Download Lecture 1

Faculty of Pharmacy
University of Pancasila
Molecular Biology
Semester III
Saturday, 7:55 – 9:35 AM
Ferry Sandra, DDS, PhD, LFIBA, CIPM
1
Email: [email protected]
Appointment: Saturday, after class
Introduction

Molecular Biology deals with the central dogma of
biology. We will discuss the most important molecules in
cells (DNA, RNA, and protein) and how their synthesis is
regulated.

We will relate how these events control biological
processes.
2
Textbook
Robert F. Weaver, Molecular Biology 4rd Edition, McGraw-Hill, 2007 is
helpful.
3
Powerpoint Slide
You can have a softcopy of the slide so that you can
follow lecture.
It is only a skeleton of what happens in a lecture.
You may find these lectures unintelligible without your
own written notes.



4
Caution!!!
Sudden quizzes. REMEMBER Quizzes are counted!
Be on Time
No Absent
No Phoning
In case emergency call: Call to Faculty!
Exams & grading
There will be two exams: Mid & Final! (Closed Book)





5
Central Dogma of Biology
DNA
RNA
Protein
Making copies of DNA: DNA replication
Synthesis of RNA from DNA:Transcription
Synthesis of proteins from RNA:Translation



6
Struktur Organisme
Berdasarkan struktur sel dan sistem genetikanya maka organisme dibagi dalam 3
kelompok:
 1. Virus
 2. Prokariot
 3. Eukariot
7

Virus: Makhluk hidup yang paling sederhana disusun oleh satu molekul
DNA yang dibungkus oleh mantel protein.

Prokariot: Terdiri dari bakteri dan Cyanobacter (ganggang biru). Sel tidak
memiliki: organel & membran yang memisahkan inti dan
sitoplasma. DNA bentuk sirkuler.DNA berasosiasi dengan RNA
membentuk coil (gulungan)

Eukariot: Organisme multiseluler, memiliki organela, Inti terbungkus oleh
membran yang memiliki pori- pori yang menghubungkannya dengan
sitoplasma. Komponen utamanya ada 2 yaitu : Inti ( anak inti )
tersusun atas kondensasi RNA dengan protein dan kromosom yang
tersusun atas DNA yang berasosiasi dengan protein.
Virus



8
Merupakan mahluk hidup yang paling
sederhana,tubuhnya hanya tersusun atas satu molekul
asam nukleat DNA atau RNA yang terbungkus oleh
suatu mantel protein.
Tidak memiliki perlengkapan metabolisme.
Mempunyai struktur yang berbeda berdasarkan
galurnya.
Daur Hidup Virus

Daur Litik
Material genetik virus setelah disuntikkan ke
dalam sel inang akan berekspresi menghasilkan
enzim yang dapat merusak DNA sel inang,
selanjutnya material genetik akan
mengendalikan proses metabolisme dan
perkembangbiakan dirinya.

Daur Lisogenik
DNA sel inang tidak hancur tetap berekspresi,
material genetik berintegrasi ke dalam sel
inang dan DNA akan berprilaku seperti
material genetik sel inang dan akan hidup
dalam daur sel inang.
9
Prokariot



Prokariot terdiri dari bakteri dan ganggang biru.
Bakteri: Mahluk bersel tunggal
Ganggang Biru: Mahluk bersel tunggal atau ganda
Ciri2:
1. Tidak adanya membran pemisah inti dari sitoplasma
2. Tidak mempunyai organel
3. Material genetik tersusun atas utas tunggal DNA yang
berbentuk sirkuler berasosiasi dengan RNA gulungan
4. Material genetik lainnya , yaitu yang disebut plasmid
10
Eukariot





11
Sel ini dimiliki oleh hampir semua jasad hidup selular
selain bakteri dan ganggang biru sampai jasad paling
tinggi seperti manusia dan hewan.
Memiliki membran yang membungkus inti
Membran membagi sel menjadi inti dan sitoplasma.
Pada inti terdapat perangkat metabolisme sekaligus
tempat berlangsungnya reaksi biokimia.
Produk yang disintesis dalam inti adalah RNA
Ruang Lingkup

