Slide 1
1BIOLOGI MOLEKULER DAN REKAYASA GENETIKA12
Kromosom23DNA (deoxyribonucleic acid)Struktur DNABerupa rantai
beruntai ganda (double stranded) yang tersusun secara anti paralel
dan terpilin membentuk struktur helixRantai yang membawa kode
biologis disebut untai pengkode (coding strand) dan rantai
komplemennya disebut noncoding strandUnit dasar DNA berupa
nukleotidaSetiap nukleotida disebut monomer: tersusun atas gula
deoksiribosa, nitrogen basa purine (adenin dan guanin), nitrogen
basa pyrimidine (thymine dan cytocine) dan gugus
phosphateNukleotida berikatan dengan nukleotida lain melalui ikatan
phosphodiesterNukleotida berikatan dengan nukleotida konplemennya
melalui basa nitrogennya yang dihubungkan dengan ikatan
hidrogen34Konformasi pasangan-basa DNA
45
Struktur nukleotida dan basa nitrogen56
67Susunan gula, basa nitrogen dan phosphate pada
DNASSSSSPPPPPAAACSSSPPPPPGSTTTnukleotida8Aktivitas DNAReplikasi
DNABerlangsung pada saat penggandaan DNA sebelum mitosis ataupun
meiosisProsesnya melibatkan enzim: helikase, primase, DNA
polimerase, DNA ligaseRangkaian proses DNA replikasi: pembukaan
ikatan helix, pembentukan gelembung replikasi, inisiasi sintesis
kopi DNA, perpanjangan rantai DNA, terminasi sintesis DNA
89Aktivitas DNAReparasi DNABerlangsung dalam rangka proof reading
setelah replikasi DNABertujuan untuk memastikan bahwa kopi DNA
hasil replikasi benar-benar sama dengan templatenyaProsesnya
melibatkan enzim: DNA polimeraseRangkaian proses DNA
reparasiPembacaan urutan basaPengenalan basa yang tidak
sesuaiPemotongan dan pengambilan basa yang tidak sesuaiPenggantian
dengan basa yang sesuaiPenyambungan kembali ikatan basa
910Sintesis/replikasi DNA
1011
1112Aktivitas GenSeluruh gen yang terdapat pada suatu spesies
dan menentukan karakteristik spesies tersebut secara kolektif
disebut genomeAktivitas gen diwujudkan dalam bentuk: transkripsi
DNA menjadi mRNA, translasi mRNA menjadi polipeptida/protein,
protein menjalankan fungsinyaRangkaian proses perubahan dari DNA
RNA Protein berjalan satu arah dan dikenal sebagai dogma sentral
biologi1213Pengaturan aktivitas genGen yang terdapat di dalam
genome tidak seluruhnya diaktifkan pada waktu dan tempat yang
bersamaanGen-gen yang berperan dalam penye- lenggaraan metabolisme
dasar diaktifkan secara terus-menerus disebut house-keeping genes
gen-gen pembentuk enzim dan komponen struktural selGen yang
diaktifkan pada periode dan waktu tertentu disebut regulated genes
contoh: gen-gen yang berperan dalam proses differensiasi,
perkembangan dan penuaan1314Struktur Gen pada EukariotINTRON
1INTRON 2EXON 1EXON 2EXON 3PROMOTER REGIONUPSTREAM PROMOTOR
REGIONTATAboxTranscription initiation site (Cap)Translation
initiation siteTranslation termination siteTrancription termination
site3UTRPoly A I.s.5UTRGambaran skematis bagian-bagian gen pada gen
b-globin manusia (modifikasi dr Gilbert et al., 2000)15Trankripsi
genProses transkripsi gen serupa dengan proses replikasi DNA tetapi
terbatas hanya pada gen yang sedang aktifRangkaian proses
transkripsi meliputi:Inisiasi transkripsi: pengenalan promotor oleh
