Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa dapat menjelaskan bahan genetik

1
2
Pokok Bahasan Bahan genetik
Tujuan Instruksional Khusus
Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa dapat
menjelaskan bahan genetik
2
Sub Pokok Bahasan
2.1. DNA, RNA dan kromosom 2.2. Struktur gen
3
2.1. DNA, RNA dan kromosom
Sejarah

1. 1869 DNA teridentifikasi sebagai benang halus
   pada darah putih yang diberi ethanol dingin
2. 1935 DNA murni berhasil diisolasi
3. 1941 diajukan hipotesis satu gen-satu enzim
4. 1953 struktur molekul DNA terungkap

4

1. 1966 kode genetik dapat dipecahkan
2. 1969 pertama kali gen dapat disolasi
3. 1980 teknik penggandaan DNA secara buatan dapat
   dilakukan dengan mesin PCR (Polymerase Chain
   Reaction)
4. 1984 Dikembangkan sistem sidik jari DNA (DNA
   finger printing)

5
Bahan Penyusun DNA
6
Bahan Penyusun DNA
DNA Deoxyribo Nucleic Acid, merupakan bahan
dasar genetik yang terbentuk dari tiga komponen
yaitu basa, gula dan phosphat
7
1. Basa, yang merupakan bahan dasar penyandi
genetik. Terdiri dari empat jenis yaitu Adenine,
Guanine, Thymine, dan Cytosine.
8
2. Gula, jenis gula yang merupakan penyusun DNA
adalah gula dengan 5, dimana 4 C menyusun cincin
dan gula kelima menempel pada gula no 4. Oleh
karena C no 2 kehilangan O, maka gula tersebut
dinamakan deoxyribose. Basa berikatan dengan
deoxyribose pada C no 1. gabungan antara basa
dengan deoxyribose disebut nucleosida.
9

• Phosphat. Senyawa phospat berguna untuk mengikat
  gula-dengan-gula, dimana phospat tersebut
  berikatan dengan gula pada C no 5. ikatan
  nucleosida dengan phospat disebut
• nucleotida

10

• Struktur Kimia Basa
• Empat basa penyusun DNA berdasarkan struktur
  kimianya dapat dikategorikan menjadi 2 yaitu
• Kelompok pyrimidine
• Kelompok purine

11
1. Kelompok Pyrimidine. Basa kelompok ini
terbentuk dari satu cincin yang terdiri dari 4 C
dan 2 N. Kedua basa itu adalah Thymine dan
Cytosine
12
2. Kelompok Purine. Basa kelompok ini terbentuk
dari dua cincin yang terdiri dari 5 C dan 4 N.
Kedua basa itu adalah Adenine dan Guanine
13
Ikatan antar Basa. Dalam pembentukan DNA
terdapat 2 utas yang saling berikatan, ikatan ini
karena antar basa dapat dihubungkan oleh unsur
hydrogen, sehingga ikatan antar basa disebut
ikatan hydrogen.
14
Berdasarkan jumlah ikatan dibagi 2, yaitu

1. Basa-basa berikatan dua, yaitu Thymine (A) dari
   Pyrimidine dengan Adenine (A) dari Purine
2. Basa-basa berikatan tiga, yaitu Cytosine (C) dari
   Pyrimidine dengan Guanine (G) dari Purine