Biologi Molekuler:


Adalah cabang ilmu biologi yang mempelajari hal – hal yang berhubungan
dengan gen
Gen adalah:




Satuan fungsi yang menentukan proses metabolisme , melalui proses
penyandian sintesa protein dan enzim.
Merupakan bahan yang diwariskan dari satu generasi ke generasi berikutnya.
Gen dapat mengalami perubahan struktur yang dapat menyebabkan perubahan
fungsi
Sebagai alat konservasi karakter dan penyebab keragaman biologik
Proses Kimia dalam Kehidupan
Merupakan Kunci Biomolekuler

DNA menjadi dasar dalam kehidupan, Merupakan penyusun material
genetika yang mengandung informasi genetik yang turun temurun dan
menentukan struktur protein yang memberikan instruksi mengatur
pertumbuhan dan pembelahan serta difrensiasi sel.

Organisme sering disamakan dengan pabrik kimia,karena pertumbuhan,
perkembangan dan perkembangbiakan merupakan hasil kerja reaksi kimia.

Keaneka ragaman reaksi kimia yang terjadi pada organisme lebih banyak
daripada industri / pabrik kimia, karena pabrik dirancang untuk
memproduksi sesuatu dari bahan mentah tertentu sehingga yang dihasilkan
terbatas sesuai dengan bahan mentah yang tersedia.
Sejarah Perkembangan Biologi Molekuler








Diawali ditemukannya tentang faktor hereditas (gen) oleh Gregor Mendell
(1876).
Diakuinya asam nukleat sebagai material genetik untuk seluruh organisme.
Pendalaman mengenai asam nukleat memperoleh hasil yang sangat
bermanfaat karena dapat mempelajari struktur, ekspresi dan sistem
pewarisan sifat gen secara kimia.
Informasi genetika tersusun dalam bentuk asam amino pada rantai
polipeptida protein, enzim.
Penemuan Mendel berkembang dengan ditemukannya material genetika
yang dikenal dengan kromosom.
Bridges (1912) membuktikan bahwa gen terletak pada kromosom
Material disusun oleh asam nukleat terutama DNA (Deoxyribose Nucleic
Acid)
Robert Feulgen menemukan zat pewarna untuk kromosom yang tidak
merusak dinding sel dan tidak memberikan warna terhadap bagian-bagian
sel lainnya.
14
Hubungan Mikrobiologi dengan Biologi
Molekuler Diawali dari Penelitian



Frederick Grifith (1928) mengenai transformasi genetik pada Streptococcus
pneumoniae
Oswald Avery, Colin Mc Leod dan Maclyn McCarthy (1944) menunjukkan
bahwa transformasi (perubahan sifat bakteri terjadi akibat adanya DNA
asing yang masuk ke dalam sel bakteri.
Hershey dan Chase (1952) membuktikan bahwa pada virus komponen yang
diwariskan dari satu generasi ke generasi berikutnya adalah DNA.
Frederick Grifith:
 melakukan transformasi dengan menyuntikkan dua galur S.pneumoniae (Yang
berkulit kasar dan halus) pada tikus.
 Kulit halus disebabkan adanya kapsul sementara kulit kasar karena tidak
memiliki kapsula. Dengan adanya kapsul maka S pneumoniae akan menjadi
bakteri lebih tahan terhadap antibodi yang dihasilkan oleh tikus.
Pengujian Frederick Griffith






Tikus disuntik dengan S.pneumoniae yang kasar  tikus hidup
Tikus disuntik dengan S.pneumoniae yang halus  tikus mati
Tikus disuntik dengan S.pneumoniae yang kasar dan halus  tikus mati
Tikus disuntik dengan S.pneumoniae halus yang telah di matikan dengan cara
pemanasan  tikus hidup
Tikus disuntik dengan S.pneumoniae halus yang telah dimatikan & dicampur
dengan bentuk kasar yang hidup  tikus mati
Tikus disuntik dengan S.pneumoniae yang diambil dari hati tikus yang telah
disuntik dengan S.pneumoniae halus yang telah dimatikan  tikus mati
virulent
avirulent
avirulent
Frederick Griffith, 1928
virulent
Bacteriofag


