Ajar 9:
REPLIKASI DNA DAN
EKSPRESI GEN
Asri Peni Wulandari
Review : Genetika Mikroba
• Mengapa kita harus mempelajari
Genetika Mikroba?
• Mengapa Gen adalah dasar dari kehidupan?
Unpad/Mikro/APW/2010
Tujuan Materi Kuliah:
• Mampu menjelaskan konsep
Dogma Molekular (replikasi,
Transkripsi, dan replikasi)
• Dapat menjelaskan mekanisme
sintesis protein.
Unpad/Mikro/APW/2010
Gen Operon
Unpad/Mikro/APW/2010
Informasi Genetik
Unpad/Mikro/APW/2010
DOGMA MOLEKULAR
gene expression?
-
Transkripsi : sintesis
RNA dari DNA
template
- Translasi : formasi
sebuah protein
(rangkaian asam
amino) dari RNA
Unpad/Mikro/APW/2010
Replikasi DNA
• Salah satu rantai DNA
ganda (parental strand)
akan menjadi rantai ‘anak;
yang identik.
• Step Replikasi:
– DNA tidak terlipat dan rantai
DNA terpisah (replication
fork)
– Nukleotida bebas akan
berikatan pada
pasangannya
– DNA polymerase akan
bergabung dengan
nukleotida
– Terbentuknya rantai DNA
baru
Unpad/Mikro/APW/2010
Unpad/Mikro/APW/2010
Step 1: Hydrogen bonds
between complimentary
bases break
DNA “unzips”
Unpad/Mikro/APW/2010
Step 2: DNA strands
pull apart from each other
Unpad/Mikro/APW/2010
Step 3: DNA nucleotides in the cell
match up with each side of the
“unzipped” DNA
each “unzipped’ strands forms a
template for a new strand
Unpad/Mikro/APW/2010
Step 3: DNA nucleotides in the cell
match up with each side of the
“unzipped” DNA
each “unzipped’ strands forms a
template for a new strand
Unpad/Mikro/APW/2010
Unpad/Mikro/APW/2010
Replication fork
3’
5’
1 Helicase separates
the double-stranded
molecule
Synthesis of the leading strand
proceeds continuously: 5’ to 3’
3’
DNA Polymerase III
Synthesis of the lagging strand is
Discontinuous: also 5’ to 3’
RNA primer
2
Primase
Synthesizes an RNA
primer fragment
Okazaki fragments
3 DNA polymerase III adds
nucleotides onto the 3'
end of the fragment
4
DNA polymerase I replaces the
RNA primer with deoxynucleotides
Unpad/Mikro/APW/2010
5
DNA ligase seals
the gaps between
adjacent fragments
3’
5’
POINT dari REPLIKASI DNA
• DNA is unwound and replication fork forms
• Leading strand is synthesized continuously
• Lagging strand is synthesized in small
segments (~1000bp,Okazaki fragments)
– DNA synthesis is primed by RNA primers
– RNA primers and replaced by DNA
– DNA fragments are joined together
Unpad/Mikro/APW/2010
SINTESIS PROTEIN
LOKASI
Unpad/Mikro/APW/2010
Sintesis Protein
PROSES
Transkripsi terjadi di dalam inti,
sedangkan transformasi
terjadi di sitoplasma
Unpad/Mikro/APW/2010
• Proses dimana molekul DNA dikopi menjadi
rantai komplementer RNA (messenger
RNA=mRNA)
• Proses pengkodean mRNA menjadi
protein dengan menggunakan
beberapa jenis RNA
Unpad/Mikro/APW/2010
TRANSKRIPSI
• RNA polymerase , enzim yang
melekat pada DNA pada posisi
khusus rantai DNA yang berperan
sebagai “start signal”.
• Rantai DNA akan terpisah dan satu
rantai DNA akan berperan sebagai
template.
• Basa RNA akan melekat pada
komplementer DNA (template),
sehingga dapat dimulai sintesis
mRNA
Unpad/Mikro/APW/2010
TRANSKRIPSI
(L a n j u t a n)
Unpad/Mikro/APW/2010
TRANSLASI
•
Unpad/Mikro/APW/2010
Terdiri dari 3 tahap:
– Inisiasi - start codon (AUG)
– Elongasi –ribosom bergerak
sepanjang mRNA
– Terminasi- stop codo. Polypeptida
dilepaskan dan protein baru
terbentuk
Tipe-tipe RNA
• mRNA, 3 basa
(kodon)
?
?
