Dokumen tersebut membahas tentang substansi genetika yang mencakup beberapa topik utama seperti kromosom, DNA, RNA, dan kode genetik. Kromosom berisi DNA yang berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik dan mereplikasi diri sendiri sebelum pembelahan sel. Ada beberapa jenis RNA yang terlibat dalam ekspresi gen seperti pembentukan protein. Kode genetik mengatur hubungan antara urutan nukleotida DNA/RNA dengan urutan

1. Dasar Biologi Molekuler
SUBSTANSI
GENETIKA

2. Kromosom
Kromatid
Nukleus
Bentuk kromosom
RNA a/ penyimpan informasi
genetik (pada virus)
Tipe dan jumlah kromosom
Apa itu RNA
Kromatin
RNA a/ penyalur informasi genetik
(pada proses translasi sintesis
protein)
Tipe-tipe
RNA
Solenoid
RNA juga dapat menjadi enzim
(ribozim) untuk mengkatalis RNA
sendiri.
RNAm
Nukleosom/Nukleoprotein
Protein
RNAt
RNAr
Asam Nukleat
Komponen : Gula Ribosa
Basa N : Adenin, Guanin
DNA
Apa itu DNA
DNA a/
penyimpan
informasi
genetik
DNA a/
makromolekul
yang terdiri dari
banyak urutan
nukleotida (kode
genetik)
RNA
Sitosin Urasil
Struktur RNA
Bentuk: rantai pendek, tunggal, tdk
berpilin
Struktur DNA
Replikasi DNA
Komponen : Gula Dioksiribosa
Letak : nukleus, sitoplasma, kloroplas,
mitokondria
Kadar tidak tetap
Basa N : Adenin, Guanin
Sitosin Timin
Bentuk : rantai panjang double
helix
Letak : nukleus, kloroplas,
mitokondria
Kadar : tetap
Konservatif
Semikonservatif
Dispersif

3. SUBSTANSI
GENETIKA
• Molekul besar yang bertanggung jawab
mengatur jalannya seluruh peristiwa kimia
(metabolisme) di dalam tubuh mahluk hidup
adalah DNA dan atau RNA.
• DNA dan RNA juga berfungsi sebagai unit
informasi genetik yang dapat diwariskan
kepada keturunan.
• DNA dan RNA digolongkan sebagai Asam
Nukleat
• DNA adalah salah satu komponen
penyusun kromosom.

4. PERKEMBANGAN
PEMIKIRAN TENTANG
GEN
• MENDEL
• Johansen

5. Hubungan IntiselKromosom dan Gen

6. KROMOSOM
• Terdapat dalam nukleus (inti sel)
• Kromosom berasal dari benang-benang
kromatin yang kemudian menebal
menjadi kromosom ketika sel siap untuk
membelah.
• Adalah struktur padat yang terdiri dari
dua komponen yaitu : Asam Nukleat
dan protein.

7. BAGIAN-BAGIAN KROMOSOM

8. Bab 3 Substansi Genetika
KROMOSOM (2)
Bereplikasi
Sentromer
Konstriksi (lekukan)
sekunder
Kromonema
Satelit
Konstriksi
primer
Sentromer
Kromomer
Bagian-bagian kromosom.

9. Bab 3 Substansi Genetika
KROMOSOM (3)
Metasentrik
Akrosentrik
Submetasentrik
Telosentrik
XY
Macam-macam bentuk
kromosom.
Kariotipe manusia.

10. 1. KROMATID : Adalah salah satu lengan dari dua
lengan kromosom.
2. KROMOMER : Adalah akumulasi dari materi kromatin
3. SENTROMER : Adalah daerah pelekukan disekitar
bagian tengah kromosom.
4. SATELIT : Adalah bulatan diujung lengan kromatid
yang terbentuk karena ada pelekukan kedua.
5. TELOMER : Adalah daerah terujung pada lengan
kromosom yang berfungsi menjaga stabilitas daerah
tersebut agar DNA tidak terurai.

