Download 12. Asam nukleat sebagai materi genetik

TEORI DAN STRUKTUR SEL
(Sub Bab : INTI & PEMBELAHAN SEL)
Bagian III. Asam Nukleat Sebagai
Materi Genetik
 Nucleic acid (asam nukleat) merupakan
makromolekul yaitu molekul besar yang disusun oleh
molekul-molekul sederhana, dengan molekul
sederhananya adalah nukleotida.
 Nukleotida disusun oleh gula pentosa, basa dan
fosfat, sedangkan kompleks basa dengan gula disebut
nukleosida.
 Asam nukleat dapat dibedakan atas ribonucleic acid
(RNA) dan deoxynucleic acid (DNA).
Gula pada RNA adalah ribosa, sedangkan DNA adalah
deoksiribosa
Basa pada DNA dan RNA terdiri dari purin dan pirimidin.
 Pada DNA
 Purin disusun oleh :
adenin (A) dan guanin (G)
 Pirimidin disusun oleh :
sitosin (C) dan timin (T)
 Pada RNA
 Hanya berbeda pada basa pirimidinnya
yaitu disusun oleh :
sitosin (C) dan urasil (U).
Purin merupakan senyawa aromatik
dengan rumus molekul C5H4N4 atau
turunannya.
Pirimidin merupakan senyawa aromatik dg
rumus molekul C4H4N2 atau turunannya.
Dalam rantai polinukleotida, dua
nukleotida dihubungkan dg ikatan antara
C5 dengan C3 melalui fosfat.
STRUKTUR DNA DAN RNA


Molekul DNA pd umumnya terdiri atas dua untai,
sedangkan molekul RNA disusun atas satu untai.
Dalam molekul DNA terjadi pemasangan antara




