PEWARISAN PADA TINGKAT SEL DAN MOLEKUL

1
PEWARISAN PADA TINGKAT SEL DAN MOLEKUL

•  Sebagai substansi hereditas sekarang dikenal 2
  asam nukleat yaitu 1. DNA (Deoxiribo Nucleic
  Acid).
• 2. RNA (Ribo Nucleic Acid).
• 1. DNASejarah
• Pertama DNA diisolir oleh F. Miescher (1869) dari
  sel spermatozoa dan dari nukleus sel-sel darah
  merah burung, tetapi ia tidak dapat mengenal
  sifat kimianya yang pasti dan menamakannya
  NUKLEIN.

2

• Dalam tahun 1880 Fischer dapat mengenal adanya
  zat-zat pirimidin dan purin di dalam asam
  nukleat,
• Kossel menemukan 2 pirimidin yaitu Sitosin dan
  Timin, dan 2 purin yaitu Adenin dan Guanin
• Levine (1910) ahli dari Rusia mengenal 5 karbon
  ribose dan menemukan gula deoksiribose di dalam
  asam nukleat, juga menyatakan ada pospat dalam
  asam nukleat
• Robert Feulgen (1914) menunjukkan tes warna untuk
  DNA yg dikenal dengan reaksi Feulgen

3
Avery, Macleod dan Mc Carthy (1944) membuktikan
bahwa DNA mempunyai hubungan langsung dengan
keturunan Chargraff (1947) membuat studi kimia
dari DNA dan membuktikan bahwa DNA terdiri dari
basa purin dan pirimidin dan bahwa Adenin dan
Timin terdapat dalam proporsi yang sama, begitu
pula Sitosin dan Guanin. Wilkins dkk (1950)
dengan cara diffraksi sinar X menemukan bahwa
basa-basa purin dan pirimidin di dalam molekul
DNA terletak dengan jarak 3,4 Anstrom (1
angstrom 0,001 mikron 0,000001mm). Mereka juga
mengemukakan bahwa molekul DNA tidak berbentuk
sebagai garis lurus tetapi merupakan bentuk
berpilin sebagai spiral dan setiap 34 Angstrom
merupakan satu spiral penuh
4
Watson dan Crick (1953) menyatakan bahwa DNA
berbentuk spiral dobel yang berpilin (double
helix) dan memperlihatkan berbagai aktivitas dari
molekul DNA. Kornberg (1957) membuktikan
kebenaran model double helix dari DNA yang
dikemukakan Watson dan Crick dengan cara membuat
molekul DNA dalam sistem sel bebas. Dalam tahun
1967 Kornberg membuat molekul DNA dari 6000
nukleotida. Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal
dengan DNA (bahasa Inggris deoxyribonucleic
acid), adalah sejenis asam nukleat yang tergolong
biomolekul utama penyusun berat kering setiap
organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di
dalam inti sel.
5
(No Transcript)
6

• Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel
  adalah sebagai materi genetik artinya, DNA
  menyimpan kode genetik untuk aktivitas sel.
• Fungsi tersebut berlaku umum bagi setiap
  organisme, perkecualian yang menonjol adalah
  beberapa jenis virus, seperti HIV (Human
  Immunodeficiency Virus).
• DNA merupakan polimer yang terdiri dari tiga
  komponen utama, yaitu gugus fosfat, gula
  deoksiribosa, dan basa nitrogen.
• Sebuah unit monomer DNA yang terdiri dari ketiga
  komponen tersebut dinamakan nukleotida, sehingga
  DNA tergolong sebagai polinukleotida.

7

• Rantai DNA memiliki lebar 20 Å, sementara panjang
  satu unit nukleotida 3,4 Å. Walaupun unit monomer
  ini sangatlah kecil, DNA dapat memiliki jutaan
  nukleotida yang terangkai seperti rantai.
  Misalnya, kromosom terbesar pada manusia terdiri
  atas 220 juta nukleotida.
• Struktur untai komplementer DNA menunjukkan
  pasangan basa (adenin dengan timin dan guanin
  dengan sitosin) yang membentuk DNA beruntai ganda
  yang modelnya pertama kali dibuat oleh James D.
  Watson (Amerika Serikat) dan Francis Crick
  (Inggris) tahun 1953, diperbaiki modelnya oleh
  Wilkins.

