1

Konsep Dasar Genetika

Mata Kuliah : Ilmu Biomedik Dasar 1SKS : 2 sksWaktu : 100 menitPengampu : Ayu Rahmawati S, M.Si

2

Materi Ajar

● Konsep Dasar DNA pada makhluk hidup● DNA adalah materi genetik● Struktur DNA● Fungsi Materi Genetik● Replikasi DNA

3

Konsep Dasar DNA pada makhluk hidup

SPESIFIK

DNA

4

● Setiap makhluk hidup memiliki jumlah kromosom tertentu.

● Dalam kromosom ditemukan DNA yang berperan penting dalam menentukan sifat genetik setiap individu.

● Sifat genetik itu dapat diwariskan kepada generasi berikutnya.

● Setiap individu memiliki DNA yang khas, maka DNA dapat digunakan untuk identifikasi makhluk hidup

5

DNA adalah materi genetik

● Deoxyribonucleic Acid atau asam deoksiribo nukleat (ADN) merupakan tempat penyimpanan informasi genetik yang membawa informasi yang dapat diturunkan.

● Setiap sel manusia yang normal memiliki 46 kromosom yang terdiri dari 22 pasang kromosom somatik dan 1 pasang kromosom sex.

● Sel manusia diperkirakan memiliki 50.000 sampai 100.000 gen yang dua kali lebih banyak daripada bakteri pada umumnya.

Struktur DNA

● Terdiri dari 2 rantai polinukleotida

yang tersusun seperti tangga tali

yang berpilin (Double Helix)

● Gula pentosa (Gula deoksiribosa)

● Phosphat

● Basa Nitrogen :

● Pirimidin (Cytosin dan Timin)

● Purin (Guanin dan Adenin)

NUKLEOTIDA

+ Phopshat

Nukleosida Nukleotida

ASAM NUKLEAT(Kumpulan nukleotida)

KOMPONEN ASAM NUKLEAT

Ikatan Hidrogen antar basa nitrogen

Double Helix Pada tiap molekul DNA, jumlah Adenin (A) selalu sama dengan Timin (T); Jumlah Guanin (G) selalu sama dengan Cytosin (C/S) (Ketentuan Chargaf)

A selalu berpasangan dengan T melalui 2 ikatan Hidrogen

G selalu berpasangan dengan C melalui 3 ikatan Hidrogen

Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk heliks ganda berjajar secara antiparalel5’ – ATTGTCACCGAG – 3’3’ – TAACAGTGGCTC – 5’

11

Fungsi Materi Genetik1) DNA dapat mewariskan (genetic) pada semua sel, DNA secara tepat

bereplikasi selama setiap generasi sel. Saat sel membelah, salinan yang identik dengan DNA parental dibagikan ke setiap sel anak. DNA menyediakan instruksi untuk semua generasi masa depan sel tunggal dan keseluruhan organisme multiseluler

2) DNA mengendalikan aktivitas sel, menentukan sintesis enzim dan protein lain. protein mengatalasi dan mengatur reaksi metabolik, menyediakan bahan mentah untuk struktur sel, memungkinkan pergerakan sel, berinteraksi dengan lingkungan dan sel lain serta mengendalikan pertumbuhan dan pembelahan sel.

3) Gen adalah unit informasi di dalam DNA, setiap gen menentukan rangkaian asam amino suatu protein tertentu. Membawa gen yang mengandung informasi yang menentukan jenis protein yang harus disintesis, kapan dalam tipe sel yang mana dan seberapa banyak jumlah protein yang harus disintesis. Ribuan hingga jutaan gen yang berlainan diperlukan untuk membuat semua protein yang penting dalam sebuah sel.

4) Sebagai autokalatis atau kemampuan untuk menggandakan diri

5) Sebagai heterokatalis atau kemampuan untuk mensintesis senyawa lain

6) Membentuk RNA untuk kelangsungan proses genetic di dalam tubuh makhluk hidup

Replikasi DNA

HIPOTESIS MODEL REPLIKASI DNA

ENZIM YANG BERPERAN DALAM REPLIKASI DNA

TopoisomeraseMengendorkan tegangan yang ada pada lilitan rantai ganda DNA

yang belum membukaHelikase

Membuka rantai ganda DNA menjadi 2 buah rantai tunggal DNASingle strand binding-protein/SSB (Protein penggabung rantai

tunggal)Mencegah rantai tunggal DNA (yang nantinya akan berperan

sebagai cetakan) menjadi teruraiDNA Polymerase

Mengikat/menggabung deoksiribonukleosida trifosfat (memanjangkan rantai nukleotida)

DNA ligaseMenyambung bagian-bagian rantai tunggal DNA (fragmen

Okazaki)Primase

Mensintesis RNA primer sebagai substrat dalam reaksi polimerisasi

Replikasi DNA

Replikasi dimulai pada tempat-tempat spesifik dimana kedua untai DNA induk berpisah membentuk “gelembung” replikasi

Eukariotik -> terdapat ratusan atau ribuan daerah pangkal replikasi di sepanjang molekul DNA raksasa pada setiap kromosomnya

Gelembung replikasi terentang secara lateral, sementara replikasi DNA bergerak kedua arah

Pada akhirnya, gelembung replikasi akan menyatu, dan sintesis untai DNA akan selesai

Pelepasan untai DNA1)Replikasi DNA dimulai pada lokasi

spesifik disebut sebagai asal replikasi, yang memiliki urutan tertentu yang bisa dikenali oleh protein yang disebut inisiator DNA A.

