View
495
Download
6
Embed Size (px)
Citation preview
GEN DAN EKSPRESI GEN
SITI MARYAM
ILMU YANG MEMPELAJARI
MAKHLUK HIDUP (biologi)
DILIHAT DARI SUDUT
MOLEKULER
DEFINISI
Replication
Transcription
Reverse Transcription
Translation
DOGMA SENTRAL of Molecular Biology
The Central Dogma of Molecular Biology
Transcription Translation
Replication
AC
UA A G C A
G
AC
UGUAC
DNA mRNAprotein
Phenotype
Struktur DNA
Basa :struktur cincin karbon-nitrogen Ada dua jenis struktur cincin, yaitu purin
dan pirimidin Basa purin : dua cincin ( A dan G) dan
pirimidin : satu cincin (T dan C) keduanya dibedakan oleh rantai
samping
Nukleosida : gula pentosa dan basa nitrogen yang terikat melalui ikatan glikosida DNA, gula penyusunnya adalah deoksiribosa DNA, deoksinukleosida: deoksiadenosin , deoksiguanosin, deoksitimidin, dan deoksisitidin RNA, nukleosida mempunyai ribosa sebagai komponen gula sehingga disebut ribonukleosida.
BASA - RIBOSA - FOSFAT
NUKLEOSSIDA
NUKLEOTTIDA
O
HH
H
HH
H2C O
O P
O
O-
Basa
O
HH
H
HH
H2C O
O P
O
O-
Basa
O
HH
H
HH
H2C O
O P
O
O-
Basa
O
5'
3'
5'
3'
5'
3'
Nukleotida
Merupakan ester fosfat
dari nukleosida.
1
2
3
POLIMER NUKLEOTIDA = ASAM NUKLEAT
NUKLEOTIDA
NUKLEOTIDA
NUKLEOTIDA
NUKLEOTIDA
NUKLEOTIDA
HN
N N
N
O
H2N
Sugar
1
23
4
56 7
89
N
N N
N
NH2
Sugar
2
1
3 4
56
7
89
Adenine Guanine
Purines
N
N
NH2
O1
6
54
32
Sugar
HN
N
CH3
O
O1
2
34
5
6
Sugar
Cytosine Thymine
Pyrimidines
NUCLEOTIDE
ATPADPAMP
STRUKTUR ASAM NUKLEAT
Urutan DNA
urutan deoksinukleotida dapat dinyatakan secara sederhana sebagai urutan basa
ACTTTCAGACC merupakan bagian urutan basa dari satu gen
TGGAACCGTAG merupakan bagian urutan basa dari gen lain yang mengkode protein yang berbeda
DNA HELIKS GANDA
Watson dan Crick : struktur DNA dengan difraksi sinar-X
DNA tersusun dari dua rantai yang saling mengelilingi satu sama lain dengan membentuk heliks ganda (double helix).
basa-basa nitrogen berada di bagian dalam dan tulang punggung gula-fosfat berada di bagian luar
DNA double helix
Organisasi DNA dalam kromosom
Kromoson prokariotDNA ini mengandung 4,6 juta ps basa (E Coli)
DNA sirkuler terdapat dlm sel dis nukleoid
Nukleoid DNA : 50 atau lebih domain (loop) yang terikat pada protein scaffold
Kebanyakan protein pengikat DNA adalah HU, HLP-1, dan H-NS.
(a)Asosiasi DNA bakteri sirkuler dengan scaffold protein; (b) molekul DNA ganda sirkuler;
(c) DNA supercoil
Kromosom eukariot DNA genom sel eukariot terdapat dalam
inti sel Sel manusia mengandung DNA lebih dari
1000 kali dari DNA E. coli (bakteri) manusia, mempunyai dua kopi setiap
kromosom, satu diwariskan dari ayah dan satu diwariskan dari ibu
Kromosom mengandung DNA dan protein (kromatin).