11. BENTUK-BENTUK KROMOSOM
• Kromosom Metasentrik : Adalah kromosom
yang letak sentromernya ditengah lengan
kromatid.
• Kromosom Submetasentrik : Adalah
kromosom yang letak sentromernya tidak
ditengah lengan kromatid.
– Kromosom Aksosentrik : adalah kromosom yang
letak sentromernya di daerah antara ujung dengan
bagian tengah lengan kromatid
– Kromosom Telosentrik : adalah kromosom yang
sentromernya terletak di ujung lengan kromatid.

12. Bentuk-bentuk kromosom
berdasarkan letak
sentromernya :
A. TELOSENTRIK
B. AKROSENTRIK
C. METASENTRIK

13. TIPE & JUMLAH
KROMOSOM
• Tampilan Visual kromosom setiap individu
disebut KARIOTIPE
• Kromosom yang memiliki pasangan dengan
panjang, letak sentromer dan pola pewarnaan
yang sama disebut Kromosom Homolog
Organisme
Manusia
Jumlah
kromosom
46
Lalat buah
8
Simpanse
48
Katak
26
Kuda
64

14. Genotype Specificity
Each individual is identified by a
relatively unique combination of
nucleotides found in long coiled
strands of DNA organized as
chromosomes found in a cell’s
nucleus. The number and
arrangement of chromosomes in an
organism is characteristic of that
organism, and can be represented
as a karyotype, which derived by
arranging the chromosomes in pairs
by size. The karyotype can be used
to show differences in genetic
makeup (genotype), which
determines the features that person
has (phenotype). Karyotypes of
various humans are shown.
KARIOTIPE LAKI - LAKI
NORMAL
Shows 23 pairs of chromosomes.
Twenty two pairs are called autosomes, 1 pair is called the sex
chromosomes ; XY in a male.
Males are associated with secondary sexual characteristics –
abundant facial hair, voice, others.
Differences are also evident in the genitalia.

15. • Tipe Kromosom :
– AUTOSOM : Kromosom tubuh menentukan
karakter fisik
– GONOSOM : Kromosom seks penentu jenis
kelamin
• Jumlah kromosom pada manusia :
– Pada setiap sel somatik ( sel tubuh) terdapat 22
pasang autosom dan 1 pasang gonosom
– Pada setiap gamet (sel kelamin)
• Sperma (sel kelamin jantan) terdapat 22 autosom dan
gonosom X atau gonosom Y
• Ovum (sel kelamin betina) terdapat 22 autosom dan
gonosom X

16. •
PENGEMASAN DNA DALAM
KROMOSOM
Struktur padat kromosom hanya jelas terlihat pada
tahap metafase dalam pembelahan sel
• Pada tahap profase terjadi pengemasan DNA dalam
kromosom dengan tahapan :
– 1. DNA diikat oleh protein menjadi suatu unit yang
disebut nukleosom/nukleoprotein.
– 2. Nukleosom/nukleoprotein membentuk pintalan
benang yang disebut solenoid.
– 3. Solenoid tersusun menjadi benang padat yang
disebut Benang Kromatin.
– 4. Benang kromatin tersusun menjadi lengan
kromatid.
– 5. Dua lengan kromatid kembar menjadi kromosom.

18. BAHAN GENETIKA
Bahan genetik yang baik harus memenuhi
ciri-ciri sebagai berikut:
1. Mengandung informasi untuk struktur,
fungsi, perkembangan, dan reproduksi sel.
2. Bereplikasi secara akurat → sel keturunan
memiliki bahan genetik yang sama seperti
induknya.
3. Mampu bervariasi (melalui mutasi dan
rekombinasi)
→ adaptasi
perubahan dan evolusi
terhadap

