Pertemuan ke 8 Endah Wahyurini SP, MSi BAHAN GENETIK Pertemuan ke 8 Endah Wahyurini SP, MSi

GEN ? Molekul atau senyawa yang membawa materi/faktor genetik yang diwariskan secara temurun. Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa senyawa yang membawa keterangan/faktor genetik adl asam nukleat.

Dimana letak gen ?? Gen terletak di dalam kromosom Kromosom tersusun atas nukleoprotein yaitu persenyawaan antara asam nukleat (asam organik yang banyak terdapat di dalam inti sel ) dan protein seperti histon dan atau protamin.

Asam Nukleat dibedakan 2 : 1. Asam Deoksiribonukleat (ADN) 2. Asam Ribonukleat (ARN)

SEJARAH DNA 1.F. Miescher (1869) dari sel spermatozoa dan dari nukleus sel sel darah merah burung, menamakan nuklein 2. 1880 Fischer mengenal adanya zat zat pirimidin dan purin di dalam asam nukleat 3. Kossel menemukan 2 pirimidin (S dan T) dan 2 purin (A dan G), mendpt Nobel 4. 1910 Levine mengenal gula 5 karbon ribose dan gula deoksiribose di dalam asam nukleat

5. Robert Feulgen (1914) tes warna utk DNA dikenal reaksi Feulgen. 6 5. Robert Feulgen (1914) tes warna utk DNA dikenal reaksi Feulgen. 6. Avery, Macleod, Mc Carthy (1944) DNA memp hubungan lgs dng keturunan. 7. Chargaff (1947) membuat studi kimiawi dari DNA. Jumlah basa purin = pirimidin (jumlah A =T dan jumlah S=G) 8. Wilkins dkk (1950) friksasi sinar X : basa basa purin dan pirimidin di dlm mol DNA berjarak 3,4 Aº, berpilin sbg spiral

9. Watson dan Crick (1953) mol DNA berbtk berbtk spiral doubel yg berpilin (double helix) 10. Kornberg (1957) membuktikan kebenaran Watson Dan Crick dng membuat DNA dalam sel bebas 11. Kornberg 1967 membuat molekul DNA dari 6000 nukleotida.

Terdapatnya DNA ?? Semua mahluk hidup kecuali beberapa virus Di dalam sel, bagian terbesar dalam nukleus, terutama pada kromosom. Molekul DNA juga ditemukan dalam mitokondria, plastida dan sentriol.

Keberadaan DNA dalam nukleus Banyaknya DNA diukur dalam pikogram : 1 pg = 10-12 Banyaknya DNA tetap (konstan)dari sel ke sel dan dari spesies ke spesies Banyaknya DNA dari sebuah sel berhub erat dng sifat ploidi atau jumlah kromosom dari sel itu. Mis sel hati bersifat tetraploid (4n) mengandung DNA 2x lipat daripa DNA dlm sel diploid.

STRUKTUR DNA Pendahuluan F. Misher – bahan aktif yang ada di dalam nukleus (nuclein) Kromosom atau DNA??? Kromosom – struktur seperti benang pada nukleus sel eukariot yang nampak saat sel mulai membelah. Jumlah diploid pada setiap selnya, Gen – unit hereditas suatu organisme hidup. Gen dikode dalam material genetik organisme – molekul DNA atau RNA pada beberapa virus.

Gen tersusun atas daerah urutan basa nukleotida yang mengkode informasi genetik (coding gene region as exon) dan daerah tidak mengkode informasi genetik (non-coding gene region as 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)

Model double heliks DNA J. Watson & F. Crick berdasar: Struktur 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 yang berikatan secara kovalen

MORFOLOGI DNA Terdiri dari sel sel dng nukleus sejati mempunyai btk sbg benang lurus dan tdk bercabang. Ukuran mol DNA berbeda beda dari satu spesies ke spesies lainnya Pada mitokondria mol DNA berukuran 5µ, pd sel bakteri 1,4mm Sel sel berinti sejati berukuran 50-60 µ

SUSUNAN KIMIA DNA DNA merupakan susunan makromolekuler yang komplek, terdiri 3 macam mol : 1. GULA PENTOSA 2. ASAM PHOSPHAT 3. BASA NITROGEN - Pirimidin = Sitosin (S) dan Timin (T) - Purin = Adenin (A) dan Guanin (G)

PERTIMBANGAN Watson dan Crick Ttg Model Molekul DNA Deretan polinukleotida DNA mempunyai btk seperti spiral teratur Spiral memp diameter kira kira 20Aᵒ dan lebar spiral itu tetap Spiral memp satu putaran lengkap setiap 34Aᵒ dan karena jarak internukleotida 3,4Aᵒ maka tiap putaran lengkap terdiri dari 10 nukleotida Spiral DNA duplex yg mengande dua deretan polinukleotida

MODEL STRUKTUR DNA MENURUT Watson dan Crick Double helix : dua pita spiral yg saling berpilin Di bagian luar terdpt deretan gula pospat yg membtk tulang punggung, di bagian dlm terdpt basa purin dan pirimidin Dua polinukleotida yg berhadapan dihub atom Hidrogen. A berpasangan T, dihub 2 atom H, G berpasangan S dihub 3 atom H. Dua deretan nukleotida komplementer satu dng yg lainnya.

