Bahan genetik - Official Site of ADY DARYANTO

Pokok Bahasan:
Bahan genetik
Sub Pokok Bahasan :
2.1. DNA, RNA dan kromosom
2.2. Struktur gen
2.1. DNA, RNA dan kromosom
Sejarah:
1. 1869: DNA teridentifikasi sebagai
benang halus pada darah putih
yang diberi ethanol dingin
2. 1935: DNA murni berhasil diisolasi
3. 1941: diajukan hipotesis satu gensatu enzim
4. 1953: struktur molekul DNA
terungkap
5. 1966: kode genetik dapat
dipecahkan
6. 1969: pertama kali gen dapat
diisolasi
7. 1980: teknik penggandaan DNA
secara buatan dapat dilakukan
dengan mesin PCR (Polymerase
Chain Reaction)
8. 1984: Dikembangkan sistem sidik
jari DNA (DNA finger printing)
Bahan Penyusun DNA:
H2
OH
HO
P
O
O
O
C5
4
H
3
OH
phosphate
N
1
2
AGTC
H
H
base
deoxyribose
nucleoside
nucleotide
Bahan Penyusun DNA :
DNA: Deoxyribo Nucleic Acid,
merupakan bahan dasar
genetik yang terbentuk dari
tiga komponen yaitu: basa,
gula dan phosphat
1. Basa, yang merupakan bahan
dasar penyandi genetik.
Terdiri dari empat jenis yaitu
Adenine, Guanine, Thymine,
dan Cytosine.
2. Gula, jenis gula yang merupakan
penyusun DNA adalah gula
dengan 5 C, dimana 4 C menyusun
cincin dan C kelima menempel
pada C no 4. Oleh karena C
no 2 kehilangan O, maka gula
tersebut dinamakan deoxyribose.
Basa berikatan dengan
deoxyribose pada C no 1.
gabungan antara basa dengan
deoxyribose disebut nucleosida.
3. Phosphat. Senyawa phospat
berguna untuk mengikat guladengan-gula, dimana phospat
tersebut berikatan dengan gula
pada C no 5. Ikatan nucleosida
dengan phospat disebut
nucleotida
Struktur Kimia Basa
Empat basa penyusun DNA
berdasarkan struktur kimianya
dapat dikategorikan menjadi
2 yaitu:
1. Kelompok pyrimidine
2. Kelompok purine
1. Kelompok Pyrimidine.
Basa kelompok ini terbentuk
dari satu cincin yang terdiri
dari 4 C dan 2 N. Kedua
basa itu adalah Thymine dan
Cytosine
2. Kelompok Purine.
Basa kelompok ini terbentuk
dari dua cincin yang terdiri
dari 5 C dan 4 N. Kedua
basa itu adalah Adenine dan
Guanine
Ikatan antar Basa.
Dalam pembentukan DNA
terdapat 2 utas yang saling
berikatan, ikatan ini karena
antar basa dapat dihubungkan
oleh unsur hydrogen,
sehingga ikatan antar basa
disebut ikatan hydrogen.
Berdasarkan jumlah ikatan
dibagi 2, yaitu:
1.Basa-basa berikatan dua,
yaitu Thymine (T) dari
Pyrimidine dengan Adenine
(A) dari Purine
2.Basa-basa berikatan tiga,
yaitu Cytosine (C) dari
Pyrimidine dengan Guanine
(G) dari Purine
Pola ikatan hydrogen seperti
itu menyebabkan terjadi
komplementasi, yaitu antara
T-A dan C-G, yang penting bagi
proses replikasi dan ekspresi
gen.
Demikian juga jumlah basa
Pyrimidine akan sama
dengan basa Purine, tetapi
jumlah basa berikatan 2 tidak
selalu sama dengan jumlah
basa berikatan 3.
Basa
N
C
H
C
C
N
N
H
C
O
C
C
C
N
N
Hydrogen
bond
ADENINE
N
H
O
H
C
C
C
O
CYTOSINE
C
N
H
Purine
C
H
N
N
C
N
N
H
C
H
C
N
H
THYMINE
H
C
N
O
Pyrimidine
H
H
CH3
C
C
H
N
H
N
N
H
GUANINE
Penyusunan Basa :
ikatan antar deoxyribose terjadi ketika senyawa
Phospat pada C no 5 berikatan dengan C no 3
pada deoxyribose yang lain.
Ikatan ini disebut ikatan phospho-diester,
ikatan antar deoxyribose disebut juga tulang
belakang (back bone) DNA
Oleh karena P pada C no 5
berikatan dengan P pada
C no 3, maka pergerakan
pembentukan utas akan
berupa gerakan dari C no 5 ke
C no 3, sehingga ujung awal
utas DNA/RNA disebut ujung
5’, sedangkan ujung akhirnya
disebut ujung 3’.