19. MENCARI MOLEKUL
MATERI GENETIK
• Mendel → Ada faktor yang diturunkan
• Percobaan Frederick Griffith

20. • Avery-MacLeod

21. Hubungan Kromosom,
gen dan DNA

22. GEN
• Gen adalah fragmen DNA yang diikat atau diselubungi
oleh protein.
• Gen adalah unit informasi genetik.
• Sifat Gen :
– Dominan : adalah gen yang sekalipun bersama dengan gen
lain tetapi karakternya diekspresikan sepenuhnya.
– Resesif : adalah gen yang karakternya tidak muncul, tertutup
oleh gen yang dominan.
– Intermedier : adalah gen yang saling mempengaruhi.
• Total informasi genetik yang disimpan dalam kromosom
disebut GENOM.
• Gen penentu karakter tertentu disimbolkan dengan
huruf tertentu :
– Huruf besar untuk gen yang dominan
– Huruf kecil untuk gen yang resesif

23. ALEL
• Setiap gen yang menentukan karakter fisik
tertentu menempati Lokus pada masing
kromosom homolog.
• Misal : gen penentu warna mata menempati
suatu lokus pada satu kromosom, maka
kromosom homolognya juga memiliki gen
penentu warna mata pada lokus yang setara.
• Pasangan gen yang seperti ini disebut Alel.
Alel atau disebut juga alternatif gen
menentukan variasi pada pewarisan suatu
sifat.

24. STRUKTUR DNA
• DNA sudah terbukti merupakan
substansi genetika (penyusun
gen)
• Bagaimana strukturnya?
• Bagaimana mekanisme
pengaturannya

25. Komponen DNA
• Polimer, polinukleotida
– Deoksiribosa
– Basa nitrogen: purin dan pirimidin
– Gugus fosfat

27. STRUKTUR DNA: DOUBLE
HELIX
• Aturan Chargaff :

28. • Rosalind Franklin dan Maurice Wilkins
– Difraksi sinar-X

29. Rantai DNA
Gugus fosfat
deoksiribosa
terikat pada karbon nomor 5 gula
Basa nitrogen terikat pada karbon no 1 gula
deoksiribosa
Untuk membentuk rantai, nukleotidanukleotida saling berikatan menggunakan
ikatan fosfodiester

31. • Crick dan Watson: DNA double
Helix

32. • Hadiah Nobel

33. KROMOSOM
A. DNA dan Kromosom ditemukan pada sel
prokariot dan eukariot
1. Sel Prokaryot- DNA berada di sitoplasma,
sirkuler, 1 atau lebih

34. DNA bakteri panjangnya berukuran 1000
kali dari panjang bakteri itu sendiri

35. 2. Sel Eukaryotik- DNA berada di dalam inti
sel

36. B. Struktur Kromosom- kromosom terkecil
manusia berukuran 30 juta pasang basa
1. Kromosom Eukaryotik terpaket dalam
suatu struktur yang disebut chromatin. DNA
chromatin
mengulir pada protein histones

37. 2. Nucleosome

38. Gen Organisme Eukariot
a
g
q
Promotor –
transkripsi dimulai di
Area Penyandi Protein
sini
(Exons)
Termination of
transcription

39. C. Replikasi DNA
1. Duplikasi DNA- sebelum sel membelah,
DNA menduplikasi dalam proses yang
disebut replikasi

40. •
•
REPLIKASI DNA
Replikasi adalah peristiwa sintesis DNA. Ketika sel membelah
secara mitosis sel anak harus mengandung DNA penuh dan
identik dengan DNA pada sel induk. Karena itu DNA harus
direplikasi (diperbanyak) dengan secara tepat sebelum proses
pembelahan sel dimulai.
Replikasi terjadi dengan tiga model:
– Konservatif : dua rantai DNA lama tidak berubah, berfungsi sebagai
cetakan untuk dua rantai DNA baru.
– Semi Konservatif : dua rantai DNA lama terpisah kemudian rantai
baru disintesis dengan prinsip komplementasi pada masing-masing
rantai DNA lama tsb. Akhirnya dihasilkan dua rantai DNA baru yang
masing-masing mengandung satu rantai lama dan satu rantai baru
hasil sintesis.
– Dispersif : beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama digunakan
sebagai cetakan untuk sintesis rantai DNA baru, Akhirnya diperoleh
dua rantai DNA yang masing-masing mengandung sebagian rantai
DNA lama dan rantai DNA baru.

