MATERI GENETIKA

KROMOSOM Bagian utama dari sebuah sel terdiri atas nukleus dan sitoplasma. Di dalam nukleus terdapat benang-benang halus yang disebut kromatin. Bila sel siap membelah, benang-benang halus tersebut itu dipintal dan membentuk kromosom. Kromosom adalah suatu struktur padat yang terdiri dari dua komponen molekul, yaitu protein dan DNA. Struktur padat kromosom hanya dapat terlihat dengan jelas pada tahap metafase saat pembelahan sel.

DNA : persenyawaan kimia pembawa materi genetik (tempat penyimpanan informasi genetik yang akan diwariskan kepada keturunannya) Gen : faktor yang menentukan sifat / ciri m.h Kromatin : benang-benang halus yang menyerap warna Kromatid : salah satu dari dua lengan hasil replikasi kromosom. Kromatid melekat satu sama lain pada bagian sentromer (kromatid = kromonema) Kromomer : penebalan-penebalan pada kromonema Kromosom : benang / badan pembawa sifat keturunan (kromosom mengandung 35 % DNA  Kromosom dapat menggandakan diri

Pengemasan DNA Selama interfase benang kromatin umumnya membentang sangat panjang dalam nukelus Ketika sel bersiap mitosis, kromatin akan menggulung dan memadat membentuk kromosom tebal dan pendek yang dapat dilihat dengan mikroskop cahaya Kromosom eukariot mengandung satu heliks ganda DNA linier tunggal, yang pada manusia, biasanya memiliki 2 X 108 pasang nukleotida. Jika direntangkan, molekul DNA ini akan memiliki panjang sekitar 6 cm, ribuan kali lebih panjang daripada diameter nukleus. DNA dikemas sedemikian rupa sehingga dapat tersimpan dalam nukleus

Pengemasan DNA dalam Kromosom

Nukleosom ( unit Dasar Kromosom ) Cara penyusunan molekul DNA dan protein dalam kromosom sebenarnya cukup rumit. Pengemasan DNA dalam kromosom terjadi pada tahap profase Secara ringkas pengemasan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : Untai DNA dipintal pada suatu set protein, yaitu histon menjadi suatu bentukan yang disebut unit nukleosom. Unit-unit nukleosom tersusun padat membentuk benang yang lebih padat dan terpintal menjadi lipatan-lipatan solenoid. Lipatan solenoid tersusun padat menjadi benang kromatin. Benang-benang kromatin tersusun memadat menjadi lengan kromatid. Lengan kromatid kembar disebut kromosom.

Histone Protein Structure Histones are the major structural proteins of chromosomes. The DNA molecule is wrapped twice around a Histone Octamer to make a Nucleosome. Six Nucleosomes are assembled into a Solenoid in association with H1 histones. The solenoids are in turn coiled onto a Scaffold, which is futher coiled to make the chromosomal matrix.

Struktur kromosom

Struktur Kromosom

Bagian-bagian kromosom

KROMOSOM

Bagian-bagian Kromosom Suatu kromosom terdiri dari beberapa bagian: Kromatid Kromomer Sentromer atau kinetokor Telomer.

Kromatid Hasil replikasi (perbanyakan) kromosom. Melekat satu sama lain di bagian sentromer. Istilah lain untuk kromatid adalah kromonema (jamak; kromonemata) yang merupakan filamen yang sangat tipis yang terlihat selama tahap profase (dan kadang-kadang pada tahap interfase).

Kromomer Merupakan struktur berbentuk manik-manik yang merupakan akumulasi dari materi kromatin yang terkadang terlihat saat interfase. Kromomer sangat jelas terlihat pada kromosom politen (kromosom dengan DNA yang telah direplikasi berulang kali tanpa adanya pemisahan dan terletak berdampingan sehingga bentuk kromosom seperti kawat).

Sentromer Daerah konstriksi (pelekukan) di sekitar pertengahan kromosom. Pada sentromer terdapat kinetokor. Kinetokor adalah bagian kromosom yang merupakan tempat pelekatan benang-benang spindel selama pembelahan inti dan merupakan tempat melekatnya lengan kromosom.

