Introduction MOLECULAR BIOLOGY

Sejarah klasifikasi mahluk hidup: Aristoteles (- mid 1800-san) : Dunia Plantae; Dunia Animalia E. Haeckel (1866) : Dunia Plantae; Dunia Animalia; Dunia Protista E. Chatton (1937) : Prokaryotae; Eukaryotae R.H. Whittaker (1969): Dunia Monera Dunia Fungi Dunia Plantae Carl Woese (1978): Domain Bakteria Domain Arkhaea Domain Eukarya Carol J. Bult (1996) : selesai sequencing genom Methanococcus janashii (Arkhaea) Solomon et al. (1999 - 2002): Dunia Bakteria Dunia Arkhae(bakteria)

Five Kingdoms & Three Domain

Tree of Life: Three Domain

Dasar klasifikasi: Aristoteles ( 400 SM – 1800-an) : kenampakan morfologi luar E. Haeckel (1866): morfologi (mikroskopis) dan fisiologi E. Chatton (1937) : struktur organisasi interna sel (prokaryotik & eukaryotik) R.H. Whittaker (1969) : organisasi internal sel; nutrisi; struktur organisasi selular Carl. Woese (1978) : molekul RNA ribosomal (biologi molekular) 16S rRNA (Arkhaea & Bakteria) 18S rRNA (Eukarya)

18S rRNA 18S ribosomal RNA (abbreviated 18S rRNA) is a part of the ribosomal RNA. The S in 18S represents Svedberg units. 18S rRNA is a component of the small eukaryotic ribosomal subunit (40S). 18S rRNA is the structural RNA for the small component of eukaryotic cytoplasmic ribosomes, and thus one of the basic components of all eukaryotic cells. The genes coding for 18S rRNA are referred to as 18S rDNA. Sequence data from these genes is widely used in molecular analysis to reconstruct the evolutionary history of organisms, especially in vertebrates, as its slow evolutionary rate makes it suitable to reconstruct ancient divergences.

16S rRNA 16S ribosomal RNA (or 16S rRNA) is a component of the 30S small subunit of prokaryotic ribosomes. It is approximately 1.5kb (or 1500 nucleotides) in length. The genes coding for it are referred to as 16S rDNA and are used in reconstructing phylogenies. Multiple sequences of 16S rRNA can exist within a single bacterium It is the eukaryotic nuclear homologue of 16 S ribosomal RNA in Prokaryotes and mitochondria.

Biologi Molekuler Biologi molekular : Ilmu yang mempelajari fungsi dan organisasi jasad hidup (organisme) ditinjau dari struktur dan regulasi molekular unsur atau komponen penyusunnya. Hal-hal yang dipelajari dalam biologi molekular: Struktur kimia materi genetik Organisasi makromolekul Aktivitas gen Interaksi antar komponen selular Disiplin ilmu yang terlibat dalam biologi molekular Biologi sel Genetika Biokimia Kimia organik Biofisika

Organisasi Biologis Jasad hidup Jasad hidup secara umum dikelompokan menjadi dua : Jasad hidup selular : mempunya satuan unit dasar yaitu sel. Misalnya : bakteri, hewan tingkat tinggi, tanaman tingkat tinggi Jasad hidup non selular : Tidak tersusun atas sel tapi berupa satuan. Misalnya virus dan bakteriofag. Virus satuan dasarnya adalah virion

Jasad hidup non-seluler VIRUS Virus adalah suatu partikel yang mengandung bahan genetik berupa DNA atau RNA yang diselubungi oleh protein yang disebut dengan kapsid dan pada beberapa jenis virus ada juga komponen lain, misalnya lemak. Satuan dasar virus disebut virion. Diameternya 20-300nm jauh lebih kecil dari sel prokariot yang paling kecil. Klasifikasi virus berdasarkan sel inangnya Virus hewan Virus tumbuhan Virus bakteri (bagteriofag)‏

Disamping virus DNA atau RNA, ada partikel yang lebih sederhana dari virus yaitu viroid dan prion Viroid ---- molekul kecil RNA yang terdiri atas 359 basa nukleotida dan tidak diselubungi oleh protein contohnya viroid yang menyebabkan penyakit panda kentang Prion ----- suatu partikel yang terdiri atas molekul kecil protein (ada yang terdiri atas 250 asam amino) yang tidak mempunyai asam nukleat Prion berasal dari istilah proteinaceous infectious particle (artikel atau molekul protein sebagai agen penyebab penyakit) ----- oleh Stanley B Prusiner. Contoh prion : Penyebab penyakit neurogeneratif - Penyakit BSE (bovine spongiform encephalophaty), penyakit sapi gila - Penyakit scrapie pada domba - Penyakit creutzfeldt-jacob pada manusia - Penyakit Gerstmann-Straussler-scheinker pada manusia