Pada DNA yang memiliki utas
ganda arah pergerakan antar
utas saling berlawanan,
sehingga posisi basa tidak
selalu tepat sejajar, hal ini
mengakibatkan utas ganda
DNA menjadi berpilin
Penyusunan Basa:
H2
OH
HO
P
AGTC
O
C5
O
3
H
P
O
phospho
diester
bond
H
AGTC
O
C5
O
3
H
H
2
O
O
N
1
4
H
T
T
A
G
C
G
C
A
T
O
P
O
AGTC
O
H2C 5
1
4
H
G
A
H2
OH
HO
H
2
OH
C
N
1
4
O
3’
5’
3
OH
2
H
N
H
3’
5’CATGGA
3’GTACCT
3’
5’
5’
Susunan basa pada DNA dapat
divisualisasikan melalui mesin
yang disebut DNA sequencer.
Pada saat ini biasanya basa C
disajikan dalam warna biru,
basa G dalam warna hitam,
basa T dalam warna merah dan
basa A dalam warna hijau.
Visualisasi susunan basa
dari mesin DNA sequencer
Susunan basa dari dari suatu
fragment DNA hasil analisis
mesin DNA sequencer
Perbedaan DNA dengan RNA
DNA
Komponen
RNA
Gula
Gula pada DNA
kehilangan unsur
Oxygen pada C no 5,
sehingga diberi nama
deoxyribose
Gula pada RNA masih
memiliki Oxygen pada C
no 2, sehingga diberi
nama Ribose
Basa
Basa Pyrimidine dengan
dua ikatan Hydrogen,
Thymine, memiliki CH3
pada salah satu C
penyusun Cincin
Basa Thymine pada RNA
tidak memiliki CH3 pada
salah satu C
penyusunnya, dan
disebut Uracyl
Utas
Ganda
Tunggal
RNA:
DNA
O
H3C5
1
3
H
2
OH
O
H3C5
4
Gula
RNA
4
H
H
1
3
OH
H
deoxyribose
Basa
H
OH
H
C
C
C
N
N
C
H
ribose
CH3
H
2
O
H
H
H
C
C
C
N
N
C
O
O
Thymine
Uracil
Utas
ganda
tunggal
O
H
Pengandaan DNA :
Penggandaan DNA, dilakukan
secara semi conservative, yaitu
pada setiap fragment DNA yang
baru terbentuk masih terdapat satu
utas dari fragment yang
sebelumnya. Proses ini
dimungkinkan karena adanya
sistem komplementasi antara basa
T dengan A, dan basa C dengan G.
Replika
Tetua
Tetua
Langkah Penggandaan DNA :
1. Pemecahan (Cleavage) utas
Ganda DNA pada suatu
tempat (Cleavage Site) yang
memisahkan 2 utas sehingga
dapat dilakukan
penggandaan DNA.
2. Penggandaan utas melalui
proses komplementasi.
Enzim DNA Polymerase
melakukan pembentukan utas
DNA baru sesuai dengan
basa komplemennya.
3. Penutupan Nick. Oleh karena
pemanjangan rantai DNA selalu
mengikuti pola 5’-3’, maka pada
utas yang arah 5’-3’ nya searah
dengan arah cleavage, proses
komplementasi terhenti
menunggu cleavege cukup besar,
sehingga menyebabkan ada gap
antar rangkaian basa, gap ini
disebut nick, yang harus ditutup
agar fragment DNA baru
sempurna.
Nick tidak terdapat pada utas
dengan arah 5’-3’ nya
berlawanan dengan arah
cleavage, karena proses
pemanjangan utas baru
searah dengan arah cleavage.
Pengandaan DNA:
replica
5’
3’
5’ 3’
3’
5’
5’
3’
parent
parent
Kromosom
DNA TANAMAN tersebar baik dalam inti sel,
maupun dalam sitoplasma.
DNA inti sel tersusun dalam kromosom,
DNA sitoplasma terdapat dalam plastid,
mitochondria, yang jumlahnya lebih dari 1,
sel tanaman terdapat tiga genom, yaitu genom
inti, genom mitochondria dan genom plastid.
plastid
mitokondria
inti
Pembentukan kromosom
Dari utas ganda DNA yang memiliki
ketebalan 2 nm, mengalami beberapa
proses sebelum membentuk kromosom
dengan ketebalan 700 nm, yaitu:
1. Utas ganda DNA mengikat histone,
sehingga mencapai ketebalan
11 nm.
2. DNA yang sudah mengikat histone
bergabung hingga dua lapis,
sehingga mencapai ketebalan
30 nm.
3. Gabungan diatas memendek
membentuk pola gelombang
dengan lebar antara puncak
dan lembah gelombang
sebesar 300 nm.
4. Pola gelombang tersebut
membentuk pola memilin
dengan ketebalan 700 nm. Pola
pilinan tersebut akhirnya yang
nampak sebagai massa
kromosom.