Telomer Merupakan istilah yang menunjukkan daerah terujung pada kromosom. Berfungsi untuk menjaga stabilitas bagian ujung kromosom agar DNA di daerah tersebut tidak terurai dan mencegah ujung-ujung kromosom tidak menempel pada ujung kromosom lain

Telomer

Berdasar letak sentromer, kromosom dibedakan menjadi beberapa macam Metacentric – centromere in the middle of the chromosome Submetacentric – centromere divides the chromosome into 1/3 and 2/3 Acrocentric – centromere near the end of the chromosome Telocentric – centromere in the end of the chromosome

Jumlah Kromosom Pada setiap makhluk hidup berbeda-beda Misalnya pada manusia di setiap sel somatik/sel tubuh terdapat 46 buah kromosom ; kuda 64 buah; kucing 32 buah ; terdiri dari 2 set kromosom (2n) Jumlah kromosom sel gamet separoh dari jumlah kromosom tubuh ; terdiri dari 1 set kromosom (n) Karena berasal dari fertilisasi (gabungan gamet jantan dan betina) maka kromosom dalam sel somatik selalu berpasangan → berupa pasangan kromosom homolog Kromosom homolog : kromosom yang mempunyai bentuk, ukuran, komposisi yang sama atau hampir sama

Kariotype kromosom manusia

Kromosom dibedakan menjadi 2 macam yaitu : Kromosom tubuh (AUTOSOM) ; tidak menentukan jenis kelamin → kepemilikannya antara ♂dan ♀ sama Kromosom seks (GONOSOM) ; menentukan jenis kelamin → kepemilikannya antara ♂dan ♀ tidak sama Pada sel somatik manusia terdapat 46 buah kromosom terdiri dari 44 buah autosom dan 2 buah gonosom Penulisan kariotipe : Sel tubuh ♂ 44 A + XY atau 22 AA + XY ; Sperma 22 A + X atau 22 A + Y Sel tubuh ♀ 44 A + XX atau 22 AA + XX ; Ovum 22 A + X

DNA Deoxyribonucleic Acid = Asam deoksiribonukleat Terdiri dari 2 rantai polinukleotida yang tersusun seperti tangga tali yang berpilin (Double Helix) Tiap nukleotida terdiri dari : Gula pentosa (Gula deoksiribosa) Basa Nitrogen : Pirimidin (Cytosin dan Timin) Nukleosida Purin (Guanin dan Adenin) Phosphat

Nukleosida dan nukleotida

Ikatan Hidrogen antar basa nitrogen

Kedua untai DNA antiparalel

Nukleotida

polinukleotida

Polinukleotida DNA

Kedua untai DNA antiparalel

Double Helix Pada tiap molekul DNA, jumlah Adenin (A) selalu sama dengan Timin (T); Jumlah Guanin (G) selalu sama dengan Cytosin (C/S) (Ketentuan Chargaff) A selalu berpasangan dengan T melalui 2 ikatan Hidrogen G selalu berpasangan dengan C melalui 3 ikatan Hidrogen Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk heliks ganda berjajar secara antiparalel 5’ – ATTGTCACCGAG – 3’ 3’ – TAACAGTGGCTC – 5’

Replikasi DNA Ada 3 hipotesis

Percobaan Meselson dan Stahl tentang Replikasi DNA

Percobaan Meselson dan Stahl yang mendukung hipotesa semikonservatif

REPLIKASI DNA Bahan Baku : Deoksiribosa nukleosida trifosfat : dATP : deoksiadenosin trifosfat dGTP : deoksiguanosin trifosfat dSTP : deoksisitidin trifosfat dTTP : deoksitimidin trifosfat

REPLIKASI DNA Enzim yang berperan : DNA ligase Primase Topoisomerase Mengendorkan tegangan yang ada pada lilitan rantai ganda DNA yang belum membuka Helikase Membuka rantai ganda DNA menjadi 2 buah rantai tunggal DNA Single strand binding-protein/SSB (Protein penggabung rantai tunggal) Mencegah rantai tunggal DNA (yang nantinya akan berperan sebagai cetakan) menjadi terurai DNA Polymerase Mengikat/menggabung deoksiribonukleosida trifosfat (memanjangkan rantai nukleotida) DNA ligase Menyambung bagian-bagian rantai tunggal DNA (fragmen Okazaki) Primase Mensintesis RNA primer sebagai substrat dalam reaksi polimerisasi

Bakteri E.coli mempunyai satu kromosom tunggal yang terdiri dari sekitar 5 juta pasangan basa. Setiap sel kita, dalam nukleus, memiliki 46 molekul DNA. Secara keseluruhan, ini berarti sekitar 6 miliar pasangan basa.