Virus bersifat parasit Virus bersifat parasit. Bisa memperbanyak diri jika berada didalam suatu sel inang yang sesuai. Jika berada diluar sistem selular, maka virus tidak bisa memperbanyak diri karena tidak mempunyai suatu sistem enzim yang dapat digunakan untuk sintesis partikel virus baru. Dibawah ini beberapa gambaran skematik beberapa jenis virus

Meskipun bersifat parasit Meskipun bersifat parasit. Namun dalam perkembangan genetik molekular, telah dilakukan exploitasi virus untuk kepentingan kepentingan praktis. Misalnya untuk kepentingan militer : senjata biologis medis, pengobatan kanker, dll Salah satu protein prion ada yang bisa menyebabkan apoptosis. Apoptosis : Progam kematian sel secara normal, dengan cara menghilangkan sel yang tidak diinginkan. Prinsip inilah yang digunakan dalam pencarian obat antikanker

Strain AF 2400 Pada pengobatan Kanker payudara Mekanismenya yaitu Contoh penggunaan Virus yaitu virus NDV Strain AF 2400 Pada pengobatan Kanker payudara Mekanismenya yaitu Menyerang protein Filamen sel A A’ B C B’ C’

Jasad Seluler Doktrin sel Istilah sel pertama kali dikemukakan oleh Robert Hooke (1635-1703). Sel -------- merupakan satuan dasar minimum suatu jasad hidup Doktrin sel : Semua sel berasal dari sel yang sudah ada sebelumnya dan masing masing sel mempunyai suatu sistem kehidupan sendiri Sel bersifat dinamis yang selalu mengalami perubahan ( adanya proses transformasi selular yang melibatkan macam macam reaksi molekular Pengaturan selular yang dilakukan oleh sel memiliki 2 fungsi utama Sebagai piranti kimiawi yang melakukan proses metabolisme Sebagai piranti yang menyimpan kode kode informasi biologis yang akan diturunkan kepada keturunannya.

Penggolongan jasad selular berdasarkan satuan dasar individu : 1. Jasad bersel tunggal (unicellular organism)‏ 2. Jasad bersel banyak (multicellular organism)‏ Penggolongan jasad selular berdasarkan struktur dan organisasi sel : Sel prokariot ------ tanpa membran inti Sel eukariot ------ ada membran inti Penggolongan jasad selular Satuan Dasar Organisasi Sel Contoh Sel tunggal Prokariot Escheria coli Eukariot Saccharomyces cerevisiae Sel banyak Manusia, hewan, tanaman tingkat tinggi

Prokariot Secara organisasi sel prokariot lebih sederhana dibandingkan dengan jasad eukariot. Sel prokariot terdiri atas struktur utama : dinding sel, membran plasma sel , ribosom dan bahan genetik (nukleoid)‏ Tidak adanya membran inti sel (nukleus)‏ Contohnya yaitu kelompok bakteri, berdasarkan lingkungan tempat hidup dibagi 2 yaitu eubakteria dan archaebakteri Berdasarkan dinding sel prokariot, misalnya bakteri, bakteri dibedakan menjadi 2 kelompok yaitu bakteri gram positif (bacillus substilis) dan bakteri gram negative (E. coli). Beberapa jenis organisme prokariot pada bakteri ada struktur tambahan diluar dinding sel ---- kapsulntuk. Sehingga memberikan bentuk yang bermacam-macam seperti kokus batang, spiral dan lain lain Memiliki satu/single molekul DNA dan berbentuk sirkular Membran plasma terdiri dari campuran lemak dan protein (lipoprotein).Berfungsi sebagai selaput sel yang bersifat semipermeable yang mengatur keluar masuknya ion ion dan molekul.

Pada sel prokariot, jenis bakteri gram positif membran plasma membentuk lipatan yang dikenal sebagai mesosom.Pada bagian yang menghadap sitoplasma mesosom sering berasosiasi dengan DNA sehingga sering diduga sebagai tempat pelekatan DNA Ribosom merupakan partikel kecil yang dominan terdiri dari RNA dan protein yang berfungsi sebagai wadah tempat translasi protein (pada sintesis protein. Satu sel dapat mengandung 600-1000 ribosom sehingga massanya dapat mencapai 40% massa bakteri. Materi genetik selain DNA , seringkali ada materi genetik tambahan yang disebut plasmid. Ukuran sel prokariot bervariasi, berdiameter 5 mm – 750 mm. Sama seperti eukariot. Beberapa bakteri juga membentuk struktur khusus yaitu flagella atau endospora. Beberapa contoh bakteri yang telah digunakan dalam bidang biologi molekular : Escherichia coli, salmonella typhimurium, streptomyces sp, Rhizobium sp, Bacillus substilis, agrobacterium tumafaciens, dll