2)Inisiator DNA A mengikat molekul DNA di tempat asal, sehingga mengendur untuk perakitan protein lain dan enzim penting untuk replikasi DNA.

3)Sebuah enzim yang disebut helikase direkrut ke lokasi untuk unwinding (proses penguraian/seperti membuka resleting) heliks dalam alur tunggal.

4)Helikase melepaskan ikatan hidrogen antara pasangan basa, dengan cara yang tergantung energi.

5)Titik ini atau wilayah DNA yang sekarang dikenal sebagai garpu replikasi (Garpu replikasi atau cabang replikasi adalah struktur yang terbentuk ketika DNA bereplikasi).

6)Setelah heliks yang terbuka, protein yang disebut untai tunggal mengikat protein (SSB) mengikat daerah terbuka dan mencegah mereka untuk menempel kembali. 7)Proses replikasi dapat dimulai, dan garpu replikasi dilanjutkan dalam dua arah yang berlawanan sepanjang molekul DNA.

2. Sintesis Primer untai komplementer DNA

menggunakan untai yang ada sebagai template yang dibawa oleh enzim yang dikenal sebagai DNA polimerase

DNA polimerase tidak dapat memulai sintesis DNA secara independen, dan membutuhkan 3′ gugus hidroksil untuk memulai penambahan nukleotida komplementer

Membutuhkan enzim yang disebut DNA primase yang merupakan jenis DNA dependent-RNA polimerase untuk mensintesis bentangan pendek RNA ke untai DNA yang ada

segmen pendek disebut primer, dan terdiri dari 9-12 nukleotida

● memberikan DNA polimerase platform yang diperlukan untuk mulai menyalin sebuah untai DNA.

● Setelah primer terbentuk pada kedua untai, DNA polimerase dapat memperpanjang primer ini menjadi untai DNA baru

● Pembukaan resleting DNA dapat menyebabkan supercoiling (bentukan seperti spiral yang mengganggu) di wilayah garpu berikutnya.

● Superkoil DNA dibuka oleh enzim topoisomerase yang mengikat ke bentangan DNA depan garpu replikasi.

● pemotongan untai DNA dalam rangka untuk meringankan supercoil tersebut.

3. Sintesis Leading Strand

DNA polimerase dapat menambahkan nukleotida baru hanya untuk ujung 3′ dari untai yang ada,

Hanya mensintesis DNA dalam arah 5′ → 3′ saja.

Tapi untai DNA berjalan di arah yang berlawanan, dan karenanya sintesis DNA pada satu untai dapat terjadi terus menerus. Hal ini dikenal sebagai untaian pengawal (leading strand).

DNA polimerase III (DNA pol III) mengenali 3′ OH ujung RNA primer, dan menambahkan nukleotida komplementer baru.

Saat garpu replikasi berlangsung, nukleotida baru ditambahkan secara terus menerus, sehingga menghasilkan untai baru

4. Sintesis lagging Strand

Pada untai berlawanan, DNA disintesis secara terputus dengan menghasilkan serangkaian fragmen kecil dari DNA baru dalam arah 5 ‘→ 3’.

Fragmen ini disebut fragmen Okazaki, yang kemudian bergabung untuk membentuk sebuah rantai terus menerus nukleotida.

Untai ini dikenal sebagai lagging Strand sejak proses sintesis DNA pada untai ini hasil pada tingkat yang lebih rendah.

● Primase menambahkan primer di beberapa tempat sepanjang untai terbuka. ● DNA pol III memperpanjang primer dengan menambahkan nukleotida baru, dan

jatuh ketika bertemu fragmen yang terbentuk sebelumnya. ● Perlu untuk melepaskan untai DNA, lalu bergeser lebih lanjut kebagian atas

untuk memulai perluasan primer RNA lain. ● Sebuah penjepit geser memegang DNA di tempatnya ketika bergerak melalui

proses replikasi.

5.Penghapusan Primer

Meskipun untai DNA baru telah disintesis primer RNA hadir pada untai baru terbentuk harus digantikan oleh DNA.

Proses ini dilakukan oleh enzim DNA polimerase I (DNA pol I). Tujuan khusus untuk menghilangkan primer RNA melalui ‘5→3’ aktivitas

eksonuklease nya, dan menggantikan mereka dengan deoksiribonukleotida baru dengan 5 ‘→ 3’ aktivitas polimerase DNA.

6.Ligasi

Setelah penghapusan primer selesai untai tertinggal masih mengandung celah antara fragmen Okazaki berdekatan.

Enzim ligase mengidentifikasi dan menyumbat celah tersebut dengan menciptakan ikatan fosfodiester antara 5 ‘fosfat dan 3’ gugus hidroksil fragmen yang berdekatan.

7.Terminasi (pemutusan)

Replikasi ini terhenti di lokasi terminasi khusus yang terdiri dari urutan nukleotida yang unik.

Urutan ini diidentifikasi oleh protein khusus yang disebut tus yang mengikat ke situs tersebut, sehingga secara fisik menghalangi jalur helikase.

Ketika helikase bertemu protein tus itu jatuh bersama dengan untai tunggal protein pengikat terdekat.

Hasil akhir replikasi adalah dua DNA yang memiliki sifat yang sama, dan masing-masing tersusun atas rantai induk dan rantai baru yang terbentuk.

Replikasi terjadi sebelum sel hakhluk siap melakukan pembelahan sel.

Setelah terbentu copian DNA yang memiliki sifat sama, sel akan memulai pembelahan sel dan menyerahkan masing-masing copian DNA tersebut pada sel baru yang terbentuk