Bacteriofag menginfeksi dan memperbanyak diri
dalam bakteri
Bacteriofag berisi DNA dan proteins
A.D. Hershey and Martha Chase, 1952
Sifat Kimia dari Materi yang
Ditransformasikan
Oswald Avery, Colin MacLeod and Maclyn McCarty, 1944



Resisten terhadap pelarut organik dan proteases  bukan protein
Resisten terhadap ribonuclease  bukan RNA
Sensitif terhadap deoxyribonuclease  DNA
Material Genetika

DNA adalah Bahan Gen Mahluk Hidup

Menentukan Jalan kehidupan organisme dengan mengendalikan proses metabolisme.

Terdapat dalam semua organisme (Virus, eukariot, prokariot).

Diwariskan dari satu generasi kepada generasi berikutnya

1869, Friedrich Miescher discovered in the cell nucleus a mixture of compounds  nuclein.

At the end of 19th century: Chemists learned the structure of DNA and a related
compound, ribonucleic acid (RNA)

Informasi genetika dari organisme dibawa dalam bentuk molekul DNA yang pada beberapa
makhluk / organisme dalam bentuk RNA yang kemudian akan dipindahkan dalam bentuk
protein.

Untuk mendapatkan informasi genetik maka utas DNA tersebut harus dipotong terlebih
dahulu menggunakan enzim restriksi tertentu sesuai dengan utas DNA yang dikenalinya.
Material Genetika


Kromosom (Protein + Asam Nukleat)
Ekstra Kromosom:
 Pada Prokariot: Plasmid
 Pada Eukaryot:



Mitokondria
Kloroplas (organ yang berklorofil)
Sitoplasma
Struktur Asam nukleat




Asam nukleat adalah suatu senyawa yang merupakan asam inti,
biasanya adalah DNA dan RNA
Merupakan rantai polinukleotida yaitu : Makromolekul yang tersusun
oleh molekul yang lebih sederhana yang disebut Nukleotida
Nukleotida merupakan molekul yang tersusun atas
 satu gula,
 satu basa, dan
 satu fosfat.
Nukleosida adalah kombinasi suatu gula pentosa yang dihubungkan
dengan basa purin atau pirimidin melalui ikatan C - N
Nukleotida

Nukleotida dalam sitoplasma dan dalam inti adalah sama tetapi jenis asam
nukleatnya berbeda.

Nukleotida tersusun atas :
1 Basa
1 Gula
Komponen yang essential
1 Fosfat
Gula → Ribosa & Deoksiribosa
Basa → Adenin, Guanin, Timin, Sitosin




DNA
RNA
Polinukleotida
adalah→ Ikatan antara 2 nukleotida dari 2 gugus fosfat yang terikat pada 2 pentosa
→ ikatan Fosfodiester
Tiap struktur DNA / RNA merupakan suatu polinukleotida yang ujung-ujungnya C3
& C5
Nucleotide
A nucleotide is composed of
a sugar,
a phosphate and
a base
The chemical nature of DNA and RNA
DNA
RNA
Nitrogenous bases
Nitrogenous bases
Adenine (A)
Cytosine (C)
Guanine (G)
Thymine (T)
Adenine (A)
Cytosine (C)
Guanine (G)
Uracil (U)
Phosphoric acid
Phosphoric acid
Sugar deoxyribose
Sugar ribose
Bases
Sugar
Base + Sugar
nucleosides
Nucleotides
nucleotides
Phosphodiester Bonds
3’
3’
5’
5’
5’-3’
OH
5’ end
5’ TCA 3’
3’ end
DNA