8
Struktur DNA (Double Helix)
9

• Rangka utama untai DNA terdiri dari gugus fosfat
  dan gula yang berselang-seling. Gula pada DNA
  adalah gula pentosa (berkarbon lima), yaitu
  2-deoksiribosa. Dua gugus gula terhubung dengan
  fosfat melalui ikatan fosfodiester antara atom
  karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom
  karbon kelima pada gula lainnya. Salah satu
  perbedaan utama DNA dan RNA adalah gula
  penyusunnya gula RNA adalah ribosa.
• DNA terdiri atas dua untai yang berpilin
  membentuk struktur heliks ganda. Pada struktur
  heliks ganda, orientasi rantai nukleotida pada
  satu untai berlawanan dengan orientasi nukleotida
  untai lainnya. Hal ini disebut sebagai
  antiparalel. Masing-masing untai terdiri dari
  rangka utama, sebagai struktur utama, dan basa
  nitrogen, yang berinteraksi dengan untai DNA
  satunya pada heliks. Kedua untai pada heliks
  ganda DNA disatukan oleh ikatan hidrogen antara
  basa-basa yang terdapat pada kedua untai
  tersebut. Empat basa yang ditemukan pada DNA
  adalah adenin (dilambangkan A), sitosin (C, dari
  cytosine), guanin (G), dan timin (T). Adenin
  berikatan hidrogen dengan timin, sedangkan guanin
  berikatan dengan sitosin.

10
Fungsi biologisDNA

• 1. Replikasi (Autokatalisis)
• Replikasi merupakan proses pelipatgandaan DNA.
• Proses replikasi ini diperlukan ketika sel akan
  membelah diri.
• Pada setiap sel, kecuali sel gamet, pembelahan
  diri harus disertai dengan replikasi DNA supaya
  semua sel turunan memiliki informasi genetik yang
  sama.
• Pada dasarnya, proses replikasi memanfaatkan
  fakta bahwa DNA terdiri dari dua rantai dan
  rantai yang satu merupakan "konjugat" dari rantai
  pasangannya.
• Dengan kata lain, dengan mengetahui susunan satu
  rantai, maka susunan rantai pasangan dapat dengan
  mudah dibentuk.

11

• Ada beberapa teori yang mencoba menjelaskan
  bagaimana proses replikasi DNA ini terjadi.
• Salah satu teori yang paling populer menyatakan
  bahwa pada masing-masing DNA baru yang diperoleh
  pada akhir proses replikasi satu rantai tunggal
  merupakan rantai DNA dari rantai DNA sebelumnya,
  sedangkan rantai pasangannya merupakan rantai
  yang baru disintesis.
• Rantai tunggal yang diperoleh dari DNA sebelumnya
  tersebut bertindak sebagai "cetakan" untuk
  membuat rantai pasangannya. Pada replikasi DNA,
  rantai DNA baru dibentuk berdasarkan urutan
  nukleotida pada DNA yang digandakan (Replikasi
  secara SEMIKONSERVATIF)

12
Gambar Replikasi DNA
13

• Proses replikasi memerlukan protein atau enzim
  pembantu salah satu yang terpenting dikenal
  dengan nama DNA polimerase, yang merupakan enzim
  pembantu pembentukan rantai DNA baru yang
  merupakan suatu polimer.
• Proses replikasi diawali dengan pembukaan untaian
  ganda DNA pada titik-titik tertentu di sepanjang
  rantai DNA.
• Proses pembukaan rantai DNA ini dibantu oleh
  beberapa jenis protein yang dapat mengenali
  titik-titik tersebut, dan juga protein yang mampu
  membuka pilinan rantai DNA. Setelah cukup ruang
  terbentuk akibat pembukaan untaian ganda ini, DNA
  polimerase masuk dan mengikat diri pada kedua
  rantai DNA yang sudah terbuka secara lokal
  tersebut. Proses pembukaan rantai ganda tersebut
  berlangsung disertai dengan pergeseran DNA
  polimerase mengikuti arah membukanya rantai
  ganda.
• Monomer DNA ditambahkan di kedua sisi rantai yang
  membuka setiap kali DNA polimerase bergeser. Hal
  ini berlanjut sampai seluruh rantai telah
  benar-benar terpisah.

14

• 2. Transkripsi (Heterokatalisis)
• yaitu kamampuan DNA membentuk RNA.
• Jika DNA melakukan Transkripsi bentuknya adalah
  Single Stransded (SS-DNA).
• DNA tersusun dari banyak sekali Nukleotida.Satu
  nukleotida terdiri dari1. Satu molekul gula
  (dalam hal ini adalah "deoksiribosa" )2. Satu
  molekul fosfat.3. Satu molekul basa nitrogen
  (basa nitrogen terdiri dari dua jenis yaitu)
• a. PURIN Adenin dan Guanin.b. PIRIMIDIN
  Timin dan Sitosin.Satu molekul gula dan satu
  molekul basa disebut Nukleosida

15

• 2. RNA (ASAM RIBONUKLEAT)
• RNA merupakan bahan genetik dan memainkan peran
  utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok
  (central dogma) genetika molekular, RNA menjadi
  perantara antara informasi yang dibawa DNA dan
  ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk
  protein.
• a. Struktur RNA
• Struktur dasar RNA mirip dengan DNA.
• RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah
  nukleotida.
• Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat,
  satu gugus gula ribosa, dan satu gugus basa
  nitrogen (basa N).
• Polimer tersusun dari ikatan berselang--seling
  antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan
  gugus gula ribosa dari nukleotida yang lain.