Replikasi DNA Replikasi dimulai pada tempat-tempat specifik dimana kedua untai DNA induk berpisah membentuk “gelembung” replikasi Pada Eukariot terdapat ratusan atau ribuan daerah pangkal replikasi di sepanjang molekul DNA raksasa pada setiap kromosomnya Gelembung replikasi terentang secara lateral, sementara replikasi DNA bergerak kedua arah Pada akhirnya, gelembung replikasi akan menyatu, dan sintesis untai DNA akan selesai

Replikasi DNA

DNA REPLICATION

DNA REPLICATION

REPLIKASI DNA

Pemprimeran sintesis DNA DNA polimerase tidak dapat memulai untai polinukleotida Polimerase hanya dapat menambah nukleotida pada ujung 3’ dari untai yang sudah dimulai Primer adalah segmen pendek RNA yang disintesis oleh enzim primase Setiap primer pada akhirnya diganti oleh DNA

Lagging strand

REPLIKASI DNA

Leading Strand Lagging Strand Terjadi secara kontinyu dengan arah pembentukan dari 5’ ke 3’ Searah dengan arah pembukaan rantai ganda ADN Lagging Strand Terjadi secara diskontinyu dengan arah pembentukan dari 5’ ke 3’ Berlawanan arah dengan arah pembukaan rantai ganda ADN

RNA Ribonucleic Acid = Asam Ribo Nukleat Terdiri dari 1 rantai polinukleotida yang pendek dan tidak berpilin Tiap nukleotida terdiri dari : Gula Pentosa (Gula Ribosa) Basa Nitrogen : Purin : Guanin dan Adenin Pirimidin : Cytosin dan Urasil Phosphat

Gula Ribosa dan Deoksiribosa

Perbedaan DNA dan RNA DNA RNA Rantai Polinukleotida Panjang, double helix (ganda dan berpilin) Pendek, tunggal, tidak berpilin Letak Inti sel, kloroplas, mitokondria Inti sel, kloroplas, mitokondria, sitoplasma, ribosom Gula pentosa Deoksiribosa Ribosa Basa Nitrogen Purin : Guanin, Adenin Pirimidin : Cytosin, Timin Pirimidin : Cytosin, Urasil Kadar Tetap, tidak tergantung aktifitas sintesis protein Tidak tetap, tergantung aktifitas sintesis protein Fungsi Pembawa informasi genetik, dan berperan dalam sintesis protein Berperan dalam sintesis protein

Macam-macam RNA RNA duta/messenger RNA (ARNd/mRNA) RNA transfer (ARNt/tRNA) RNA ribosom (ARNr/rRNA)

ARN duta/messenger RNA Berbentuk pita tunggal, merupakan RNA terpanjang Dicetak oleh DNA di dalam nukleus Setelah mRNA selesai dicetak (setelah menerima informasi genetik dari DNA), mRNA keluar dari nukleus menuju ribosom dalam sitoplasma, dalam ribosom berfungsi sebagai cetakan untuk membentuk (mensintesis) protein Fungsi : pembawa kode-kode informasi genetik yang berasal dari DNA, sebagai kodon

RNA transfer / RNAt Dibuat dalam nukleus sebelum masuk dalam sitoplasma Merupakan RNA terpendek yang bertugas menerjemahkan kodon dari mRNA Mengikat asam amino yang akan disusun menjadi protein di dalam ribosom; tiap asam amino memerlukan tRNA khusus Terdapat bagian yang mengandung 3 basa yang dapat berbeda susunannya dibanding tRNA lainnya; Tiga basa tersebut dinamakan antikodon. Antikodon akan berpasangan dengan 3 basa yang terdapat pada mRNA yang disebut kodon.

tRNA

RNA ribosom RNA yang terdapat dalam ribosom, meskipun dibuat didalam nukleus Berperan sebagai mesin perakit dalam proses sintesis protein

KODE GENETIK Gen sebagai materi genetik diekspresikan dengan dibentuknya protein tertentu tergantung dari urutan basa nitrogen pada gen tersebut. Dalam DNA terdapat 4 macam basa nitrogen. Ada 20 macam asam amino pembentuk protein. Kode genetik dibaca dalam bentuk triplet Basa nukleotida ; 3 basa nukleotida mewakili 1 asam amino

