Sri Dwi Hastuti, S.Pi, M.Aqua BIOTEKNOLOGI PERIKANAN Struktur Sel, DNA dan RNA Replikasi DNA dan Sintesis Protein Sri Dwi Hastuti, S.Pi, M.Aqua

Struktur Sel

Nucleus (Inti sel) Setiap sel makhluk hidup mempunyai nucleus (inti sel) dimana didalamnya terdapat nucleoplasma Nucleus berperan dalam: Menyimpan informasi genetik Duplikasi DNA Transkripsi  dalam sintesis protein

Dalam nucleoplasma terdapat chromosomes (chromatin pada saat pembelahan sel) yang strukturnya sebagian besar terdiri dari DNA dan protein Dalam nucleus juga terdapat nucleoli (anak inti) yang aktif dalam sintesis protein. Nucleoli dalam suatu sel dapat berjumlah satu atau lebih.

Nucleoli berperan dalam sintesis dan penyusunan molekul RNA dan pembentukan sejumlah besar protein ribosom sebelum ditransfer ke sitoplasma.

Nucleic Acids (Asam nukleat) Dalam tubuh setiap makhluk hidup mengandung asam nukleat. Merupakan makromolekul. Bentuknya bisa berupa DNA (deoxyribonucleic acid) dan RNA (ribonucleic acid) Beberapa organisme bersel tunggal seperti virus tubuhnya hanya terdiri dari DNA atau RNA saja

DNA - “Kode Kehidupan” DNA mempunyai cetakan untuk membangun individu makhluk hidup Kode genetik bersifat universal

Struktur Materi Hereditas Percobaan pada tahun 1950an menunjukkan bahwa DNA membawa sifat hereditas Pada 1953 – Watson dan Crick menemukan bahwa sturktur DNA adalah suatru rantai ganda

Watson-Crick Model

DNA DNA merupakan penyimpan utama dari material genetic (informasi genetik). DNA merupakan suatu polymer (polynucleotides) dimana 1 unit (monomer) dari DNA adalah nucleotides. Urutan nukleotida di sepanjang DNA berperan sebagai sandi untuk menyampaikan semua informasi yang diperlukan untuk memerintahkan sel agar membuat segala sesuatu yang diperlukan bagi kehidupan Setiap nucleotide tdd: - Basa nitrogen purine (adenine, guanine) atau pyrimidine (cytosine, thymine) - deoxyribose sugar (gula deoksiribosa) - 1,2 or 3 phosphate groups.

Struktur DNA (Watson dan Crick) Struktur DNA adalah double helix ( rantai ganda), dengan rangkanya yang terdiri dari deoxyribose—phosphate—deoxyribose—phosphate— Terdapat ikatan hidrogen diatara rantai yang saling berhadapan Basa Purine dan pyrimide yang terikat kepada gula deoxyribose, dapat berputar bebas. DNA membentuk pasangan basa yang spesifik A-T(2 H-bonds), G-C (3 H-bonds). Kedua rantai DNA saling berhadapan disebut antiparallel

Struktur DNA

Struktur DNA

Basa Nitrogen

Gula deoksiribosa dan Phospat

IKATAN HIDROGEN

Jumlah Carbons

Rantai antiparallel A T G C G A T C T A C G

RNA Struktur rantai tunggal, namun cukup kompleks Struktur pembentuk rantai sama seperti DNA yaitu terdiri dari ribose, phosphatase, basa purin (A,G) dan pyrimidine (C, U) Types of RNA: -messenger RNA berperan membawa kode genetik dalam sequencing asam amino -transfer RNA berperan dalam identifikasi dan transfer asama amino ke ribosom -ribosomal RNA berperan merupakan bagian dari ribosom yang berfungsi dalam pembentukan protein(polypeptide)

Perbedaan DNA RNA Letak Sebagian besar di nukleus, sedikit di mitochondria dan kloroplast Dalam sitoplasma, nucleolus dan kromosom Pyrimidine bases Cytosine Thymine Urasil Purine bases Adenine Guanine Pentose deoxyribose ribose Hydrolizing enzyme Deoxyribonuclease (DNase) Ribonuclease (RNase) Peranan Genetic information Synthesis of proteins

Genes dan molekul DNA Suatu gen merupakan suatu urutan basa yang menempati suatu lokasi spesifik pada molekul DNA Gen ini mengontrol sifat khusus dengan membuat suatu protein khusus dalam jumlah tertentu

or or one base pair in-text, p. 195

transcribed DNA winds up again DNA to be transcribed unwinds sugar-phosphate backbone of one strand of nucleotides in a DNA double helix newly forming RNA transcript the DNA template at the assembly site sugar-phosphate backbone of the other strand of nucleotides part of the sequence of base pairs in DNA growing RNA transcript 3’ 5’ 3’ 5’ direction of transcription 3’ 5’ RNA polymerase Fig. 13.4, p. 202-3

Replikasi DNA

DNA terdiri dari dua rantai nukleotida yang saling berikatan karena adanya ikatan hidrogen Ikatan hidrogen antara dua rantai tersebut mudah sekali terputus Setiap rantai tunggal kemudian berperan sebagai cetakan untuk pembentukan rantai baru

new old old new

DNA diduplikasi oleh Enzyme: enzyme DNA polymerase melepaskan ikatan rantai DNA, menangkap nukleotida bebas, memasangkan dengan nkleotida baru yang sesuai dan membentuk ikatan yang baru enzymes lain mengoreksi setiap kesalahan untuk memastikan tidak ada kesalahan sedikitpun