adenin dan timin (A-T) ► diikat oleh 2 ikatan hidrogen
antara guanin dan sitosin (G-C) ► diikat oleh 3 ikatan hidrogen
Molekul DNA dapat dibedakan atas DNA linier dan
DNA melingkar
Struktur DNA dapat dibedakan atas heliks ganda dan
untai tunggal.
 DNA dapat memutar ke kiri atau ke kanan :
 Memutar ke kanan terjadi jika dalam larutan ion positif yg
tinggi yg dpt menetralisir gugus fosfat yg bermuatan
positif
 Memutar ke kiri terjadi jika dalam larutan ion positif yg
rendah yg tidak mampu menetralisir fosfat yg bermuatan
positif
 Berdasarkan tipe heliks ganda, DNA dpt dibedakan
atas:
 DNA-Z
 DNA-A
 DNA-B
DNA-Z
DNA-B
DNA-A
Proporsi keseluruhan
Lebih panjang Memanjang & Pendek &
& lebih tipis
ramping
lebar
Diameter kemasan heliks
18,4 Å
23,7 Å
25,5 Å
Jarak per basa
3,8 Å
3,32 Å
2,3 Å
Rotasi heliks
Ke kiri
Ke kanan
Ke kanan
Aktivitas transkripsi
Tidak aktif
Aktif
Tidak Aktif
METILASI RESIDU SITOSIN DAN ADENIN
Sitosin dalam kebanyakan DNA mengandung gugus
metil (CH3) yg melekat ke atom C5 (5-metilsitosin atau
m5C) atau ke adenin (m5A).
Gugus metil tsb ditambahkan oleh enzim DNA metilase
Pada prokariot, m5A lebih umum dibandingkan m5C,
sedangkan pada eukariot hanya m5C
Metilasi residu sitosin dapat mengubah DNA-B
menjadi DNA-Z (dari bentuk aktif menjadi tidak aktif)
Demetilasi mengakibatkan gen menjadi aktif
FRAGMENTASI DAN LIGASI DNA
Dalam rekayasa genetika tlh dikenal enzim-enzim yg dpt
memotong kerangka fosfodiester rantai polinukleotida,
enzim tersebut secara umum ► nuclease.
Nuklease yg memecah kerangka internal fosfodiester
rantai polinukleotida ► endonuklease, sdgk yg memecah
ujung kerangka polinukleotida ► eksonuklease.
Seluruh endonuklease bekerja spesifik dan dalam istilah
rekayasa genetika ► enzim restriksi.
Fragmen DNA yang telah dipotong dpt disambungkan
kembali oleh enzim yg ► DNA ligase.
Enzim-enzim restriksi dan kekhasan pemotongannya
Mikroba penghasil
Bacillus amylotiquefaciens
H
Bravibacterium albidum
Escherichia coli RY13
Enzim
Tempat
pemotongan
Bam H
GGATCC
CCTAGG
Bal I
TGGCCA
ACCGGT
Eco R I
GAATTC
CTTAAG
Gen ???
Dalam definisi konvensional, gen adalah satu
unit pewarisan yg membangun karakter/ sifat
tertentu
 Unit dasar dari hereditas dimana karakterkarakter parental ditransmisikan pada
turunannnya
 Dalam definisi molekular, gen adalah bagian
DNA yang mengandung informasi untuk satu
polipeptida (urutan asam amino) atau molekul
RNA, termasuk bagian yang ditranskripsi.
 Gen pada tingkat fenotip dapat diketahui dari mutasimutasinya (e.g. strs to strr, resistance to streptomycin
pada Chlamydomonas)
 Gen pada tingkat molekular, dapat diketahui dari untai
DNA yang mengkode protein, mRNA, or tRNA
 Gen berdasarkan fungsinya dibedakan atas :
Gen struktural : Gen yg akan ditranskripsi utk
menghasilkan suatu protein/enzim yg menentukan sifat
Gen regulator : Gen yg akan ditranskripsi utk menghasilkan
suatu protein pengatur transkripsi
 Himpunan keseluruhan gen pada satu organisme
yang dapat mengendalikan keseluruhan
metabolisme sehingga organisme dapat hidup
sempurna disebut genom.
 Berdasarkan definisi molekular, lahirlah konsep
bahwa satu gen untuk satu polipeptida (one gene –
one polypeptide).
Genom virus dapat dibedakan atas :
 DNA (untai ganda dan untai tunggal) dan
 RNA (untai ganda dan untai tunggal)
Genom bakteri disusun oleh satu kromosom dengan :
 DNA untai ganda dan
 pada beberapa bakteri terdapat DNA berukuran kecil
 yang disebut plasmid.
Genom eukariot disusun oleh :
 DNA untai ganda, yang terbagi atas
 DNA inti (DNA kromosom) dan
 DNA sitoplasma (DNA ekstra kromosom / DNA organel).
 DNA inti terdapat dalam kromosom dan berupa DNA linier,
 DNA sitoplasma terdapat dalam mitokondria dan kloroplas,
yang berupa DNA sirkular (melingkar).
Sel dipandu oleh suatu komando rantai
selular yang dikenal dengan central
dogma
DNA RNA protein
 Konsep:
Ekspresi gen dapat diatur pada setiap tahapan, namun
tahapan kuncinya adalah transkripsi
Tiap sel eukariot multiseluler hanya mengekspresikan
sebagian dari gen-gennya
Semua Organisma harus mengatur gen-gen mana yang
diekspresikan pada waktu tertentu
Selama perkembangan organisma multiselular, sel-sel
melanjutkan proses spesialisasinya ke bentuk dan fungsi
yang berbeda-beda yg disebut sebagai proses diferensiasi
Pada masing-masing sel yang telah berdiferensiasi ada sub
unit gen-gen yang khusus di ekspresikan sehingga
dinyatakan bahwa ekspresi gen adalah diferensial (berbeda
beda)
 Ekspresi gen ini dapat diartikan sebagai
penyampaian informasi genetik
 Ekspresi gen dapat diamati sebagai suatu fenotip
 Protein adalah salah satu bentuk ekspresi gen
 Penyampaian informasi dalam sel sebagai fenotip
akan melewati proses sintesis protein dalam sel
yang berangkutan
Prokariot dan eukariot
 Harus merubah-ubah pola ekspresi
gennya untuk merespon perubahanperubahan kondisi lingkungan