BIOTEKNOLOGI (GENETIKA ) Nurul Muhlisa Mus, S. Farm., M. Si Sejarah Penemuan DNA Peran biologik DNA sebagai sebagai pembawa informasi genetik belum diketahui Penemu Tahun Penemuan Gregor Mendel 1865 Menduga bahwa satu bagian dari sel bertanggung jawab atas hereditas (penurunan sifat) Friedrich Miescher 1869 DNA pertama kali memisahkan DNA dari inti dari sel spermatozoa dan eritrosit burung. Dinamakan nuklein. Fisher 1880 Penemuan Pirimidin dan Purin. Albreent Kossel 1880 Penemuan dua pirimidin (sitosin & timin) dan dua purin (adenin & guanin) Robert Feulgen 1920 DNA ditemukan secara eksklusif di dalam kromosom Levine 1920 Penemuan gula 5 karbon ribosa, gula deoksiribosa, dan asam fosfat dalam inti. Frederick Griffith 1928 Bakteri dapat memindahkan informasi genetik ke bakteri lain melalui trasformasi dan merubah sifat bakteri target. Avery 1944 Menunjukkan klon bakteri yg dicampur asam nukleat (DNA) yg berasal dari sisa patogen mengalami perubahan dari non patogen menjadi patogen. Frances Crick dan James Watson 1953 Menemukan model molekul DNA (3D) sebagai suatu struktur heliks beruntai ganda (double helix) Griffith experiment STRUKTUR DNA DNA (Deoxyribonucleic acid) adalah makromolekul/polimer berupa polinukleotida (asam nukleat) yang tersusun atas banyak monomer berupa nukleotida jenis deoksiribonukleotida. DNA terdiri dari dua untai polinukleotida (double strand) yang saling komplemen dan berikatan serta berpilin satu samalain atau disebut double-heliks (berpilin ganda). Makromolekul ini berperan membawa informasi genetik yang berfungsi dalam penurunan sifat (hereditas) dan berperan dalam proses fisiologi dalam tubuh (produksi protein tertentu). DNA Sebagian besar terletak di inti sel. Struktur DNA 1 Deoksiribonukleotida tersusun atas: • Satu basa nitrogen (nukleobasa) • Satu gula pentosa • Satu gugus fosfat BASA NITROGEN pada DNA • Purin (double-ring) (Adenin & Guanin) • Pirimidin (single-ring) (Sitosin & Timin) GUGUS FOSFAT • gugus fosfat pada DNA berasal dari asam fosfat (H3PO4) Gula Pentosa (Aldopentosa) Jenis gula pentosa yang ada pada DNA adalah gula Aldospentosa : 1. Ribosa 2. Deoksiribosa (Gula ribosa yang kehilangan atom O pada atom C2). Penamaan Nukleotida DNA Golongan nukleotida berdasarkan gugus gula : 1. Ribonukleotida 2. Deoksiribonukleotida kelompok deoksiribonukleotida berdasarkan jenis basa nitrogen dan jumlah gugus fosfatnya : 1. Guanin > dGMP/deoksiguanilat, GMP, GDP, GTP 2. Sitosin > dSMP/deoksitidilat, SMP, SDP, STP 3. Timin > dTMP/deoksitimidilat, TMP, TDP, TTP 4. Adenin > dAMP/deoksiadenilat, AMP, ADP, ATP Nukleosida Guanin > deoksiguanosin Adenin > deoksiadenosin Timin > deoksitimidin Sitosin > Deoksitidin IKATAN 3-5 fosfodiester • ikatan fosfodiester menghubungkan gula pada satu nukleotida dengan gula pada nukleotida berikutnya.maka dengan demikian akan terbentuk suatu rantai polinukleotida yang masing-masing nukleotidanya satu sama lain dihubungkan oleh ikatan fosfodiester. • Gula-fosfat tersusun selang seling dan berada dibagian terluar rantai dan memiliki peranan struktural sebagai tulang punggung, 2. Ikatan Glikosidic (gula-basa) ikatan kovalen antara gula 2-deoksiribosa dan basa dengan melepas molekul air yang terbentuk dari gugus hidroksil (OH) C1 pada gula dan H pada basa. (C1-N9) • Deoksiguanosin (gula-G) • Deoksiadenosin (gula-A) (C1-N1) • Deoksitimidin (gula-T) • Deoksisistidin (gula-S) Ket : garis titik menunjukkan lokasi berikatan dengan gula. 3. Ikatan Hidrogen (Basa-basa) • Pasangan basa tersusun di bagian dalam rantai double helix memiliki peranan fungsional sebagai pembawa informasi genetik. • Ikatan hidrogen memungkinkan DNA dapat dibuka dan digabung kembali relatif mudah seperti zipper baik oleh gaya mekanika maupun temperatur tinggi. • The two strands have the same helical geometry but base pairing holds them together with the opposite polarity. That is, the base at the 5 end of one strand is paired with the base at the 3 end of the other strand. The strands are said to have an anti-parallel. • Bidang-bidang basa tegak lurus terhadap sumbu heliks. Bidang-bidang gula hampir tegak lurus terhadap bidang basa. Stabilisasi Double Helix Heliks ganda distabilisasi oleh 2 gaya utama : 1. ikatan hidrogen antar nukleotida. G-S lebih berkontribusi pada stabilitas double helix dibanding pasangan basa A-T. 2. interaksi tumpukan antar nukleobasa aromatik (interaksi π-π/interaksi awan elektron). interaksi phi-phi G-S dengan pasangan basa di sebelahnya lebih menguntungkan dibanding interaksi phi-phi A-T dengan pasangan basa di sebelahnya. 