Sintesis Protein Terjadi melalui 2 tahap yaitu : Transkripsi : DNA mencetak ARNd Tranlasi : ARNd diterjemahkan menjadi asam amino oleh ARNt di dalam ribosom

TRANSKRIPSI

Daftar Kodon

Ekspresi gen melalui transkripsi dan translasi pada sel eukariot

Tahapan transkripsi Enzim yang bertanggungjawab atas transkripsi adalah RNA-polimerase, yang bergerak disepanjang gen dari promoter-nya sampai persis di belakang terminator-nya PROMOTER : Daerah DNA dimana RNA-polimerase melekat dan mengawali transkripsi Mencakup titik awal (start-point) transkripsi (nukleotida dimana sintesis RNA sebenarnya dimulai) dan biasanya membentang beberapa lusin pasangan nukleotida “upstream” (ke depan) dari titik awal Menentukan yang mana dari kedua untai helix ganda digunakan sebagai cetakan

TERMINATOR : UNIT TRANSKRIPSI : RNA polimerase : Suatu urutan nukleotida di sepanjang DNA yang menandakan akhir dari unit transkripsi UNIT TRANSKRIPSI : Rentangan DNA yang benar-benar ditranskripsi RNA polimerase : Mengulur DNA dan mengawali sintesis RNA pada titik awal

Tahapan transkripsi Setelah terikat dengan promoter, RNA polimerase mengulur kedua untai DNA dan mengawali sintesis RNA pada titik awal (start point) pada untai cetakan tersebut RNA polimerase mengulur DNA dan memanjangkan RNA yang tumbuh dalam arah 5’ → 3’. Bersamaan setelah transkripsi, untai DNA membentuk kembali heliks ganda Akhirnya RNA polimerase mentranskripsi terminator, suatu urutan nukleotida disepanjang DNA yang menandakan akhir dari unit transkripsi tsb. Setelah itu, RNA dilepas, polimerase berpisah

Tahapan Transkripsi

→Pada eukariot, polimerase terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA didalam pra-mRNA. Pada titik yang lebih jauh kira-kira 10-35 nukleotida, pra –mRNA ini dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut Pada PROKARIOT : transkrip RNA dari gen pengkode protein dapat segera digunakan sebagai mRNA Pada EUKARIOT : transkrip RNA ini lebih dahulu harus mengalami proses tambahan (Pemrosesan pra-mRNA)

Tahapan transkripsi

Ekspresi Gen Sel Eukariot

Pemrosesan pre-mRNA → penambahan tutup 5’ dan ekor poli (A) Tiap ujung molekul pra-mRNA dimodifikasi dengan cara tertentu Ujung 5’ segera ditutup dengan bentuk nukleotida guanin (G) yang termodifikasi Ujung 5’ berfungsi untuk : Melindungi mRNA dari perombakan (degradasi) oleh enzim hidrolitik Setelah mRNA mencapai sitoplasma, ujung 5’ berfungsi sebagai bagian “lekatkan di sini” untuk ribosom Ujung 3’ dimodifikasi dengan ditambah ekor poli (A) yang terdiri atas 30 – 200 nukleotida Adenin. Seperti tutup 5’, ekor poli (A)menghambat degradasi RNA. Ekor poli (A) juga mempermudah ekspor mRNA dari nukleus

Pemrosesan pre-mRNA (Lanjutan) Panjang rata-rata unit transkripsi di sepanjang molekul DNA eukariot adalah sekitar 8000 nukleotida, sehingga transkrip pra-mRNA juga sepanjang itu. Tapi hanya dibutuhkan + 1200 nukleotida untuk mengkode protein yang ukuran rata-ratanya 400 asam amino Ini berarti bahwa sebagian besar gen eukariotik dan transkrip RNAnya memiliki rentangan nukleotida bukan pengkode, daerah yang tidak ditranslasi. Bahkan sebagian besar urutan bukan pengkode ini tersebar berselang seling diantara segmen pengkode gen, dan kemudian di antara segmen pengkode pra-mRNA