15
Dengan pola ikatan hydrogen seperti itu
menyebabkan terjadi komplementasi, yaitu antara
T-A dan C-G, yang penting bagi proses replikasi
dan ekspresi gen.
16
Demikian juga jumlah basa Pyrimidine akan sama
dengan basa Purine, tetapi jumlah basa berikatan
2 tidak selalu sama dengan jumlah basa berikatan
3.
17
Basa
18
Penyusunan Basa
Utas pada DNA dan RNA terbentuk dari ikatan antar
deoxyribose dengan deoxyribose bukan oleh ikatan
antar basa dalam satu utas. Ikatan tersebut
terjadi ketika senyawa Phospat pada C no 5 pada
suatu deoxyribose berikatan dengan C no 3 pada
deoxyribose yang lain. Ikatan ini disebut ikatan
phospho-diester, karena dihubungkan oleh phospat.
Ikatan ini menyebabkan utas terbentuk dan basa
dapat menempel berurutan secara sequensial,
sehingga ikatan antar deoxyribose disebut juga
tulang belakang (back bone) DNA
19
Oleh karena P pada C no 5 berikatan dengan P pada
C no 3, maka pergerakan pembentukan utas akan
berupa gerakan dari C no 5 ke C no 3, sehingga
ujung awal utas DNA/RNA disebut ujung 5,
sedangkan ujung akhirnya disebut ujung 3.
20
Pada DNA yang memiliki utas ganda arah pergerakan
antar utas saling berlawanan, sehingga posisi
basa tidak selalu tepat sejajar, hal ini
mengakibatkan utas ganda DNA menjadi berpilin
21
Penyusunan Basa
22
Susunan basa pada DNA dapat divisualisasikan
melalui mesin yang disebut DNA sequencer. Pada
saat ini biasanya basa C disajikan dalam warna
biru, basa G dalam warna hitam, basa T dalam
warna merah dan basa A dalam warna hijau.
23
Visualisasi susunan basa dari mesin DNA sequencer
24
Susunan basa dari dari suatu fragment DNA hasil
analisis mesin DNA sequencer
25
Perbedaan DNA dengan RNA
Komponen DNA RNA
Gula Gula pada DNA kehilangan unsur Oxygen pada C no 5, sehingga Gula pada RNA masih memiliki Oxygen pada C no 2, sehingga diberi nama Ribose
Basa Basa Pyrimidine dengan dua ikatan Hydrogen, Thyimine, memiliki CH3 pada salah satu C penyusun Cincin Basa Thyimine pada RNA tidak memiliki CH3 pada salah satu C penyusunnya, dan disebut Uracyl
Utas Ganda Tunggal
26
RNA
DNA
RNA
O
H3C
O
H3C
5
5
1
4
1
4
Gula
H
H
3
3
2
H
2
H
OH
OH
H
OH
deoxyribose
ribose
CH3
H
C
C
Basa
H
H
O
O
C
C
C
C
N
N
N
N
H
H
H
H
C
C
O
O
Thymine
Uracil
Utas
ganda
tunggal
27
Pengandaan DNA
Penggandaan DNA, dilakukan secara semi
conservative, yaitu pada setiap fragment DNA baru
terbentuk masih terdapat satu utas daru fragment
yang sebelumnya. Proses ini dimungkinkan karena
adanya sistem komplentasi antara basa T dengan A,
dan basa C dengan G.
28
(No Transcript)
29
Langkah Penggandaan DNA
1. Pemecahan (Cleavage) utas Ganda DNA pada suatu
tempat (Cleavage Site) yang memisahkan 2 utas
sehingga dapat dilakukan penggandaan DNA.
30
2. Penggandaan utas melalui proses komplementas.
Enzim DNA Polymerase melakukan pembentukan utas
DNA baru sesuai dengan basa komplemennya.
31
3. Penutupan Nick. Oleh karena pemanjangan rantai
DNA selalu mengikuti pola 5-3, maka pada utas
yang arah 5-3 nya searah dengan arah cleavage,
proses komplentasi terhenti menunggu cleavege
cukup besar, sehingga menyebabkan ada gap antar
rangkaian basa, gap ini disebut nick, yang harus
ditutup agar fragment DNA baru sempurna.
32
Nick tidak terdapat pada utas dengan arah 5-3
nya berlawanan dengan arah cleavage, karena
proses pemanjangan utas baru searah dengan arah
cleavage.
33
Pengandaan DNA
34
Kromosom
Di dalam sel tanaman, DNA tersebar baik dalam
inti sel, maupun dalam sitoplasma. Dalam inti
sel DNA tersusun dalam kromosom, sedangkan dalam
sitoplasma DNA terdapat dalam plastid,
mitochondria, yang jumlahnya lebih dari 1, hal
ini karena dalam sel tanaman terdapat tiga genom,
yaitu genom inti, genom mitochondria dan genom
plastid.
35
(No Transcript)
36
Pembentukan kromosom
Dari utas ganda DNA yang memiliki ketebalan 2 nm,
mengalami beberapa proses sebelum membentuk
kromosom dengan ketebalan 700 nm, yaitu

1. Utas ganda DNA mengikat histone, sehingga
   mencapai ketebalan 11 nm.
2. DNA yang sudah mengikat histone bergabung hingga
   dua lapis, sehingga mencapai ketebalan 30 nm.

37

1. Gabungan diatas memendek membentuk pola gelombang
   dengan lebar antara puncak dan lembah gelombang
   sebesar 300 nm.
2. Pola gelombang tersebut membentuk pola memilin
   dengan ketebalan 700 nm. Pola pilinan tersebut
   akhirnya yang nampak sebagai massa kromosom.