3. Perlindungan kation pada gugus fosforil. Muatan negatif pada gugus fosforil DNA mampu menyebabkan untai DNA menolak satu sama lain sehingga adanya kation di sekitar DNA bisa memberi perlindungan pada muatan negatif tersebut. Pasangan Basa Spesifik 1. Faktor sterik (faktor ruang) ikatan hidrogen. 2. Kebutuhan pengikatan hidrogen. 3. Ketentuan Chargaff Menyatakan bahwa perbandingan A/T dan S/G selalu mendekati satu. Menentukan Sekuen basa lekukan pasangan basa baik G-S maupun A-T terdiri dari dua jenis : 1. lekukan mayor (mayor groove) 2. lekukan minor (minor groove) Lekukan mayor lebih informatif untuk menentukan sekuen DNA dibanding lekukan minor. Bila susunan basa yang sebenarnya pada salah satu rantai diketahui, dapat dituliskan dengan tepat susunan basa pada rantai pasangannya karena pembentukan pasangan adalah spesifik. Jadi, satu rantai merupakan komplemen rantai yang lain. ALUR DNA TIPE-TIPE KONFORMASI DNA A-DNA • Terbentuk ketika lingkungan DNA mengalami dehidrasi (mis : pada saat eksperimen kristallografik) • Teramati ada pada sisi aktif enzim DNA polimerase • Right-Handed/searah jarum jam • lebih pendek dan lebar dibanding B form. B-DNA (Watson-Crick Model) • Komformasi DNA paling umun dan stabil pada kondisi fisiologis normal. • konformasi ini terbentukpada lingkungan yang memiliki konsentrai air (hidrasi) yang tinggi di sekitar molekul DNA. • Right-handed/searah jarum jam Z - DNA (Zig-Zag Model) • Memiliki rangka gula-fosfat berbentuk zig-zag disebakan oleh konformasi anti pd pirimidin & syn pada purin. Sekaligus menyebabkan putaran rantai menjadi left-handed. • Ditemukan ketika lingkungan sekitar molekul memiliki konsentrasi garam yang tinggi (ion Sodium) • Diduga terbentuk pada saat proses ekspresi gen (proses transkripsi) • left handed/berlawanan arah jarum jam DENATURASI DNA • Ikatan hidrogen adalah ikatan yang tidak sekuat ikatan kovalen sehingga mudah diputus oleh keadaan tertentu. • Denaturasi : ds > ss 1. Dipanaskan di atas temperatur phisiologisnya (mendekati 100 C). • Semakin banyak bp G-S semakin tinggi temperatur yg dibutuhkan untuk denaturasi DNA. • konsentrasi garam pada larutan DNA juga mempengaruhi temperatur yg dibutuhkan untuk denaturasi DNA 2. PH tinggi /di atas pH fisiologis • Denaturasi bersifat reversibel (ss > ds) disebut renaturasi. REPLIKASI DNA REPLIKASI DNA (Semikonservatif) Enzim yang terlibat : 1. Topoisomerase 2. RNA Primase 3. DNA polimerase 4. DNA ligase 5. Helikase 6. Protein yang terikat pada masing2 untai DNA Pengemasan DNA KROMOSOM & GEN Kromosom : Suatu struktur yang terdiri dari dua komponen molekul, yaitu protein dan DNA yang terletak di inti sel. Gen : fragmen DNA yang menempati suatu lokus pada kromosom yg mengandung satuan informasi genetika yg mengatur sifat menurun tertentu dan menyandikan protein/enzim tertentu. Tipe Kromosom a. Autosom, kromosom yang tidak ada hubungannya dengan penentuan jenis kelamin. Dari 46 kromosom di dalam inti sel tubuh manusia, sebanyak 44 buah (22 pasang) merupakan autosom. b. Gonosom, sepasang kromosom yang menentukan jenis kelamin. Gonosom dibedakan menjadi dua macam, yaitu kromosom-X dan kromosom-Y. NONTON YUKK.... Be Silent Please... RNA • RNA terdiri dari 1 gula ribosa, 1 basa nitrogen dan satu gugus fosfat. • RNA is usually found as a single polynucleotide chain without complementary chain. • gambar RNA MACAM RNA 1. Genetik : Virus 2. non genetik : berperan dalam sintesis protein. • mRNA (RNA duta) • tRNA • rRNA Sruktur RNA • The backbone of RNA contains ribose rather than 2-deoxyribose. That is, ribose has a hydroxyl group at the 2 position. Basa Pada RNA • RNA contains uracil in place of thymine. Uracil has the same single-ringed structure as thymine, except that it lacks the 5-methyl group. Thymine is in effect 5-methyl-uracil. Konsekuensi single strand RNA REPLIKASI DNA 1. Teori konservatif : replikasi tanpa membuka ikatan DNA 2. Semikonservatif : Replikasi denganmembuka ikatan DNA terlebih dahulu 3. Teori Dispersif :replikasi terjadi berselang seling dalam ikatannya.