Biologi Molekuler Mikroorganisme

Pendahuluan ♣ Biologi Molekuler merupakan cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari hubungan antara struktur dan fungsi molekul-molekul hayati serta kontribusi hubungan tersebut terhadap pelaksanaan dan pengendalian berbagai proses biokimia ♣ Secara lebih ringkas dapat dikatakan bahwa Biologi Molekuler mempelajari dasar-dasar molekuler setiap fenomena hayati

Secara garis database genom dibagi : Eukariotik, Bakteria, Archaea, Virus, Viroid Plasmids.

Three Domain of Life Eukaryotic Prokaryotic Archaea

Prokariot: 1. Terdiri dari bakteri dan Cyanobacter (ganggang biru). 2. Sel tidak memiliki: organel & membran yang memisahkan inti dan sitoplasma. DNA bentuk sirkuler. 3. DNA berasosiasi dengan RNA membentuk coil (gulungan) Eukariot: 1. Organisme multiseluler, memiliki organela, Inti terbungkus oleh membran yang memiliki pori- pori yang menghubungkannya dengan sitoplasma. 2. Komponen utamanya ada 2 yaitu : Inti ( anak inti ) tersusun atas kondensasi RNA dengan protein dan kromosom yang tersusun atas DNA yang berasosiasi dengan protein.

Archaea Archaea is prokaryotes; organisms without nucleus but some aspects of their molecular biology are more similar to those of eukaryotes. Saperaud. Source: Wikipedia

Materi Genetik (DNA dan RNA)

Apa itu gen? Gen adalah : unit heriditas suatu organisme hidup Disebut juga dengan pewarisan genetik Gen dikode dalam material genetik organisme, yang kita kenal sebagai molekul DNA (asam deoksiribonukleat), atau RNA (asam ribonukleat)

Dimana gen berada? Gen berada di dalam kromosom, di dalam nukleus sel

chromatin The body contains trillions of cells Chromosomes are threadlike structures composed of DNA molecules Nucleus (center of cell) contains chromosomes and genes The body contains trillions of cells chromatin A gene, a segment of DNA (spiraled double chain) containing the hereditary code

DNA (Deoxyribonucleic acid)

Apa itu DNA?  DNA adalah pembawa informasi genetik di dalam suatu sel Peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme

Sejarah DNA ♣ 1944 Fungsi DNA (Avery dkk) ♣ 1869 DNA diisolasi ♣ 1944 Fungsi DNA (Avery dkk) ♣ 1953 penemuan bentuk DNA double helix (rantai ganda) (Watson-Crick)

Pesan yang disimpan dan dibawa oleh DNA adalah: ♣ Asam amino untuk setiap protein yang disintesis oleh sel ♣ Isyarat mulai dan berhenti bagi sintesis setiap protein ♣ Isyarat yang menentukan protein mana yang perlu dibuat dan berapa banyak molekul yang perlu dibuat

Untaian benang DNA Pasangan benang DNA bukan identik tetapi berpasangan (Komplemen) C berpasangan dengan G, sedangkan A dengan T Kedua benang DNA berpasangan secara antiparallel.

Tiga proses utama dogma pusat materi genetik, yaitu : Replikasi yaitu : perangkaian secara linear satuan DNA membentuk replika atau kopi dari struktur DNA yang lama Transkripsi yaitu : perangkaian secara linear RNA dengan menggunakan bagian yang khas dari untaian DNA sebagai model (RNA sebagai cetakan dan pembawa pesan untuk asam amino) Translasi yaitu : perangkaian secara linear asam amino dengan menggunakan RNA sebagai cetakan dan RNA lain sebagai pembawa dan pengubah asam amino.

Dogma Pusat Materi Genetik DNA Transcription mRNA rRNA tRNA ribosome Translation Protein DNA RNA Protein

Replikasi DNA

Replikasi DNA Adalah : proses penggandaan molekul DNA untai ganda Replikasi DNA Adalah : proses penggandaan molekul DNA untai ganda. Proses replikasi DNA dapat pula dilakukan in vitro dalam proses yang disebut reaksi berantai polimerase (PCR)

DNA Transcription Transcription Translation mRNA Translation Protein

Kerusakan DNA karena UV Jika kerusakan tidak diperbaiki, mutasi permanen akan terjadi. Mutasi CC menjadi TT terjadi jika dimer CC salah berpasangan dengan dua basa adenin. Hal ini yang ditemukan pada gen p53 pada kasus kanker kulit.

RNA (Ribonucleic acid)

Asam ribonukleat Adalah : senyawa yang merupakan bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik.

Struktur RNA Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah nukleotida.