Histon : protein basa (lisin atau arginin) sehingga bermuatan positif
Nukleosom : Kompleks DNA yang mengelilingi kelompok protein histon
Setiap partikel inti nukleosom : meng DNA 146 bp, terikat pada kompleks delapan histon (oktamer histon)
REPLIKASI DNA
replikasi semikonservatif tangga berpilin mengalami pembukaan terlebih dahulu sehingga kedua untai polinukleotida akan saling terpisah
replikasi konservatif seluruh tangga berpilin DNA awal tetap dipertahankan dan akan mengarahkan pembentukan tangga berpilin baru
replikasi dispersif kedua untai polinukleo tida meng fragmentasi di sejumlah tempat
Replikasi DNAReplikasi DNA prokariot DNA polimerase I E. coli mengkatalisis
penambahan bertahap deoksiribonukleotida pada ujung 3’ dari rantai DNA:
(DNA)n + dNTP → (DNA)n+1 + PPi enzim ini mengenal nukleotida berikutnya pada
cetakan DNA , menambahkan nukleotida komplementer pada ujung 3’-OH dari primer shg membentuk ikatan 3’, 5’ fosfodiester dan membebaskan pirofosfat.
REPLIKASI DNA
Enzim ini akan bekerja dengan syarat empat dNTP (dATP, dGTP, dTTP, dan dCTP)
harus ada, ion Mg2+ juga diperlukan; cetakan DNA untuk dikopi oleh DNA polimerase; primer dengan 3’-OH bebas, tempat enzim
memperpanjangnya. DNA polimerase I juga memperbaiki kesalahan
selama sintesis DNA dengan menghilangkan nukleotida yang salah (aktivitas proof reading).
selama polimerisasi, jika nukleotida yang dimasukkan tidak tepat, DNA polimerase I menghilangkan nukleotida tersebut dengan menggunakan aktivitas eksonuklease 3’ → 5’.
DNA polimerase I juga mempunyai aktivitas eksonuklease 5’ → 3’, : menghilangkan nukleotida mulai dari ujung 5’ pada rantai polinukleotida
PEMANJANGAN ASAM NUKLEAT
Garfu reflikasi
Replikasi kromosom sirkuler bakteri.
(a) Replikasi mulai dari tempat awal replikasi (ori) dan berlangsung dalam dua arah. (b) gelembung replikasi bergerak mengelilingi kromosom pada waktu yang bersamaan. Dua garfu replikasi bertemu dan bergabung. Dua molekul DNA rantai ganda dihasilkan, masing-masing mempunyai satu rantai DNA induk (garis tipis) dan satu rantai DNA baru (garis tebal).
Fragmen Okazaki
DNA heliks ganda terorientasi scr antiparalel
Satu rantai berorientasi 5’ → 3’ dan rantai komplementernya berorientasi dalam arah 3’ → 5’.
DNA heliks ganda induk akan dibuka pada garfu replikasi dan DNA yang baru akan dibuat dari masing-masing rantai cetakan.
DNA polimerase hanya dapat mensintesis DNA dalam arah 5’ → 3’.
DNA baru yang disintesis secara kontinyu ini disebut leading strand
Pada cetakan dengan orientasi 5’ → 3’, sintesis DNA berlangsung secara diskontinyu dalam arah 5’ → 3’ shg terbentuk fragmen-fragmen DNA pendek ( fragmen Okazaki)
Rantai DNA baru yang dibuat secara diskontinyu ini disebut lagging strand.
Primer RNA
DNA polimerase tanpa primer. Primer yang digunakan berupa potongan RNA pendek (panjangnya kira-kira 5 nukleotida) dan disintesis oleh RNA polimerase (primase).Primer RNA yang dibuat oleh primase kemudian diperpanjang oleh DNA polimerase III shg terbentuk leading strand maupun lagging strand.