Diagram sel prokariot

Eukariot Mempunyai struktur dan organisasi yang lebih kompleks dibandingkan sel prokariot. Pada jasad sel eukariot, bahan genetiknya (DNA) berada didalam suatu membran nukleus sehingga memiliki struktur nukleus yang jelas. Membran nukleus eukariot memiliki 2 lapisan, membran luar dan membran dalam. Struktur membran nukleus akan menjadi salah satu pembeda antara eukariot dan prokariot. Pada eukariot, bahan genetik utamanya umumnya terdiri dari lebih dari satu kromososm yang berbentuk linear yang dikemas dalam protein yang disebut histon. Sudah memiliki pembagian ruang yang jeals dalam sel, sehingga memiliki bermacam macam organel yang masing masing memiliki fungsi khusus. Pada sel eukariot dari sel tumbuhan, struktur sel terluarnya ada dinding sel yang terdiri atas polimer selulosa (Jenis polisakarida).

Beberapa organel penting pada eukariot antara lain mitokhondria (tempat produksi energi selular), retikulum endoplasma (RE) kasar( berperan dalam proses sekresi protein dan tempat lekat ribosom), RE halus (tempat detoksifikasi senyawa tertentu dan sintesis lemak), badan golgi (berperan dalam sekresi dan pemilahan protein), Pada tumbuhan ada kloroplas (tempat berlangsungnya reaksi fotosintesis), vacuola (tempat penyimpanan air dan produk metabolisme)‏ Salah satu eukariot yang banyak digunakan dalam studi biology molekular adalah khamir sacharomyces cerevisiae (jenis bersel satu yang mudah ditumbuhkan untuk industri minuman Sebagai inang untuk memproduksi protein heterolog dan vaksin

I. Membrane bound organelles X Kantung membran yang mengandung enzim enzim, untuk bermacam macam reaksi. Mikrobodi   Structur serupa kantung dengan membrane tilakoid internal; tempat photosynthesis Plastida Kantung, terdiri dari 2 membran; bagian siklus Krebs cycle, sistem transport elektron, pabrik energi, chemiosmosis. Mitochondria Kantung membran; transpor and penyimpanan air & material lainnya Vakuola Kantung membran; mengandung enzim untuk mencernakan material Lisosom Saluran membran berbentuk kantung datar ; modifies, pemilihana & sekresi protein Kompleks Golgi Jaringan internal membran; bagian dari lipid membran & sinthesis protein Reticulum Endoplasma Butiran inti pada nukleus; bagian of sintesis r-RNA Nukleolus Large structure surrounded by double membrane; species cellular proteins Nukleus Membran pembungkus cell, regulator transport sel Membran Plasma Found in Plants? Found in Animals? Description & Function Structure

II Particulate Structure X Proyeksi panjang /ekor; selular lokomotif, biasanya 1-5 pada sell. Flagella Struktur berambut pendek; pergerakan, pengambilan makanan, biasanya jumlahnya >>1 pada sel. Silia   Lekukan silinder kecil; terlibat dalam pembelahan sel & melekatnya flagellae & silia Sentriol Padat, struktur batanagn dari actin, struktur penyokong Mikrofilament Cekungan dari tabung tubulin; struktur penyokong untuk pergerakan organel Mikrotubul Butiran organel terdiri dari RNA & protein; sintesis proteins Ribosom Kandungan DNA-protein komplex; mengandung gen - gen Kromosom Found in Plants? Found in Animals? Description & Function Structure

III. Extracellular Structures   Multiple-layers dari selulosa; struktur pendukung Dinding sel Found in Plants? Found in Animals? Description & Function Structure

Interaksi Makromolekul Genetik ASAM NUKLEAT Adalah polimer nukleotida yang berperanan dalam penyimpanan serta pemindahan informasi genetik . Satu unit monomer terdiri dari ketiga komponen dinamakan nukleotida terdiri atas tiga bagian yaitu :

Struktur dasar nukleotida Basa nitrogen : cincin purin atau pirimidin Yaitu basa nitrogen yang terikat pada atom C no 1 suatu molekul gula (ribosa atau deoksiribosa) melalui ikatan N-glikosidik. Ada dua macam basa nitrogen yang menyusun asam nukleat yaitu - Basa purin terdiri dari adenin (A) dan guanine (G)‏ - Basa pirimidin terdiri dari Thymine (T), cytosine (C ) dan Uracil (U).

