PENGANTAR BIOLOGI MOLEKULER Dr. E. Bimo Aksono H, M.Kes.,Drh

PENGERTIAN BIOLOGI MOLEKUL CABANG ILMU YANG MEMPELAJARI : STRUKTUR SIFAT PERAN/FUNGSI BIOMOLEKUL DALAM PELAKSANAAN SEGALA ASPEK FUNGSI KEHIDUPAN

PERKEMBANGAN BIOLOGI MOLEKUL BIOLOGI KIMIA ILMU FAAL ILMU BIOKIMIA BI0LOGI MOLEKUL

LINGKUP ILMU YANG DIPELAJARI BIOLOGI : MEMPELAJARI ORGANISMA (MAKHLUK HIDUP) SECARA KESELURUHAN ILMU BIOKIMIA : MEMPELAJARI SUSUNAN KIMIA & PROSES-PROSES KIMIA DALAM TUBUH MAKHLUK HIDUP BIOLOGI SEL : MEMPELAJARI UNIT TERKECIL ORGANISME

ORGANISMA DARI SUDUT PANDANG BIOLOGI MOLEKUL ORGANISMA MERUPAKAN KUMPULAN BIOMOLEKUL YANG TERTATA RAPI DAN RUMIT. KOMPOSISI BIOMOLEKUL MENENTUKAN SIFAT-SIFAT KHAS YANG DIMILIKI SETIAP ORGANISME FUNGSI-FUNGSI KEHIDUPAN MERUPAKAN MANIFESTASI DARI INTERAKSI ANTAR MOLEKUL DALAM ORGANISMA.

KEDUDUKAN BIOLOGI MOLEKUL ILMU (SAINS, SCIENCE) : * ILMU DASAR (BASIC SCIENCES) * ILMU TERAPAN (APPLIED SCIENCES) ILMU KEDOKTERAN Veteriner : ILMU TERAPAN/ILMU KLINIS YANG MEMPELAJARI : PENYEBAB , PATOGENESIS TERAPI

PERAN BIOLOGI MOLEKUL DALAM ILMU KEDOKTERAN Veteriner BERUSAHA MENGETAHUI DASAR MOLEKULER PATOGENESIS, SEHINGGA PADA AKHIRNYA DAPAT DIGUNAKAN UNTUK MEMBERIKAN TERAPI YANG LEBIH RASIONAL & TERARAH

ORGANISMA LIFE FUNCTIONS : 1. REPRODUKSI/REPLIKASI 2. PEWARISAN SIFAT-SIFAT 3. TUMBUH KEMBANG 4. METABOLISME PENGADAAN ENERGI 5. MEMPERTAHANKAN HOMEOSTASIS 6. TRANSPORT ANTAR & INTRASEL 7. KOMUNIKASI ANTAR SEL.

DIPANDANG DARI KEMAMPUAN MENGUBAH SENYAWA KIMIA, ORGANISMA DIBAGI : ORGANISMA AUTOTROFIK : Hanya memerlukan SENYAWA INORGANIK (CO2, H2O, NH3) untuk membentuk senyawa yang dibutuhkan. ORGANISMA HETEROTROFIK : memerlukan SENYAWA ORGANIK (CARBON) untuk kehidupannya. Hanya Dapat mensintesis Sebagian biomolekul, sebagian yang lain harus dari luar.

SEL 1. SEL MERUPAKAN UNIT TERKECIL ORGANISMA YANG APABILA DIPISAHKAN MASIH MAMPU HIDUP SECARA MANDIRI. 2. SEL MASIH MENUNJUKKAN SEMUA FUNGSI-FUNGSI KEHIDUPAN 3. SEL TERDIRI DARI MOLEKUL - MOLEKUL (BIOMOLEKUL)

JENIS SEL BERDASARKAN STRUKTUR : SEL PROKARIOTA SEL EUKARIOTA BERDASAR STRUKTUR SELNYA, ORGANISMA DIBAGI MENJADI : ORGANISMA PROKARIOTA ORGANISMA EUKARIOTA

PERBEDAAN SEL EUKARIOTA & SEL PROKARIOTA INTI SEL : + ORGANEL SEL + DNA : TERIKAT PADA PROTEIN : HISTON, MEMBENTUK NUKLEOSOM mRNA :PERLU PENGOLAHAN PASCA TRANSKRIPSI MONOKISTRONIK MEMILIKI CAP & POLY-A TAIL

PROKARIOTA : INTI SEL : - ORGANEL SEL : - DNA : TELANJANG mRNA : TIDAK PERLU PENGOLAHAN POLIKISTRONIK TIDAK MEMILIKI CAP & POLY-A TAIL.