2 nm
11 nm
30 nm
300 nm
700 nm
Struktur kromosom :
telomere
heterochromatin
centromere
euchromatin
Telomere:
Ujung kromosom yang terdiri
dari sekuens DNA yang
dibutuhkan untuk stabilitas
ujung kromosom.
heterochromatin
centromere
Centromere:
euchromatin
Bagian kromosom yang
berasosiasi dengan benang
gelendong, ketika pembelahan
mitosis ataupun meiosis.
telomere
Heterochromatin:
Bagian kromosom yang cenderung padat
pilinannya, jelas tampak pada interfase,
umumnya berada disekitar centromere and
telomere
telomere
heterochromatin
centromere
Euchromatin: Merupakan bagian
kromosom yang memiliki kepadatan normal
euchromatin
dan mengalami siklus kondensasi,
cenderung kurang memilin pada interfase.
Gen-gen aktif umumnya berada pada
bagian ini.
Ukuran Genom Beberapa Tanaman Penting
Nama Ilmiah
Allium cepa
Arabidopsis thaliana
Avena sativa
Beta vulgaris ssp esculenta
Brassica napus
Capsicum annuum
Citrus sinensis
Glycine max
Gossypium hirsutum
Hordeum vulgare
Lactuca sativa
Lycopersicon esculentum
Malus x domestica
Manihot esculenta
Musa sp
Nicotiana tabacum
Oryza sativa
Phaseolus vulgaris
Saccharum sp.
Sorghum bicolor
Triticum aestivum
Zea mays
Nama Umum
Bawang merah
Arabidopsis
Oat
Bit Gula
Canola
Cabe
Jeruk
Kedele
Kapas
Barley
Lettuce
Tomat
Apple
Singkong
Pisang
Tembakau
Padi
bean
Tebu
Sorghum
Gandum
Jagung
Genome Size
(MegaBp)
1592
127
11315
758
1182
2702
382
1115
2246
4873
2639
953
769
760
873
4434
331
637
3000
760
15966
2504
2.2. Struktur Gen
Gen: merupakan fragment DNA
yang dapat ditranskripsikan
menjadi RNA dan diterjemahkan
menjadi protein, yang
selanjutnya mampu
mempengaruhi proses fisiologi
tanaman maupun fenotifnya.
Pada dasarnya Gen tersusun
oleh empat komponen :
1.Regulator
2.Promoter
3.Transcribed Region
(Bagian yang ditranskripsikan)
4.Terminator
chromosome
part of chromosome
Poly A tailing site
Transcribed region
Start site
regulator promoter
TATA
Termination site
EXON
UTR
AUG
INTRON
EXON
AAUAA
ORF
UTR
UGA,UAA,UAG
Regulator
Merupakan bagian dari gen yang
berperan dalam pola aktivasi
suatu gen, pada rangkaian
fisiologis apa, pada kondisi apa,
pada fase perkembangan apa,
atau pada organ apa. Umumnya
berada pada awal sebuah gen
mendahului promotor
Regulator terdiri dari responsive
element seperti :
1. HSE (Heat Shock-response
Element)
2. GRE (Glucocorticoid
Response Element)
3. SRE (Serum Response
Element)
Promoter
Merupakan bagian dari gen yang berperan dalam
penentuan utas mana yang akan dikode untuk
ditraskripsikan, dan kapan titik awal transkripsi
akan dilakukan.
Letak promotor berada sebelum titik awal
transkripsi, sehingga jarak dari titik inisiasi
dinotasikan dengan tanda -, atau disebut arah
downstream.
Promotor yang paling umum terdapat dalam gen
tanaman adalah TATA box.
a
Promoter
b
+1
c
Upstream Downstream
Coding Strand
Template Strand
Terminator
d
Jenis-jenis promotor :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
TATA box (TATAAA, 10 bp)
CAAT box (GGCCAATCT, 22 bp)
GC box ( GGGCGG, 20bp)
Octamer (ATTTGCAT, 20 bp)
kB (GGGACTTTCC, 10 bp)
ATF (GTGACGT, 20 bp).
Transcribed Region
Merupakan bagian dari gen yang akan
ditranskripsikan menjadi RNA.
Bagian ini dimulai dari titik awal
transkripsi (start site) hingga titik akhir
transkripsi (termination site).
Dalam bagian ini terdapat bagian yang
akan dibawa keluar dari inti sel yang
disebut ekson, dan bagian yang akan
tetap ditinggalkan di dalam inti sel, yang
disebut intron.
Pada bagian exon mRNA,
terdapat bagian yang akan
diterjemahkan menjadi rantai
asam amino (Open Reading
Frame/ORF) dan bagian yang
tidak diterjemahkan
(Un-translated Region/UTR)
Terminator
Merupakan bagian dari sekuens
DNA dari suatu gen yang
memberi tanda kepada enzym
penyusun RNA (RNA polymerase)
untuk menghentikan proses
pemanjangan rantai RNA.