Tipe-tipe RNA 1. tRNA (transfer RNA) 2. mRNA (messanger RNA) 3. rRNA (ribosamal RNA)

RNA TRANSFER (TRANSFER RNA, tRNA) Dibentuk oleh DNA, berada dalam sitoplasma Merupakan RNA terpendek Berperan menterjemahkan kodon dari mRNA dan mengangkut asam amino yang sesuai dengan mRNA dari sitoplasma ke ribosom utk disusun menjadi protein

RNA RIBOSOM (RIBOSOMAL RNA, rRNA) Dibentuk oleh DNA, banyak terdapat di dalam ribosom Berperan sebagai mesin rakit asam amino pada proses sintesis protein dan bergerak ke satu arah sepanjang mRNA

RNA DUTA (MESSENGER RNA, mRNA) Dibentuk oleh DNA di dalam nukleus Merupakan RNA terpanjang Berperan membawa kode genetik dari DNA

Transkripsi adalah Pembentukan mRNA dari salah satu pita DNA dengan bantuan enzim RNA polimerase. mRNA membawa pesan DNA untuk memilih polipeptida yang sesuai dalam sintesis protein Translasi adalah Proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein

Hubungan transkripsi dan translasi

Sifat yang membedakan DNA RNA Gula yang menyusun deoksiribosa ribosa Bentuk normal Double stranded dan single stranded Single stranded Basa purin Basa pirimidin Guanin, Adenin Timin, Sitosin Urasil, Sitosin Jenis/macam Hanya satu 3, RNA duta; RNA transport; RNA ribosom Tempat Inti Inti sitoplasma dan ribosom Kadar Tetap Berubah tergantung aktifitas sintesis protein

Protein

Protein adalah sumber asam-asam amino yang mengandung unsur-unsur C, H, O, dan N yang tidak dimiliki oleh lemak atau karbohidrat. Sebagai zat pembangun, protein merupakan bahan pembentuk jaringan-jaringan baru yang selalu terjadi dalam tubuh dan mempertahankan jaringan yang telah ada.

Di dalam setiap sel yang hidup, protein merupakan bagian yang sangat penting. Pada sebagian besar jaringan tubuh, protein merupakan komponen terbesar setelah air. Kekurangan protein dalam waktu lama dapat mengganggu berbagai proses dalam tubuh dan menurunkan daya tahan tubuh terhadap penyakit.

EKSPRESI GEN

Ekspresi gen adalah : Proses transformasi informasi genetik melalui transkripsi dan translasi untuk pembentukan protein atau enzim suatu rangkaian proses kompleks yang melibatkan banyak faktor

♣ Ekspresi gen atau sintesis protein dapat diatur, dihidupkan atau dimatikan seperti aliran listrik ♣ Proses pengaturan ini dilakukan dengan cara menghentikan produksi enzim, melalui penghentian ekspresi gen penyandinya ♣ Mekanisme pengaturan ekspresi gen disebut regulasi ekspresi gen

Secara umum di dalam setiap jasaf hidup, baik prokariot maupun eukariot ada dua sistem pengaktifan ekspresi gen yaitu : 1. ekspresi gen secara konstitutif 2. ekspresi gen secara induktif

Secara konstitutif berarti: selalu diekspresikan dalam keadaan apapun Contoh : kelompok gen yang bertanggung jawab terhadap metabolisme dasar seperti metabolisme energi atau sintesis komponen seluler

Ekspresi gen secara induktif artinya : gen yang hanya diekspresikan jika ada keadaan yang memungkinkan atau ada proses induksi Misal : gen pada tanaman yang stress kekeringan

Regulasi Prokariot Contoh 1 : Apabila suatu ketika E. coli ditumbuhkan pada medium yang sumber karbonnya bukan glukosa melainkan laktosa, maka enzim pemecah (Katabolisme) laktosa akan disintesis, sesuatu yang tidak biasa dilakukannya.  Untuk itu, gen-gen penyandi berbagai enzim yang terlibat dalam pemanfaatan laktosa akan diekspresikan (turned on). 

Sebaliknya, dalam keadaan normal, yaitu ketika tersedia glukosa sebagai sumber karbon, maka gen-gen tersebut tidak diekspresikan (turned off). Proses yang terjadi ketika ekspresi gen merupakan respon terhadap keberadaan suatu zat di lingkungannya dikenal sebagai induksi, sedangkan zat atau molekul yang menyebabkan terjadinya induksi disebut sebagai induser. Jadi, dalam contoh ini laktosa merupakan induser.

Contoh 2 : Salmonella typhimurium mempunyai sejumlah gen yang menyandi enzim-enzim untuk biosintesis triptofan. Dalam medium pertumbuhan yang tidak mengandung triptofan, S. typhimurium akan mengekspresikan (turned on) gen-gen tersebut. Akan tetapi, jika suatu saat ke dalam medium pertumbuhannya ditambahkan triptofan, maka gen-gen tersebut tidak perlu diekspresikan (turned off).

Proses pemadaman (turn off) ekspresi gen sebagai respon terhadap keberadaan suatu zat di lingkungannya dinamakan represi, sedangkan zat yang menyebabkan terjadinya represi disebut sebagai korepresor. Jadi, dalam contoh ini triptofan merupakan korepresor.

Terima kasih….