Pemrosesan pre-mRNA (Lanjutan) Urutan nukleotida DNA yang mengkode polipeptida eukariotik tidak kontinyu. Segmen-segmen asam nukleat bukan pengkode yang terletak di antara daerah pengkode disebut urutan penyela / INTRON Daerah lain disebut EKSON, karena daerah ini akhirnya diekspresikan, (ditranslasi menjadi asam amino) → kecuali pada bagian leader dan trailer ekson pada kedua ujung RNA

Pemrosesan pra-mRNA (Lanjutan)

RIBOSOM

Struktur Ribosom Ribosom mempunyai 2 tempat untuk melekatnya ARNt P-site : tempat melekatnya ARNt yang telah membawa polipeptida pada ujungnya; dinamakan juga tempat melekatnya peptidil-ARNt (= P-site) A-site : tempat melekatnya ARNt yang telah mengikat asam amino; dinamakan juga tempat melekatnya aminoasil-ARNt (= A-site)

tRNA

TRanslasi

TRANSLASI (pembacaankodon oleh t RNA/ sintesis polipeptida dgn menggnakan informasi genetik dari mRNA) Tahap-tahap : Inisiasi (awalan) Elongasi (pemanjangan polipeptida) Terminasi (pengakhiran)

INISIASI Tahap yang membawa bersama-sama mRNA, tRNA yang memuat asam amino petama dari polipeptida dan dua unit ribosom Proses ini diawali dengan : subunit kecil ribosom melekat pada ujung 5’ dari mRNA, pada mRNA terdapat kodon inisiasi / start kodon AUG. Kodon inisiasi memberi sinyal dimulainya proses inisiasi. tRNA inisiator (yg membawa as. Amino methionin) melekat pada kodon inisiasi / start kodon AUG dan berada pada tempat P pada subunit besar ribosom

ELONGASI Asam-asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino petama sehingga terbentuk polipeptida lengkap. Proses ini meliputi tahap : Pengenalan kodon : kodon mRNA membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon tRNA baru masuk membawa asam amino (pada sisi A dari ribosom) Pembentukan ikatan peptida : rRNA dari subunit besar berfungsi sbg enzim yg membentuk ikatan peptida antara asam amino yg baru masuk (tempat A) dengan polopeptida di tempat translokasi : tRNA di tempat A yg sudah terikat dg polipeptida yg sedang tumbuh dipindahkan ke tempat P. mRNA ikut bergeser sehingga kodon berikutnya berada pada sisi A ribosom untuk ditranslasi. tRNA yg sudah kosong yg tadinya berada pada sisi P pindah ke sisi E untuk kemudian keluar dari ribosom

TERMINASI ELONGASI berakhir setelah kodon stop mencapai A ribosom Strop kodon : UAA, UAG, UGA berfungsi sebagai sinyal untuk menghentikan translasi dan tidak emngkode asam amino Protein faktor pelepas mengikatkan diri pada stop kodon dan menghidrolisis ikatan antara tRNA, polipeptida dan ribosom sehingga terpisah-pisah.

AKtivasi

Inisiasi

Elongasi

TErminasi

Steps in translation Step Details Initiation Ribosome binds to the mRNA and the first tRNA enters the P site of the ribosome. The first tRNA always carries a methionine amino acid and is able to bind with the start codon, 5'AUG 3', of the mRNA. Elongation Each new tRNA enters the ribosome at the A site and bonds with the codon of the mRNA. Amino acids attached to the tRNA at the P site are then transferred to the tRNA at the A site. The tRNA at the P site moves to the E site and leaves the ribosome. The tRNA at the A site, which now carries a chain of amino acids, moves to the P site. This process is repeated as the ribosome moves down the mRNA strand Termination When the ribosome reaches a stop codon, a release factor binds to the A site of the ribosome. The release factor ends translation and releases the protein.

Struktur Ribosom Tersusun atas protein dan ARNr Pada eukariot (mis.mamalia) mempunyai koefisien sedimentasi 80S, tdd subunit besar (60S) dan subunit kecil (40S) Koefisien sedimentasi ; suatu ukuran kecepatan pengendapan suatu partikel pada alat ultran sentrifuge. Makin besar masa suatu partikel, makin besar laju pengendapannya. Satuan laju pengendapan dinyatakan dengan unit Svedberg (S)

Translasi

Translasi

Translasi

Sintesis protein

Daftar Kodon

DNA REPLICATION

summary of eukaryotic RNA processing