Prokaryotic Cell

Eukaryotic Cell

VIRUS? ORGANISMA TIDAK SEMPURNA! MEMPUNYAI CIRI REPRODUKSI & PERTUMBUHAN HANYA JIKA BERADA DALAM SUATU SEL.

VIRUS BENTUK DILUAR SEL : VIRION VIRION SEDERHANA , TERDIRI DARI : * INTI (CORE) : DNA/RNA * NUKLEOKAPSID : PROTEIN VIRION KOMPLEKS : INTI, NUKLEOKAPSID, ENVELOP (LIPID BILAYER), ENZIM (SEBAGIAN) Contoh : virus PMK (DNA),virus AI (RNA)

Influenza Virus

BIOMOLEKUL: SENYAWA-SENYAWA KIMIA YG SECARA ALAMI HANYA DITEMUKAN DALAM TUBUH ORGANISMA ATAU SISA ORGANISMA (SETELAH ORGANISMA TERSEBUT MATI) ATOM-ATOM PENYUSUN BIOMOLEKUL : C, H, O, N, S, P

FUNGSI BIOMOLEKUL : A. KOMPONEN STRUKTURAL SEL : PENYUSUN TUBUH ORGANISMA, MISAL: MEMBRAN SEL, SITOSKELETON, MATRIKS SEL B. KOMPONEN FUNGSIONAL SEL : DIPERLUKAN UNTUK MELAKSANAKAN FUNGSI-FUNGSI KEHIDUPAN, MISAL : ENZIM , HORMON, ANTIBODI, DNA, RNA, ATP.

C. CADANGAN ENERGI ; MISAL: TRIASILGLISEROL, GLIKOGEN D. LIMBAH : TIDAK MEMPUNYAI FUNGSI SISA METABOLISME MISAL : UREUM , ASAM URAT

PEMBAGIAN BIOMOLEKUL BERDASAR KERUMITAN STRUKTUR & BERAT MOLEKULNYA : A. SENYAWA SEDERHANA : ASAM AMINO, ASAM LEMAK B. MAKROMOLEKUL : POLISAKARIDA, POLIPEPTIDA (PROTEIN) POLINUKLEOTIDA (DNA, RNA)

PEMBAGIAN BIOMOLEKUL BERDASAR KELARUTANNYA 1. SENYAWA HIDROFILIK : PROTEIN, GLUKOSA, ASAM AMINO 2. SENYAWA HIDROFOBIK : TRIASILGLISEROL, KOLESTEROL ESTER 3. SENYAWA AMPIFILIK : PENYUSUN MEMBRAN SEL : SFINGOMIELIN, KOLESTEROL, SEREBROSIDA

MAKROMOLEKUL : BERUPA POLIMER : - HOMOPOLIMER : UNIT PEMBENTUK (MONOMER) SAMA - HETEROPOLIMER : UNIT PEMBENTUK TIDAK SAMA

JENIS-JENIS POLIMER : A. POLINUKLEOTIDA ( ASAM NUKLEAT): HETEROPOLIMER DENGAN UNIT PEMBENTUKNYA : NUKLEOTIDA (BASA N, PENTOSA, ASAM FOSFAT). IKATAN ANTAR UNIT : FOSFODIESTER UJUNG RANTAI : 5’ (FOSFAT) 3’ (HIDROKSI)

B. POLIPEPTIDA : HETEROPOLIMER UNIT PEMBENTUK :ASAM AMINO IKATAN ANTAR UNIT : IKATAN PEPTIDA UJUNG RANTAI : UJUNG N (NH2, AMINO) UJUNG C (COOH, KARBOKSI)

C, POLISAKARIDA : HOMO/HETEROPOLIMER UNIT PEMBENTUKNYA : GULA SEDERHANA : GLUKOSA, GALAKTOSA, MANNOSA, FRUKTOSA GULA AMINO : GLUKOSAMIN, GALAKTOSAMIN ATAU ASAM URONAT : ASAM GLUKURONAT

FUNGSI POLISAKARIDA : TERUTAMA SEBAGAI CADANGAN ENERGI & KOMPONEN STRUKTURAL SEL. IKATAN ANTAR UNIT : IKATAN GLIKOSIDA UJUNG RANTAI : TIDAK ADA NAMA KHUSUS

PENURUNAN SIFAT MAKHLUK HIDUP GEN : 1865 MENDEL: MELAKUKAN PERCOBAAN DENGAN KACANG POLONG & MENEMUKAN BAHWA SIFAT-SIFAT ORGANISMA DIWARISKAN DARI INDUK KE ANAK TURUNNYA MELALUI SUATU “FAKTOR PEWARISAN” (HEREDITARY FACTOR). SAAT ITU BELUM DISEBUT GEN