38
(No Transcript)
39
Struktur kromosom
40
Telomere Ujung kromosom yang terdiri dari
sekuens DNA yang dibutuhkan untuk stabilitas
ujung kromosom.
Centromere Bagian kromosom yang berasosiasi
dengan benang gelendong, ketika pembelahan
mitosis ataupun meiosis.
41
Heterochromatin Bagian kromosom yang cenderung
padat pilinannya, jelas tampak pada interfase,
umumnya berada disekitar centromere and telomere
Euchromatin Merupakan bagian kromosom yang
memiliki kepadatan normal dan mengalami siklus
kondensasi, cendering kurang memilin pada
interfase. Gen-gen aktif umumnya berada pada
bagian ini.
42
Ukuran Genom Beberapa Tanaman Penting
Nama Ilmiah Nama Umum Genome Size (MegaBp)
Allium cepa Bawang merah 1592
Arabidopsis thaliana Arabidopsis 127
Avena sativa Oat 11315
Beta vulgaris ssp esculenta Bit Gula 758
Brassica napus Canola 1182
Capsicum annuum Cabe 2702
Citrus sinensis Jeruk 382
Glycine max Kedele 1115
Gossypium hirsutum Kapas 2246
Hordeum vulgare Barley 4873
Lactuca sativa Lettuce 2639
Lycopersicon esculentum Tomat 953
Malus x domestica Apple 769
Manihot esculenta Singkong 760
Musa sp Pisang 873
Nicotiana tabacum Tembakau 4434
Oryza sativa Padi 331
Phaseolus vulgaris bean 637
Saccharum sp. Tebu 3000
Sorghum bicolor Sorghum 760
Triticum aestivum Gandum 15966
Zea mays Jagung 2504
43
2.2. Struktur Gen
Gen merupakan fragment DNA yang dapat
ditranskripsikan menjadi RNA dan diterjemahkan
menjadi protein, yang selanjutnya mampu
mempengaruhi proses fisiologi tanaman maupun
penotifnya.
44
Pada dasarnya Gen tersusun oleh empat komponen

1. Regulator
2. Promoter
3. Transcribed Region (Bagian yang
   ditranskripsikan)
4. Terminator

45
(No Transcript)
46
Regulator
Merupakan bagian dari gen yang berperan dalam
pola aktivasi suatu gen, pada rangkaian
fisiologis apa, pada kondisi apa, pada fase
perkembangan apa, atau pada organ apa. Umumnya
berada pada awal sebuah gen mendahului promotor
47

• Regulator terdiri dari responsive element seperti
  
• 1. HSE (Heat Shock-response Element)
• GRE (Glucocorticoid Response Element)
• SRE (Serum Response Element)

48
Promoter
Merupakan bagian dari gen yang berperan penentuan
utas mana yang akan dikode untuk ditraskripsikan,
dan kapan titik awal transkripsi akan dilakukan.
Letak promotor berada sebelum titik awal
transkripsi, sehingga jarak dari titik inisiasi
dinotasikan dengan tanda -, atau disebut arah
downstream. Promotor yang paling umum terdapat
dalam gen tanaman adalah TATA box.
49

• Jenis-jenis promotor
• TATA box (TATAAA, 10 bp)
• CAAT box (GGCCAATCT, 22 bp)
• GC box ( GGGCGG, 20bp)
• Octamer (ATTTGCAT, 20 bp)
• kB (GGGACTTTCC, 10 bp)
• ATF (GTGACGT, 20 bp).

50
Transcribed Region
Merupakan bagian dari gen akan ditranskripsikan
menjadi RNA. Bagian ini dimulai dari titik awal
transkripsi (start site) hingga titik akhir
transkripsi (termination site). Notasi mulai
start site adalah , atau up stream. Dalam
bagian ini terdapat bagian yang akan dibawa
keluar dari inti sel yang disebut exon, dan
bagian yang akan tetap ditinggalkan di dalam inti
sel, yang disebut intron.
51
Pada bagian exon mRNA, terdapat bagian yang akan
diterjemahkan menjadi rantai asam amino (Open
Reading Frame/ORF) dan bagian yang tidak
diterjemahkan (Un-translated Region/UTR)
52
Terminator
Merupakan bagian dari sekuens DNA dari suatu gen
yang memberi tanda kepada enzym penyusun RNA (RNA
polymerase) untuk mengehentikan proses
pemanjangan rantai RNA.
53
(No Transcript)