa – fosfat – basa nitrogen B. fosfat – basa nitrogen – gula pentosa C. fosfat – gula pentosa – basa nitrogen D. basa nitrogen – gula pentosa – basa nitrogen E. gula pentosa – basa nitrogen – fosfat B e r s a m b u n g ... MACAM RNA mRNA (messenger RNA): membawa kode genetik dari inti ke ribosom (sebagai tempat sintesa protein), kode terdiri 3 nukleotida yang disebut Kodon tRNA (transfer RNA): membawa bahan sintesa protein dari sitoplasma ke ribosom, sesuai kode yang dibawa mRNA, kode dalam rRNA disebut: Antikodon rRNA (ribosomal RNA): tempat sintesa protein Apa itu Protein? Molekul berukuran besar Tersusun dari rantai asam amino Ditemukan pada setiap sel dalam tubuh Terlibat dalam hampir semua proses dan fungsi fisiologis tubuh Sekuen / urutan asam amino ditentukan oleh DNA © 2010 Pearson Education, Inc. Struktur Protein Tersusun dari rantai asam amino; diklasifikasikan berdasarkan urutan asam amino pada rantainya • Peptida: <50 asam amino - Dipeptida: 2 asam amino - Tripeptida: 3 asam amino - Polypeptida: >10 asam amino • Protein: >50 asam amino - umumnya 100 -10,000 asam amino Rantainya disusun oleh DNA spesifik Asam Amino terdiri dari karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen © 2010 Pearson Education, Inc. Perbedaan Struktural Antara Karbohidrat, Lipid, dan Protein Structur Protein Anatomi Asam Amino Ikatan Peptida Asam Amino Dibentuk saat gugus asam (COOH) dari salah satu asam amino bergabung dg gugus amino (NH2) pada asam amino kedua Dibentuk melalui proses kondensasi (pengembunan) Terurai melalui hidrolisis © 2010 Pearson Education, Inc. Reaksi Kondensasi dan Hidrolisis Figure 6.3 Essensial, Nonessensial, dan Kondisional Essensial – harus dikonsumsi dalam makanan Nonessensial – dapat disintesis dalam tubuh Conditionally essential – tidak dapat disintesis dalam keadaan sakit atau kekurangan prekursor • Bayi prematur memiliki jumlah enzim yang terbatas untuk membentuk arginin © 2010 Pearson Education, Inc. Asam nukleat vs Protein Nukleotida Polaritas 5’ – 3’ Ikatan fosfodiester Penyimpan informasi Asam amino Polaritas N – C Ikatan peptida Hasil ekspresi DNA PRODUK BIOTEKNOLOGI FARMASI • ASAM NUKLEAT (DNA DAN RNA) • PROTEIN (OBAT, VAKSIN, KIT DETEKSI): HASIL TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI MATERI GENETIK • PEPTIDA (LEBIH PENDEK DARI PROTEIN) SINTESIS PROTEIN Sintesis protein adalah proses penerjemahan kodon-kodon pada mRNA menjadi polipeptida. Sintesis protein transkripsi translasi 1. Transkripsi Transkripsi adalah proses sintesis RNA dengan menggunakan cetakan DNA. Terjadi di dalam nukleus (eukariot) dan sitoplasma (prokariot) Ada tiga tahapan dalam transkripsi - Inisiasi - Elongasi - Terminasi 1. INISIASI : Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unit kecil ke mRNA. 2. ELONGASI : penempelan sub unit besar pada sub unit kecil menghasilkan dua tempat yang terpisah 3. TERMINASI : terjadi saat tRNA dengan antikodon dan asam amino yang tepat masuk ke tempat A. •Bagian dari molekul DNA (gen) terbuka pilinannya sehingga basa-basanya terekspos. •Nukleotida mRNA bebas, di dalam nukleus berpasangan basa-basanya dengan satu utas molekul DNA yang telah terbuka pilinannya. Translasi / sintesis protein -Proses penerjemahan kodon-kodon pada mRNA menjadi polipeptida. -Kode genetik merupakan aturan yang penting -Urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugus tiga – tiga. Setiap gugus tiga disebut kodon. -Dalam translasi, kodon dikenali oleh lengan antikodon yang terdapat pada tRNA Inisiasi. Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unit kecil ke mRNA. Penempelan terjadi pada tempat tertentu yaitu pada 5’-AGGAGGU-3’ Ribosom bergeser ke arah 3’ sampai bertemu dengan kodon AUG. Kodon ini menjadi kodon awal. Asam amino yang dibawa oleh tRNA awal adalah metionin. Elongation. Tahap selanjutnya adalah penempelan sub unit besar pada sub unit kecil menghasilkan dua tempat yang terpisah . Tempat pertama adalah tempat P (peptidil) yang ditempati oleh tRA yang membawa metionin. Tempat kedua adalah tempat A (aminoasil) yang terletak pada kodon ke dua dan kosong Terminasi. Proses translasi akan berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA, UAG, UGA. Kodon-kodon ini tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang sesuai. Selanjutnya masuklah release factor (RF) ke tempat A dan melepaskan rantai polipeptida yang terbentuk dari tRNA yang terakhir. Kemudian ribosom pecah menjadi sub unit kecil dan besar. Kodon stop Kodon start MENGAPA INFO MENGENAI TRANSKRIPSI PADA EUKARIOT PENTING? • PROTEIN DARI EUKARIOT BANYAK DIGUNAKAN SEBAGAI PROTEIN TERAPEUTIK TUGAS I NIM Nomor Ganjil : Gambar dan jelaskan Transkripsi dan Translasi Sel Prokariotik NIM Nomor Genap : Gambar dan jelaskan Transkripsi dan Translasi Sel Eukariotik Dikerjakan di kertas A3 dan dikumpul minggu depan. T e r i m a k a s i h ...