1944 AVERY, MAC LEOD & Mc. CARTHY MEMBUKTIKAN BAHWA GEN ADALAH DNA 1953 WATSON & CRICK MENEMUKAN STRUKTUR HELIKS GANDA DNA BAGAIMANA SUATU MOLEKUL, DNA MEMPENGARUHI SINTESA PROTEIN? PERLU DIBAHAS STRUKTUR DNA & RNA

Language of Genetics DNA RNA Protein Central Dogma Phenotype Proteins Genotype DNA RNA Protein Transcription Translation

DNA (DEOXYRIBONUCLEIC ACID) KOMPOSISI : BASA : ADENIN (A) GUANIN (G) TIMIN (T) SITOSIN (C) GULA : 2- DEOKSI RIBOSA BERKAS (UTAS) : GANDA : - KOMPLEMENTER - ANTIPARALEL

INFORMASI GENETIK DALAM RANGKAIAN NUKLEOTIDA : 1. SUMBER INFORMASI BAGI SINTESIS SEMUA MOLEKUL PROTEIN PADA SEL MAUPUN ORGANISMA. 2. INFORMASI YANG DIWARISKAN KEPADA SEL-SEL ANAK ATAU GENERASI BERIKUTNYA

KEDUA FUNGSI DI ATAS PERLU SYARAT : 1. MOLEKUL DNA HARUS BERFUNGSI SEBAGAI TEMPLATE (CETAKAN)----> TRANSKRIPSI UNTUK MOLEKUL RNA. 2. REPLIKASI INFORMASI KEDALAM MOLEKUL-MOLEKUL DNA TURUNAN NYA

KEDUA UTAS MOLEKUL DNA YANG BARU : * MASING-MASING MENGANDUNG 1 UTAS YANG KOMPLEMENTER DARI MOLEKUL INDUK BERUTAS GANDA *SETIAP SEL TURUNAN MENGANDUNG MOLEKUL DNA DENGAN INFORMASI IDENTIK DENGAN YANG DIMILIKI SEL INDUKNYA

BEDA DNA DENGAN RNA JENIS PENTOSA : DEOKSI RIBOSA (PADA DNA) & RIBOSA (PADA RNA) JENIS BASA NITROGEN : ADENIN, TIMIN, GUANIN, SITOSIN (PADA DNA) ADENIN, URASIL, GUANIN, SITOSIN (PADA RNA)

DNA : - SUATU MOLEKUL PANJANG BERBENTUK DOUBLE HELIX - SETIAP SEGMEN SPESIFIK DARI DNA MENGANDUNG INSTRUKSI UNTUK MEMBUAT PROTEIN SPESIFIK SEGMEN SPSESIFIK INI DISEBUT GEN

RNA -MAKROMOLEKUL (POLIPEPTIDA) YANG TERBENTUK DARI RANTAI PANJANG UNIT-UNIT ASAM AMINO - TERDAPAT 20 MACAM ASAM AMINO PEMBENTUK PROTEIN - 3 JENIS NUKLEOTIDA MENENTUKAN 1 JENIS ASAM AMINO (TRIPLET CODE)

MUTASI PADA URUTAN DNA MENYEBABKAN PERUBAHAN URUTAN ASAM AMINO -----> PERUBAHAN PROTEIN MUTASI : TITIK (DELESI, INSERSI) FRAME SHIFT MUTATION

SEL Inti → kromosom → gen Sitoplasma Sel somatis orgs tkt tinggi : 1 set krom. diploid (46 krom) : 23 ps kromosom homolog yi 22 ps autosom + 1 ps krom sex (XX dan XY)

Ada 2 jenis pembelahan sel : MEIOSIS dan MITOSIS

Haploid genome / genome - N krom haploid dr suatu spesies + gen2nya. Pd mans mengandung 3,5 X 10 9 bp terdiri 1,7 X 107 nukleosom Diploid genome – 2N 1 set krom dr suatu spesies dan gen2nya. Pd mans mengandung 7 X109bp terbg dlm 23 krom → mengkode 3 juta ps gen

Pada kenyataan pd mans hanya trdpt 30. 000 – 100. 000 protein esensial Pada kenyataan pd mans hanya trdpt 30.000 – 100.000 protein esensial. Jadi ada bag DNA yg tdk diekspresikan → non coding DNA Ada segmen2 DNA merupakan : gen2 struktural Gen2 regulator