Unpad/Mikro/APW/2010
• rRNA, terdiri dari
70S ribosome
• tRNA, 3 basa
antikodon
(komplementer
kodon dari mRNA
Kode Genetik
• DNA: triplet code
• mRNA: kodon
(komplementari
terhadap triplet kode
dari DNA)
• tRNA: antikodon
(komplimentari
terhadap kodon )
Unpad/Mikro/APW/2010
KODON
Unpad/Mikro/APW/2010
OH
P
HO
NH2
O
N
O
CH2
N
H
P
O
O
N
O
CH2
P
Guanine
NH2
N
O
Arginine
H
NH2
O
N
O
CH2
N
O
OH
Unpad/Mikro/APW/2010
NH
N
O
HO
N
O
O
HO
Adenine
N
H
N
N
Adenine
Kode Genetik
Unpad/Mikro/APW/2010
TRANSLASI
Proses
Unpad/Mikro/APW/2010
TRANSLASI
Proses
Unpad/Mikro/APW/2010
TRANSLASI
Proses
Unpad/Mikro/APW/2010
TRANSLASI
Proses
Unpad/Mikro/APW/2010
Perbedaan RNA dan DNA
Unpad/Mikro/APW/2010
Transkripsi – Tahap 1
5’ A C G T A T C G C G T A 3’
3’ T G C A T A G C G C A T 5’
Template DNA Strands
Unpad/Mikro/APW/2010
Transkripsi– Tahap II
5’ A C G T A T C G C G T A 3’
3’ U G C A U A G C G C A U 5’
Template DNA adalah sama
dengan komplemen rantai mRNA
Unpad/Mikro/APW/2010
Transkripsp – Tahap III
5’ A C G U A U C G C G U A 3’
3’ U G C A U A G C G C A U 5’
• mRNA meninggalkan
nukleus dan menuju
ribosom
• Komplemen RNA baru
disintesis (rRNA)
Unpad/Mikro/APW/2010
Transcription Reminders !!!
• The template strand is the DNA
strand being copied
• The rRNA strand is the same as
the DNA strand except Us have
replaced Ts
Unpad/Mikro/APW/2010
Gene Expression Overview
template strand: strand of the DNA
double helix used to make RNA
coding strand: strand of DNA that is
complementary to the template strand
RNA polymerase: the enzyme that
synthesizes RNA from the DNA
template
Unpad/Mikro/APW/2010
Gene Expression Overview
Transcription proceeds through:
– initiation – RNA polymerase identifies
where to begin transcription
– elongation – RNA nucleotides are added
to the 3’ end of the new RNA
– termination – RNA polymerase stops
transcription when it encounters
terminators in the DNA sequence
Unpad/Mikro/APW/2010
Gene Expression Overview
• Translation proceeds through
– initiation – mRNA, tRNA, and ribosome
come together
– elongation – tRNAs bring amino acids to
the ribosome for incorporation into the
polypeptide
– termination – ribosome encounters a stop
codon and releases polypeptide
Unpad/Mikro/APW/2010
Gene Expression Overview
Gene expression requires the participation of
multiple types of RNA:
messenger RNA (mRNA) carries the
information from DNA that encodes proteins
ribosomal RNA (rRNA) is a structural
component of the ribosome
transfer RNA (tRNA) carries amino acids to
the ribosome for translation
Unpad/Mikro/APW/2010
Gene Expression Overview
• Gene expression requires the participation of
multiple types of RNA:
• small nuclear RNA (snRNA) are involved in
processing pre-mRNA
• signal recognition particle (SRP) is composed
of protein and RNA and involved in directing
mRNA to the RER
• micro-RNA (miRNA) are very small and their role
is not clear yet
Unpad/Mikro/APW/2010
Overview
1. Mengapa Transkripsi diperlukan?
Transkripsi berperan dalam untuk
membentuk mRNA yang
akan
membawa kode genetik keluar dari
nukleus menuju ribosom di sitoplasma
untuk ditranslasi menjadi protein
2. Transkripsi ? RNA polimerase berikatan pada DNA ,
memisahkan rantai ganda DNA,
selanjutnya menggunakan satu strand
sebagai template untuk mensintesis
mRNA
3. Mengapa Translasi diperlukan?
Translasi memastikan bahwa asam
amino yang tepat berikatan oleh
peptida untuk membentuk protein
Unpad/Mikro/APW/2010
Overview
4. Translasi? Sel menggunakan informasi dari
mRNA untuk menghasilkan
protein
5. Apa bedanya DNA dan RNA?
DNA mempunyai deoxyribose, RNA
mempunyai ribose; DNA ada 2 strands, RNA
hanya ada satu strand; DNA memilki
thymine, RNA memiliki uracil.
6.
Terjemahkan kodon ini menjadi peptida :
UGGCAGUGC
tryptophan-glutamine-cysteine
Unpad/Mikro/APW/2010
Apa artinya??
• gen adalah Konstitutif:
• Beberapa gen bersifat
indusible
• Beberapa gen bersifat
repressible
Unpad/Mikro/APW/2010