5’ 3’
Fragmen Okazaki
Leading strand
Lagging strand
Pol III
Pol III
Pol I
Primer RNAPrimase
HelikaseProtein SSB
Molekul DNA
5’3’ 5’3’
Replikasi DNA. (a) Primase mengikat pada rantai cetakan DNA dan (b) mensintesis RNA primer pendek; (c) DNA polimerase III memperpanjang RNA primer dengan mensintesis DNA baru; (d) selama sintesis lagging strand, fragmen Okazaki dipisahkan oleh RNA primer; (e) RNA primer sekarang dihilangkan dan gap diisi dengan DNA oleh DNA polimerase I (f) menghasilkan fragmen DNA berdekatan yang kemudian (g) digabungkan oleh ligase.
Protein pelengkap Protein yang diperlukan oleh DNA
polimerase I dan III, primase, dan DNA ligase untuk aktivitas.
Agar dapar berlangsung replikasi, kedua rantai heliks ini harus dibuka oleh DNA helikase
Replikasi DNA eukariot Siklus sel
Siklus sel eukariot. Fase S lamanya 6-8 jam, G2 adalah fase
di mana sel menyiapkan diri untuk mitosis dan berakhir selama 2-6 jam Mitosis sendiri (M) berlangsug singkat hanya kira-kira 1 jam. Lamanya fase G1 sangat bervarisasi dan tergantung pada tipe siklus sel. Sel dapat memasuki fase G0, (fase istirahat).
Replikasi DNA kromosom eukariot.Replikasi mulai pada beberapa tempat awal replikasi dan berlangsung dua arah pada masing-masing lokasi. Akhirnya ‘mata’ replikasi bergabung bersama untuk menghasilkan dua molekul DNA, masing-masing terdiri dari satu rantai DNA induk (garis tipis) dan rantai DNA yang baru disintesis (garis tebal).
Multiple repliconPada eukariot, replikasi DNA kromosom
terjadi hanya pada fase S dalam siklus sel Replikasi setiap molekul DNA linier dalam
kromosom dimulai pada beberapa tempat awal replikasi (multiple replicon)
Banyaknya tempat awal replikasi yang pada saat repliasi DNA eukariot menjamin bahwa DNA kromosom dapat direplikasi dalam waktu singkat
DNA polimerase
Ada lima DNA polimerase: α, β, γ, δ, dan ε.
DNA polimerase (replikasi) : α dan δ.
Perbaikan DNA : β dan ε
Semua DNA polimerase ini kecuali γ terletak dalam inti dan γ pada mitokondria.
Leading dan lagging strand
DNA polimerase α mensintesis lagging strand secara diskontinyu melalui fragmen Okazaki
DNA polimerase δ mensintesis leading strand ecara kontinyu
Enzim δ mempunyai aktivitas eksonuklease 3’ → 5’ dan dapat memperbaiki kesalahan DNA yang sedang disintesis
Replikasi telomer ujung kromosom (telomer)
Masing-masing telomer mengandung bebe rapa kopi urutan heksanukleotida berulang yang kaya G
Transkripsi Proses penyalinan kode kode genetik yang
ada pada urutan DNA menjadi molekul RNA. Molekul RNA dibedakan : mRNA, tRNA dan
rRNA RNA sintesis membutuhkan ensim RNA
polimerase Mekanisme dibagi menjadi 3
Inisiasi Elongasi Terminasi
The Central Dogma of Molecular Biology
Transcription Translation
Replication
ACUA A G C A
G
AC
UGUAC
DNA mRNAprotein
Phenotype
TRANSKRIPSI
DNA
RNA Polimerase
tRNA (transfer RNA)
rRNA (ribosomal RNA)
mRNA (messenger RNA)
Sintesis RNA
1.Inisiasi :•RNA polimerase mengenal sisi spesifik di daerah hulu (upstream) DNA dari gen yang akan dikopi(promoter)
•kemudian RNA polymer membuka double heliks DNA. •salah satu utas DNA berfungsi sebagai cetakan.
Promoter prokariot menunjukkan urutan –10 dan –35 dan titik awal transkripsi dinyatakan sebagai +1.