16
Struktur RNA
17
2. Tipe-tipe RNA

• Sebagai bahan genetik, RNA berwujud sepasang pita
  (Inggris double-stranded RNA, dsRNA).
• Adanya tiga tipe RNA yang terlibat dalam proses
  sintesis protein
• 1. RNA-kurir (messenger-RNA, mRNA),
• 2. RNA-ribosom ( ribosomal-RNA, rRNA),
• 3. RNA-transfer ( transfer-RNA, tRNA).

18
Struktur tRNA
19
3. Fungsi RNA

• Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA
  merupakan bahan genetik. Ia berfungsi sebagai
  penyimpan informasi genetik, sebagaimana DNA pada
  organisme hidup lain. Ketika virus ini menyerang
  sel hidup, RNA yang dibawanya masuk ke sitoplasma
  sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh sel
  inang untuk menghasilkan virus-virus baru.
• Namun demikian, peran penting RNA terletak pada
  fungsinya sebagai perantara antara DNA dan
  protein dalam proses ekspresi genetik karena ini
  berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam peran
  ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan
  basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode
  urutan basa ini tersusun dalam bentuk 'triplet',
  tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama
  kodon.
• Setiap kodon berelasi dengan satu asam amino
  (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun
  protein.

20
SIFAT YANG MEMBEDAKAN ADN ARN ARN
Gula yang menyusun Deoksiribosa Ribosa Ribosa
Bentuk normal ds den ssds double strandedss single stranded ss ss
Basa PURINBasa PIRIMIDIN Guanin, AdeninTimin, Sitosin Guanin, AdeninUrasil, Sitosin Guanin, AdeninUrasil, Sitosin
Jenis/macam Hanya satu Ada tiga - ARN duta- ARN transport- ARN ribosorn
Tempat Inti Inti Sitoplasma dan Ribosom Inti Sitoplasma dan Ribosom
Kadar Tetap Berubah, tergantung aktifitas sintesis protein Berubah, tergantung aktifitas sintesis protein
21
SINTESIS PROTEIN

• Sintesis protein berlangsung di dalam sel
• Melibatkan DNA, RNA dan Ribosom.
• Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam
  jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida.
  Pada dasarnya protein adalah suatu
  polipeptida.Setiap sel dari organisme mampu
  untuk mensintesis protein-protein tertentu yang
  sesuai dengan keperluannya.
• Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena
  pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang
  berperan penting sebagai "pengatur sintesis
  protein".
• Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.

22
Urutan Sintesis Protein
23

• 1. mRNA (RNAd) yang telah dicetak dari DNA sense
  
• 2. mRNA menuju ke Ribosom
• 3. t RNA masuk ke ribosom dengan membawa asam
  amino yang cocok dengan kode pada mRNA
• 4. a. tRNA dengan asam amino lain
• b. terbentuk polipeptida
• c. polipeptida dilepaskan dari ribosom dan
  tRNA keluar dari ribosom

24
Skema sintesis protein
25
Urutan sintesis protein

• 1. TRANSKRIPSI
• - ss-ADN membentuk ss-ARN yaitu ARN-duta yang
  membawa informasi genetik untuk sintesa protein.
• 2. FASE INISIASI
• - ARN-duta sampai di ribosom dan ARN-r mengkode
  asam amino sesuai dengan informasi genetik yang
  dibawa ARN-d.
• ARN-t membawa asam amino yang sesuai ke ribosom.
• 3. FASE TRANSLASI
• ARN-d sebagai "cetakan" mulai bekerja
  menterjemahkan kode triplet (kodon) yang sesuai
  dengan antikodon pada ARNt.4. FASE ELONGASI
  ARN-d menggabungkan asam amino - asam amino yang
  sesuai menjadi protein.
• 5. FASE TERMINASI kodon yang berisi "NONSENSE
  CODE" akan bertindak sebagai terminator
  (penghentian proses).

26
Skema terminasi
27

• Kadang-kadang terjadi kesalahan dalam membaca
  kodon sehingga salah menterjemah asam amino
  protein yang dihasilkan salah menimbulkan
  kelainan.Misalnya ANEMIA karena hemoglobin
  mengandung asam amino VALIN atau LISIN,
  seharusnya hemoglobin yang normal mengandung ASAM
  GLUTAMAT.
• Kode genetika dipelajari oleh NIRENBERG dan
  KHORANA.

28
TRIPLET KODON