2 rantai DNA yang membentuk helix saling berikatan antara
hydrogen dengan basa nitrogen dari utas DNA yang berhadapan
Backbone fosfat terletak di bagian luar helix
Basa nitrogen menghadap ke dalam
Ke-2 utas DNA berlawanan arah
5’→3’ \ A-T
3’→5’ / G-C
Ke-2 rantai double helix DNA → komplementer
Informasi yang disandikan DNA menentukan sifat dan organisme
Chargaff’s Rules
Erwin Chargaff observed in 1950 that the content of purines was always
roughly equal to the content of pyrimidines.
Furthermore, the amounts of adenine and thymine were always roughly equal,
as were the amounts of guanine and cytosine.
A=T, C=G, but what does this mean?
Model Molekul DNA

W.T Atsbury (1940)
DNA memiliki struktur 3 dimensi berdasarkan hasil kristalografi sinar X.
DNA sangat padat maka nukleotida yang menyusun poli nukleotida
berbentuk pipih yang masing-masing tegak lurus terhadap sumbu
memanjang dan tiap-tiap nukleotida mempunyai jarak 3.4 Å

Wilkins
Melanjutkan penelitian W.T Atsbury dan diperoleh serabut-serabut DNA
yang kemudian oleh Rosalind franklin berhasil membuat foto melalui
difraksi sinar X dan molekul DNA mempunyai struktur spiral.
X-ray structural information
Rosaline Franklin, 1952
What does this interesting pattern mean?
The DNA is a simple, regular structure with repeated units
Francis Crick
Maurice Wilkins
James Waston
Rosalind Franklin
Model Watson dan Crick

Deretan Polinukleotida DNA mempunyai bentuk sebagai
spiral teratur

Spiral mempunyai diameter kira-kira 20 Å dan lebar spiral
tetap

Spiral mempunyai satu putaran lengkap (10 X putaran )
jarak antara nukleotida 3.4 Å. Jadi 1 putaran lengkap 34 Å.

Molekul DNA sangat padat , maka spiralnya Duplex.

Molekul DNA berbentuk 2 pita spiral yang saling berpilin
(Double Helix) bagian luar deretan gula fosfat (tulang
punggung double helix)

Pada bagian dalam terdapat basa purin dan purimidin

2 Polinukleotida yang berhadapan dihubungkan oleh H+
Hydrogen bond
Two DNA strands can be separated simply by
heating, a process called DNA denaturation or DNA
melting.
The temperature at which the
DNA strands are half denatured
is called the melting
temperature, or Tm.
Tm of a DNA is largely
determined by its G/C%.
The amount of DNA strand separation can be measured by the
absorbance of the DNA solution at 260 nm light.
The process of annealing a DNA strand with a
complementary or nearly complementary RNA strand
or DNA strand from a different origin is called
hybridization.
annealing
Protein








Penyusun gen
Merupakan rangkaian dari beberapa peptida
Bagian yang penting di dalam plasma
Cadangan makanan
Sebagai bahan enzim (dasar penyusun enzim )
Macam-macam protein
Fungsional → Berbagai macam enzim (katalis)
Cadangan → Disimpan sebagai protein cadangan
Protein

Pada dasarnya protein adalah polipeptida, setiap sel mampu mensintesis
protein tertentu sesusai dengan keperluan.

Protein merupakan gabungan asam amino dengan gugus karboksil dari asam
amino lain secara berurutan,
Misal :



Bila 2 asam amino yang bergabung maka terbentuk DIPEPTIDA
Bila 3 asam amino yang bergabung maka terbentuk TRIPEPTIDA
Bila terjadi penggabungan yang lebih besar maka akan dibentuk POLIPEPTIDA
Asam Amino





Adalah suatu Molekul yang terdiri dari :
 Satu Gugus Karboksil
 Satu gugus amin (NH2)
Asam amino yang paling sederhana adalah glisin
Asam amino yang terdapat di dalam tumbuhan ada ± 20 macam
Jenis asam amino dapat dilihat dari gugus R -nya :
Glisin, Alanin, Serin, Treonin, Valin, Leusin, Isoleusin, Norleusin, Asam
Aspartam, Asam Glutamat, Lisin, Arginin, Sistin, Sistein,
Metionin,Fenilalanin, Tirosin, Histidin, Triptofan, Prolin
Didalam Penggabungan 2 molekul asam amino akan melepaskan 1
molekul air
Selesai…