GEN STRUKTURAL Suatu gen yg memberikan informasi (kode) pd sintesis suatu protein→ segmen DNA ini menentukan urutan asam amino rantai polipeptida / prot

KROMOSOM ADALAH GEN-GEN YANG “BERBARIS” DI SEPANJANG DNA, YANG TERKUMPUL DALAM SUATU STRUKTUR ----> KROMOSOM MANUSIA : 46 KROMOSOM : 22 PASANG AUTOSOM 1 PASANG SEKS KROMOSOM

KROMOSOM

KROMOSOM

ALEL DALAM TUBUH MANUSIA TERDAPAT 2 SET KROMOSOM YANG SALING BERPASANGAN PASANGAN DALAM MASING-MASING KROMOSOM DISEBUT : ALEL ALEL SETIAP GEN MENEMPATI TEMPAT (LOKUS) YANG SAMA PADA KROMOSOM YANGBERPASANGAN FUNGSI ; MENGONTROL KARAKTERISTIK YG SAMA

BERDASAR DOMINANSINYA, ALEL DIBAGI : 1. ALEL DOMINAN 2. ALEL RESESIF

MEIOSIS Pd hewan terjadi selama pembentukan gamet / sel seks (sel telur,sperma) - haploid Ada 2 kali pembelahan sel →4 sel anak msg2 mengandung 1 dr tiap jenis krom (juml krom=½sel induk) Sel anak (haploid) secara genetik tidak identik dg sel induk (diploid)

MITOSIS : Pembelahan sel somatis → sel anak (daughter cells) yg secara genetik identik dg sel induk (parent cell)

MITOSIS :

KROMOSOM (dlm inti sel) Struktur spt benang pd sel, virus dimana didptkan komponen2 yg berhubungan dg faktor keturunan Kromosom eukaryotik mengandung 1 mol DNA double helix yg sangat besar → mengandung banyak sekali gen Dibagi dlm bag2→ tiap bag mengawasi trait tertentu

KROMATIN:serat2 yg menyusun krom eukaryotik GEN : Terletak dlm krom→diturunkan ALLELE : Btk alternatif suatu gen pd posisi yg sm dlm suatu ps krom dan mempengaruhi trait yg sama

SEX LINKED GENE : Gen2 pd krom sex yg tdk berkaitan dg perkembangan sex tetapi berkaitan dg trait2 yg lain TRAIT : Aspek tertentu individu mis tinggi badan

KROMOSOM HOMOLOG : Krom yg berps pd sel diploid Memp morfologi yg sm + mengandung gen2 yg membawahi sifat2 yg sm CROSSING OVER (PERSILANGAN) : Proses pertukaran materi genetik antara kromatid2 dr krom yg homolog selama meiosis

CELL CYCLE

CELL CYCLE :

REGULASI CELL CYCLE Cdk (Cyclin dependent kinase) MPF (Maturation Promoting Factor) p53 → menghambat siklus sel p27 → menghambat Cdk

Interphase: Interphase generally lasts at least 12 to 24 hours in mammalian tissue. During this period, the cell is constantly synthesizing RNA, producing protein and growing in size. By studying molecular events in cells, scientists have determined that interphase can be divided into 4 steps: Gap 0 (G0), Gap 1 (G1), S (synthesis) phase, Gap 2 (G2). Gap 0 (G0): There are times when a cell will leave the cycle and quit dividing. This may be a temporary resting period or more permanent. An example of the latter is a cell that has reached an end stage of development and will no longer divide (e.g. neuron). Gap 1 (G1): Cells increase in size in Gap 1, produce RNA and synthesize protein. An important cell cycle control mechanism activated during this period (G1 Checkpoint) ensures that everything is ready for DNA synthesis. (Click on the Checkpoints animation, above.) S Phase: To produce two similar daughter cells, the complete DNA instructions in the cell must be duplicated. DNA replication occurs during this S (synthesis) phase. Gap 2 (G2): During the gap between DNA synthesis and mitosis, the cell will continue to grow and produce new proteins. At the end of this gap is another control checkpoint (G2 Checkpoint) to determine if the cell can now proceed to enter M (mitosis) and divide. Mitosis or M Phase: Cell growth and protein production stop at this stage in the cell cycle. All of the cell's energy is focused on the complex and orderly division into two similar daughter cells. Mitosis is much shorter than interphase, lasting perhaps only one to two hours. As in both G1 and G2, there is a Checkpoint in the middle of mitosis (Metaphase Checkpoint) that ensures the cell is ready to complete cell division. Actual stages of mitosis can be viewed at Animal Cell Mitosis.

SEKIAN DAN TERIMA KASIH