Baik DNA ataupun RNA tersusun atas A, G, C, tetapi T hanya ada pada DNA sedangkan U hanya ada pada RNA. Ada pengecualian, ada beberapa molekul tRNA terdapat basa T, sedangkan pada beberapa bakteriofag DNA-nya tersusun ats U bukan basa T. Beberapa struktur dasar basa nitrogen asam nukleat

deoxythymidine (thymidine)‏ RNA uridine Uracil U DNA deoxythymidine (thymidine)‏ Thymine T cytidine deoxycytidine Cytosine C guanosine deoxyguanosine Guanine G adenosine deoxyadenosine Adenine A Nucleic Acid Nucleoside Base Abbr. 2. Molekul gula dengan 5 atom C (pentosa)‏ Pasa DNA gulanya adalah gula pentosa yaitu 2-deoksirobosa dan pada RNA gulanya adalah ribosa. Perbedaan anatar kedua bentuk gula tersebut yaitu panda atom C no 2.Pada DNA atom C no 2 berikatan dengan atom H, sedangkan panda RNA atom C no 2 berikatan dengan OH.

Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester 3. Gugus fosfat Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester antara atom karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. . Gugus fosfat inilah yang menyebabkan asam nukleat bermuatan negatif kuat. Untaian nukleotida = polinukleotida DNA dan RNA disintesis dalam sel oleh DNA polymerase and RNA polymerases. Untaian pendek dari asam nukleat juga dihasilkan tanpa enzyme oleh oligonucleotida synthesizers PASANGAN BASA DAN DOUBLE STRANDED ASAM NUKLEAT Sebagian besar DNA berada dalam bentuk double helix, yang mana terdiri dari 2 linear DNA yang berikatan berputar satu sama lainnya. Ikatan utama yang membentuk formasi helix ini adalah ikatan antara pasangan basa : bentuk basa A berikatan hydrogen dengan basa T (or U in RNA), dan basa G berikatan hydrogen dengan C. Jika kita campurkan dua ATGC bersamaan , bentuk duplex akan terbentuk

PENEMUAN STRUKTUR MOLEKULAR DARI DNA DOUBLE HELIX Struktur dari Deoxyribose Nucleic Acid (DNA) pertama kali dipublkasikan oleh James D. Watson and Francis crick dalam jurnal : scientific jurnal Nature volume 171 pada halaman 737-738 (tanggal 25 April 1953). Publicasi pertama yang menggambarkan penemuan struktur double helix DNA. Penemuan ini memberikan impact yang utama pada bidang genetik khususnya dan biologi secara umumnya

Interaksi Molekuler Semua molekul dalam sel alkan berinteraksi satu sama lain. Interaksi antar molekul akan menentukan sifat sifat biologis molekul molekul didalam sel. Ineraksi milekular tersebut berupa : Ikatan kovalen : Ikatan yang ada diantara atom atom yang menyusun suatu molekul, misalnya ikatan antara C – H pada CH4. Ikatan ini paling kuat dan paling stabil antara atom. 2. Ikatan non kovalen : Interaksi antara atom yang tidak teriakt secara kovalen. Ikatan nya tidak sekuat ikatan kovalen, namun berperan penting dalam menstabilkan struktur makromolekul dalam sel misalnya asam nukleat dan protein Beberapa ikatan nonkovalen yang penting Ikatan hidrogen Suatu bentuk interaksi lemah antara suatu atom elektronegatif (atom akseptor) dengan hidrogen yang terikat secara kovalen dengan atom lain (donor atom)

Ikatan hidrogen banyak terdapat panda sistem biologis Ikatan hidrogen banyak terdapat panda sistem biologis. Pada asam nukleat ikatan hidrogen menyebabkan terjadinya pasangan antar untaian (interstrand) antar basa nukleotida Misalnya antara adenine dan tymine (A-T) dan antara guanosine dengan cytosine (G-C)‏ 2. Ikatan ionik Ikatan antara atom yang terjadi karena adanya perbedaan muatan pada atom atom yang berinteraksi. Contoh amino aspartat dan glutamat yang bermuatan –, sedangkan lisin, histidin, dan arginin bermuatan + , muatan yang berbeda ini menyebabkan asam amino berikatan ionik. Hal ini yang menyebabkan rantai polipeptida protein dapat berlipat sedemikian rupa, sehingga menjadi lebih bedekatan 3. Interaksi van der waals Terjadi pada jarak atom yang sangat berdekatan 1-2 oA. Terjadi karena distribusi muatan yang tidak simetris. Energi ikatan panda van der waals panda sepasang atom < 1 kcal/mol. Energi ini lebih kecil dibandingkan ikatan hidrogen Contohnya : molekul antibodi dengan molekul antigen spesifiknya antara enzim dengan substratnya yang spesifik.

4. Interaksi hidrofobik. Molekul hidrofobik merupakan molekul molekul nonpolar yang tidak larut dalam air. Gugus samping alifatik dan aromatik suatu protein dan basa basa pada asam nukleat mempunyai sifat nonpolar. Interaksi hidrofobik merupakan kekuatan utama yang menyebabkan terjadinya pelipatan makromolekul misalnya protein dan pembentukan membran.