RNA polimerasePembentukan ikatan RNA polimerase dengan
promotorSintesis RNATerminasi transkripsiHasil transkripsi berupa
RNA umumnya mRNARNA tersusun atas gula ribosa, nitrogen basa purine
(adenin dan guanin), nitrogen basa pyrimidine (uracil dan cytocine)
dan gugus phosphateRangkaian basa pada mRNA dibaca sebagai triplet
kodonmRNA yang telah terbentuk dikeluarkan dari inti menuju
sitosol1516Translasi (sintesis protein)Komponen yang diperlukan
untuk berlangsungnya proses translasi meliputi: ATP, mRNA, tRNA,
ribosom, asam amino, enzim aminoacyl-tRNA sintetaseRangkaian proses
transkripsi meliputi:Inisiasi translasiPengataktifan tRNA amino
asilasiPenempelan tRNA aktif kepada ribosomPengenalan kodon start
kodon AUGPembentukan kompleks-inisiasi
Perpanjangan rantai polipeptidaTerminasi translasi pada saat
sisi peptidil ribosom mencapai stop kodon (UAA, UAG;
UGA)1617tRNA
1718
Perpanjangan rantai peptida (elongasi)1819
1920Rekayasa GenetikaDengan mengetahui prinsip-prinsip aktivitas
dan cara kerja gen telah dikembangkan suatu teknologi yang dikenal
dengan rekayasa genetika (genetic engineering)Teknik tersebut
diantaranya digunakan untuk:memperbanyak copy DNA menggunakan sel
bakteri DNA rekombinanPerbaikan kualitas genetik produk peternakan,
pertanian, perikanan dsbDalam dunia medis diaplikasikan untuk
diagnosa penyakit, pengobatan melalui terapi gen, penggunaan
antisense2021Transgen (penyisipan gen kepada organisme lain)
21APLIKASI BIOTEKNOLOGI DI BIDANG KEDOKTERAN22Beberapa teknik
bioteknologi (lanjutan)Sekuesnasi DNA (DNA sequensing)Lokalisasi
RNALokalisasi protein
23Sekuesnasi DNA (DNA sequensing)Teknik untuk menentukan urutan
basa pada nukleotida yang menyusun suatu genMetode
sekuensasiMaxim-GilbertSanger-CoulsonPCRAutomatic
sequencing24Metode Sanger-Coulson
25Metode Maxam-Gilbert (Degradasi DNA secara kimiawi)
26Automatic sequencing
27Lokalisasi RNANorthtern BlottingIn situ
Hybridization28Northern Blotting
29In situ hybridization
(Wijayanti, 2004)30Identifikasi dan lokalisasi
proteinKromatografiIdentifikasi protein (Western
Blotting)Lokalisasi protein Immunocyto/histochemistry31Western
BlottingEkstraksi proteinPengukuran konsentrasi
peroteinElektroforesis pada gel Polyacrilamide (PAGE)Blotting
(transfer dari PAGE ke membran)Deteksi secara immunlogis
(Wijayanti, 2004)32MANFAAT BIOTEKNOLOGIMempelajari fungsi gen
selama perkembanganIdentifikasi gen penyebab penyakitDiagnosis
penyakitTerapi genKonsultasi genetikProduksi antibiotik, protein,
hormonDNA FingerprintingTerlaksananya projek genome
manusia33MEMPELAJARI FUNGSI GEN SELAMA PERKEMBANGANPembentukan sel
dan organisme transgenikPembentukan chimeraGene targeting (gene
knockout)Penggunaan Antisense RNA
34Organisme transgenic dan chimeraOrganisme
transgenik:Chimerahibrid
35
Organisne transgenik (lanjutan)36Gene targeting
37
38Penggunaan antisense
39IDENTIFIKASI GEN PENYEBAB PENYAKITPositional gene
cloningCandidate gene mapping
40DIAGNOSIS
PENYAKITPCRHIVhepatitisImmunocito/histokimiaIdentifikasi
kankerSingle cell analysis41TERAPI GEN Stem cell therapyGerm cell