Tahap Transkripsi
TTGACA TATAATTempat mulai
transkripsi
5’ 3’
2. Elongasi : Enzim RNA polymerase bergerak sepanjang molekul DNA, membuka double heliks dan merangkai ribonukleotida ke ujung 3’ dari RNA yang sedang tumbuh.
Arah transkripsi
Pelipatan kembali transkripsi
Pembukaan lipatan
DNA cetakan
RNA yang disintesis5’ppp
Hibrid RNA-DNA5’
5’3’
3’
3’
3. Terminasi :
Terjadi pada tempat tertentu. Proses terminasi transkripsi ditandai dengan terdisosiasinya enzim RNA polymerase dari DNA dan RNA dilepaskan.
•Bagian dari molekul DNA (gene) terbuka pilinannya sehingga basa-basanya terekspos.
•Nukleotida mRNA bebas, di dalam nukleus berpasangan basa-basanya dengan satu utas molekul DNA yang telah terbuka pilinannya.
•mRNA dibuat dengan bantuan RNA polymerase. Enzim ini menyatukan nukleotida mRNA untuk membuat utas mRNA.
•Utas mRNA ini bersifat komplementer terhadap DNA (gen)
•mRNA meninggalkan nukleus menuju sitoplasma melalui pori nuklear
Transkripsi gen eukariot
RNA polimerase I terletak dalam inti, mentranskripsi gen rRNA 28S, 18S, dan 5,8S;
RNA polimerase II terletak dalam nukleoplasma, mentranskripsi gen pengkode protein (mRNA) dan kebanyakan gen small nuclear RNA (snRNA);
RNA polimerase III juga terletak dalam nukleoplasma. Enzim ini mentranskripsi gen tRNA, rRNA 5S, satu snRNA, dan RNA 7S yang diasosiasikan dengan partikel pengenal signal (signal recognition particle, SRP). SRP terlibat dalam translokasi protein menyebrangi membran retikulum endoplasma.
Mekanisme dasar sintesis RNA pada eukariot sama prokariotInisiasi : sisi promoter pada daerah 5’ dari titik awal transkripsi RNA polimerisase mengkopi satu rantai, yaitu rantai antisense (-) dari cetakan DNA Sintesis RNA terjadi dalam arah 5’→3’
TATAA
TATAA
D
D Pol II
TFIID
TFIIA, TFIIB, TFIIF-RNA polimerase II
D Pol II
TFIIE, TFIIH, TFIIJ
Transkripsi mulai
A B F
EA B F H J
Elongasi dan terminasi
Elongasi rantai RNA berlanjut terus sampai terminasi terjadi
RNA Polimerase mengakhiri transkripsi pada jarak yang bervarisasi di daerah hilir gen
Molekul RNA yang dibuat dari gen pengkode protein oleh RNA polimerase II disebut transkrip primer.
Tanskrip primer : perlu diproses agar menghasilkan mRNA yang siap untuk ditranslasi spt penambahan topi (capping), penambahan ekor poli A (polyadenilation), dan potong sambung (splicing) RNA.
5pppNpNp
ppNpNp
G5ppp5NpNp
Penghilangan fosfat terminal oleh fosfatase
Pembentukan ikatan 5’5’ trifosfat selama penambahan residu G terminal
Gugus metil ditambahkan pada G dari S-adenosil metionin membentuk cap 0
Gugus metil ditambahkan pada ribosa dari nukleotida pertama setelah G membentuk cap 1 atau pada ribosa dari dua nukleotida setelah G membentuk cap 2
GTP
PPi
GpppNpNp
CH3
GpppNpNp
CH3
CH3 CH3
Poliadenilasi
Ekson 1 GU A AG Ekson 2
Sisi potong sambung
Sisi potong sambung
Titik percabangan
Kelompok pirimidin
Intron
20-50 nukleotida
GU A AG
GU
A AG
P
P
3’OH +
GU
A AG
P
3’OH+
P
P
P
3’-5’
5’
2’