Struktur dsDNA secara skematik dari gula phosphat sebagai tulang punggung dari basa nukleotida

Bentuk skematik double heliks DNA Untuk memaksimumkan pengemasan pasangan basa, kedua tulang punggung berpilin membentuk double heliks, dengan satu putaran komplementer setiap 10 pasang basa Bentuk skematik double heliks DNA

Jarak antara basa nukleotida dan lekukan minor dan major dari molekul dsDNA

DENATURASI DAN RENATURASI DNA Dlm mol DNA yg dihub atom H yg sangat lunak. Jika larutan yg mengand DNA dipanaskan atau pH rendah (asam) maka hub H akan labil dan putus. Dua pita spiral mol DNA akan membuka. Proses ini disbt DENATURASI DNA. Jika larutan didinginkan atau dinetralisir, maka terbtklah pasangan basa kembali, Peristiwa RENATURASI.

Replikasi DNA Sbg pembawa keterangan genetik, DNA memiliki 2 fungsi : Fungsi Heterokatalis yaitu DNA lgs dapat mensintesa molekul kimia lainnya (spt mensintesa RNA, protein dsb) Fungsi Autokatalis yaitu karena DNA mensintesa dirinya sendiri Yg membantu replk DNA : enzim DNA polimerase

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

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.

DISPERSIF 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.

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.

Replikasi sederhana DNA Proses replikasi sederhana molekul DNA

ASAM RIBONUKLEAT (RNA) Disamping DNA pada sel sel berinti prokaryotik maupun eukaryotik memiliki asam nukleat lain yang sangat penting yaitu asam ribonukleat (RNA) 1. ARN Genetik Pada virus tumbuhan dan hewan mempunyai RNA sbg bahan genetik. Bentuknya double helix tetapi tdk berpilin Tiap pita RNA adl polinukleotida (artinya terdiri dari banyak ribonukleotida), tulang punggung terdiri dari deretan ribosa dan phosphat. Mengadakan replikasi sendiri (sintesa RNA bergantung RNA)

2. ARN non genetik Berdasarkan tempat terdapatnya serta fungsinya dapat dibedakan 3 macam ARN yaitu : ARN duta atau ARNd (mRNA = messenger RNA) ARN pemindah atau ARNp (tARN) ARN ribosom atau ARNr

ARN duta atau ARNd Berfungsi membawa informasi genetik (pesan) dari DNA doubel helix menjadi satu pita polinukleotida ARN transfer : memindahkan materi genetik dari inti sel menuju ribosom. ARN ribosom : RNA yang berperan dalam mensintesa protein di ribosom

Beberapa sifat mengenai molekul ARNp (ARNt) ialah : Semua molekul ARNp mengandung urutan terminal yang sama dari basa 5’-SSA-3’ dari deretan polinukleotida. Pada basa A (Adenin) itulah molekul ARNp mengikat asam amino Semua ARNp mempunyai bagian menukik yang merupakan bulatan, disebut lengan T dimana terdpt 7 basa tidak berpasangan termsk pseudoridin. Lengan ini berperan pada pengikatan molekul ARNp dengan ribosom

Semua molekul ARNp mempunyai lengan DHU (=dehidrouridin) yang mengandung 8-12 basa tdk berpasangan Ada 3 basa disbt antikodon yang nantinya berpasangan dng 3 basa pada molekul ARNd. Tiga basa pada ARNd disbt kodon Beberapa ARNp yang berupa pita panjang dapat mempunyai lengan tambahan pendek

MEKANISME TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI adl pemindahan informasi genetik dari DNA ke RNA pita double helix DNA akan mencetak pita tunggal ARNd sbg katalisator adl enzim ARN polimerase sintesa RNA dari arah 5’ ke 3’ ARN selesai dicetak keluar dari inti menuju ribosom pada sitoplasma  

TRANSLASI menempelnya ARNp pd ribosom 30 S dan pembentukan poliribosom pengikatan asam amino oleh ARNp permulaan dari sintesa protein memanjangnya rantai polipeptida

KODE GENETIK. DNA adl bahan genetik yang membawa informasi genetik dari sel ke sel dan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Bagaimana informasi genetik tsb terdapat di dlm molekul DNA ??? Apakah dlm btk tulisan, kode ? Sebuah pita molekul DNA terdiri dari asam phosphat, gula deoksiribosa dan basa nitrogen, as phosphat dan gula deoksiribosa selalu sama, tetapi basa nitrogennya selalu berbeda beda

Sarabai dkk (1964) : urutan basa nitrogen dari suatu mol DNA identik dengan urutan asam amino di dalam mol protein. 4 basa DNA itu (A, T, S, G) dianggap sbg alfabet dalam mol DNA. Terdapat 20 macam asam amino. Bagaimana 4 basa nitrogen diterjemahkan ke dalam 20 macam asam amino ??? Satu kelompok nukleotida yang memperinci suatu asam amino dinamakan KODON.

Kode SINGLET : sebuah nukleotida memberi sebuah kode asam amino Kode SINGLET : sebuah nukleotida memberi sebuah kode asam amino. 41 = 4 kodon Kode DUBLET : kode yang terdiri 2 huruf . 42 = 16 kodon Kode TRIPLET 43 = 64 kodon memperinci 64 as amino

Penyelidikan lebih lanjut menghasilkan suatu tabel yang merumuskan kode untuk 20 macam as amino. Asam asam amino yang memiliki sifat struktur hampir sama cenderung mempunyai kodon sekeluarga. Mis : kodon asam aspartat (GAU, GAS) = as glutamat (GAA, GAG); phenyalanin (UUU, UUS), tirosin (UAA, UAS) dan triptofan (UGG) semua dimulai Urasil (U) Jika suatu as amino di dalam protein karena kekeliruan digantikan as amino lain yang mempunyai sifat sama, maka protein itu akan tetap berfungsi.