therapyantisense
42Stem cell therapyMengatasi penyakit pada individu
penderitaMutasi gen masih dapat diwariskan kepada
keturunannyaContoh: penderita defisiensi ADA (adenosis deaminase)
enzim yang diperlukan agar sistem immun berfungsi secara
normalBentuk terapi:Sel T pasien diisolasi ditumbuhkan secara in
vitro gen ADA normal ditransfer ke sel T pasien sel T yang
dimodifikasi dimasukkan kembali ke tubuh pasien sel T berfungsi
dengan normal
43Germ cell therapyDapat memperbaiki mutasi/keabnormalan gen
pada keturunannyaBentuk terapi:Germ cell pasien diisolasi dilakukan
perbaikan/koreksi genetik germ cell yang dimodifikasi dimasukkan
kembali ke tubuh pasien germ cell menyelesaikan gametogenesis
keturunan pasien normal44AntisensePeluang aplikasi: Penanganan
penderita kanker45KONSULTASI GENETIKFetal analysis:Amniocentesis:
Pengambilan cairan amnion untuk diagnosis kemungkinan adanya
kelainan pada janinChorionic villus sampling: Pengambilan jaringan
chorion pada villus placenta untuk diagnosis kemungkinan adanya
kelainan pada janinInformasi peluang pemunculan penyakit genetis
pada keturunan pasangan beresikoPenyakit karena homozigot
resesif46PRODUKSI ANTIBIOTIK, PROTEIN, HORMONRekombinan
vacsinTissue plasminogen activatorTissue growth factor betaHuman
blood clotting factor VIIIHuman insulinHuman growth
hormonantibodi47
48DNA FINGERPRINTINGIdentifikasi individu melalui polimorfisme
ukuran fragmen DNA hasil pemotongan dengan enzim
restriksiKegunaan:Uji paternalUji kekerabatanUji forensik :
identifikasi pelaku dan korban kejahatan 49
Prosedur untuk DNA fingerprinting50HUMAN GENOME PROJECTMerupakan
proyek terpenting dalam biomedisDitangani secara nasional di USA
oleh Departent of energy (DOE) dan National Institute of Health
(NIH)Dimulai pada th 1986 oleh DOE dalam bentuk Human Genome
ProgramTujuan utama:Menghasilkan peta fisik dari genome
manusiaMenentukan seluruh urutan nukleotida pada genome
manusia51Hewan model yang mendukung keberhasilan HGPEschericia coli
(bakteri)Saccharomyces cereviceae (ragi)Drosophila melanogaster
(lalat buah)Caenorhabditis elegans (cacing gelang)Mus musculus
(mencit)52Kemajuan di bidang medis setelah HBP1994, penemuan BRCA1:
gen yang rentan terhadap kanker payu dara1995, urutan lengkap gen
H. influenzae2000, publikasi draft pertama urutan genome manusia
oleh HGP dan Celera Genomic2003, sekuens lengkap dari genome
manusia terselesaikanGenom manusia terdiri atas nuclear genome
(2x3.109 bp) per sel dan mitochondrial genome (16.569 bp,
sirkuler)53Disiplin Ilmu yang muncul akibat sekuenasi genom
manusiaFunctional genomic fungsi biologis genStructural genomic -
struktur produk gen dan fungsi proteinProteomic kajian komplemen
protein suatu sel pada keadaan/waktu spesifikPharmacogenetic
perancangan obatComparative genomic kajian evolusi molekulMolecular
epidemology mengenali molekul penyebab infeksi berdasar urutan
genomnya54Manfaat diperolehnya genom manusiaPemetaan lokus
penyakitPenelitian target obatPenelitian dasarMunculnya kedokteran
prediktifpharmacogenomics5556Selamat belajar semoga sukses56