Replikasi DNA berlangsung selama mitosis dan meiosis, untuk membuat sel baru new old old old Fig. 12.9, p. 196

SINTESIS PROTEIN transcription translation DNA RNA Protein

What makes a whale a whale? Proteins: Organisms adalah unik karena keunikan protein masing-masing dan … Bagaimana protein tersebut diorganisasi selama pertumbuhan

Protein Merupakan suatu rantai asam amino yang dibentuk oleh elemen C, H, N, O. Terdapat 20 jenis Asam amino Rantai asam amino kemudian bergabung dan berlipat-lipat menjadi bentuk tiga dimensi

Bagaimana DNA mengontrol perkembangan suatu organisme? DNA membedakan karakteristik suatu organisme karena perbedaan urutan asam amino dalam semua protein yang terdapat pada organisme tersebut

GENETIC CODE Setiap asam amino (20 amino acids) diwakili oleh tiga basa yang disebut dengan kodon Setiap kodon mengkodekan satu jenis asam amino Urutan basa akan menentukan urutan asam amino dalam protein Pembentukan protein berlangsung dalam suatu tahapan proses yang disebut dengan sintesis protein

Fig. 13.7, p. 204

Tahap 1: Transkripsi DNA dipisahkan dengan rantai pasangannya dan messenger RNA mengkopi kode genetik

Transkripsi Gen DNA to be transcribed DNA winds up again transcribed unwinds transcribed DNA winds up again mRNA transcript RNA polymerase

Tahap 2- Pemotongan RNA RNA dipotong Introns (Non- coding sequences) dibuang Exons (Expressed sequences) tetap dibiarkan

unit of transcription in a DNA strand exon intron exon intron exon 3’ 5’ transcription into pre-mRNA cap poly-A tail 5’ 3’ snipped out snipped out 5’ 3’ mature mRNA transcript Fig. 13.5, p. 203

Tahap 3 : Messenger RNA mengambil kode tersebut dan menuju ke ribosom di sitoplasma Transfer RNA mengambil asam amino tertentu dan menuju ribosom

Tahap 4 :Translation Di dalam ribosom, kode tersebut dibaca dan ditranslasikan ke dalam bentuk suatu urutan asam amino Rantai asam amino akan melipat-lipat dan bergabung menyatu membentuk protein akhir

Sintesis Protein

Fig. 13.10c, p. 206-7

TRANSCRIPTION Unwinding of gene regions of a DNA molecule Pre mRNA Transcript Processing mRNA rRNA tRNA protein subunits Mature mRNA transcripts ribosomal subunits mature tRNA Convergence of RNAs TRANSLATION Cytoplasmic pools of amino acids, tRNAs, and ribosomal subunits Synthesis of a polypetide chain at binding sites for mRNA and tRNA on the surface of an intact ribosome Destined for use in cell or for transport FINAL PROTEIN Fig. 13.14, p. 210

Sintesis Protein Instruksi pada DNA ditranskripsi (dituliskan kembali) dalam bentuk serupa kemudian ditranslasi (diubah) menjadi bahasa protein. Pertama2 pesan ditranskripsi menjadi jenis molekul lain yang dikenal sebagai RNA kurir (mRNA). Secara kimiawi mRNA sangat serupa dengan DNA, molekul ini juga dapat mengenali basa pada untaian DNA dan melalui proses pengenalan mRNA bekerja menyalin gen yang dibentuk.

Sintesis Protein Proses mentranslasi instruksi pada mRNA menjadi btk protein kemudian dapat dimulai. Urutan basa pada molekl mRNA menentukan urutan asam amino pada protein. Kata-kata pada bahasa mRNA terdiri atas kelompok2 tiga basa berurutan, disebut kodon. Setiap kodon menyampaikan perintah kepada mesin selular yang mensintesis protein bahwa asam amino tertentu hrs digabungkan menjadi protein pada tempat tertentu

Sintesis Protein pada Ribosom

Sintesis Protein Translasi mRNA melibatkan puluhan jenis molekul, diantaranya (rRNA dan tRNA). Keduanya tidak membawa kode genetik, tetapi membantu sel membaca informasi yang terkandung pada mRNA. Sekali mRNA dibuat, molekul ini meninggalkan inti sel dan masuk tubuh utama sel. Disini struktur globular yang dikenal dengan nama Ribosom melekat pada mRNA tersebut. Pada ribosom terdapat rRNA.Sekali Ribosom berikatan dengan mRNA, tRNA menjalankan tugasnya. Terdapat berbagai jenis tRNA dan masing2 mampu mengenali golongan tertentu dari ketiga basa (kodon) pada mRNA. Setiap jenis tRNA membawa hanya satu jenis asam amino tertentu

Sintesis Protein

Sintesis Protein Setelah sel selesai menyusun suatu rantai asam amino, rantai ini mulai melipat dirinya sendiri. Bentuk umum protein adalah rantai berputar dan melekuk membentuk struktur tiga dimensi yang kompleks. Pelipatan ini diatur oleh tenaga kimia. Bentuk akhir molekul protein ditentukan oleh urutan asam amino yang menyusun protein tersebut.

Replikasi DNA dan Sintesis Protein

Jenis-jenis Asam Amino sebagai Penyusun Protein