41. 3 model replikasi DNA

42. KODE GENETIK
•
•
•
•
Kode Genetik adalah pengkodean urutan nukleotida
pada DNA atau RNA untuk menentukan urutan
asam amino pada saat pembuatan protein (sintesis
protein)
Informasi pada kode genetik ditentukan oleh basa
Nitrogen pada rantai DNA yang akan menentukan
susunan asam amino.
Susunan tiap tiga nukleotida akan membentuk satu
macam asam amino Mis : AGU, GAS, SGS dll
Kombinasi triplet dari 4 macam basa Nitrogen akan
menghasilkan 64 macam asam amino padahal
ditubuh kita hanya ada sekitar 20 asam amino. Hal
ini menyebabkan adanya “kelimpahan” dalam kode
genetika yang disebut dengan “redundasi”

43. KODON (Kode Genetik)
• Kodon (Kode Genetik) adalah susunan
tiap tiga nukleotida yang mewakili
informasi bagi suatu asam amino
tertentu

44. KAMUS KODE
GENETIK

45. TIPE RNA
•
•
•
RNAd adalah RNA yang urutan basanya komplementer
(berpasangan) dengan salah satu urutan basa rantai DNA.
RNAd membawa pesan atau kode genetik (kodon) dari
kromosom di dalam inti sel ke ribosom. RNAd berupa rantai
tunggal yang relatif panjang.
RNAr adalah RNA yang merupakan komponen utama penyusun
ribosom. Setiap unit ribosom terdiri dari 30-46% molekul RNAr
dan 70-80% protein.
RNAt adalah RNA pembawa asam amino satu persatu ke
ribosom yang akan digunakan dalam pengurutan asam amino
sesuai urutan kodon pada RNAd. Pada salah satu ujung RNAt
terdapat tiga basa N yang disebut antikodon, sedang ujung
yang lain adalah tempat melekatnya asam amino.

46. Perbedaan DNA dan RNA
Parameter
DNA
RNA
Komponen :
•Gula
Deoksiribosa
Ribosa
-Purin
Adenin, Guanin
Adenin, Guanin
-Pirimidin
Bentuk
Timin, Sitosin
Rantai panjang, ganda
dan berpilin
Urasil, Sitosin
Rantai pendek, tunggal
dan tidak berpilin
•Basa Nitrogen
Letak
(double helix)
Di dalam nukleus,
kloroplas, mitokondria
Kadar
Tetap
Di dalam nukleus,
sitoplasma, kloroplas,
mitokondria
Tidak tetap

47. Ekspresi gen : SINTESIS PROTEIN
• Fenotip suatu individu ditentukan oleh aktivitas enzim. Enzim yang
berbeda akan menimbulkan fenotip yang berbeda. Perbedaan satu
enzim dan enzim lain ditentukan oleh jumlah, jenis dan susunan
asam amino penyusun enzim. Susunan asam amino ini ditentukan
oleh gen/DNA
• Ekspresi gen adalah proses dimana kode genetik yang dibawa
oleh gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino.
• Ekspresi gen merupakan sintesis protein yang berlangsung dalam
2 tahap yaitu :
• Transkripsi : yaitu penyalinan urutan rantai nukleotida templat
dari DNA untuk menghasilkan satu rantai RNA. Proses ini
berlangsung di dalam inti sel.
• Translasi : Penterjemahan urutan nukleotida rantai RNA menjadi
urutan asam amino untuk membentuk rantai polipeptida.

48. •
•
TRANSKRIPSI
Adalah sintesis(PENYALINAN)rantai
RNA dari salah satu rantai DNA, yaitu
cetakan (sense) sedang rantai DNA komplemennya disebut
antisense.
Transkripsi berlangsung di dalam inti sel dalam 3 tahap yaitu :
• Inisiasi (permulaan) : adalah tahap dimana enzyme RNA
polimerase melekat pada rantai DNA untuk memutuskan ikatan
hidrogen antara 2 rantai DNA sekaligus memilih rantai DNA yang
berfungsi sebagai template (sense) dan mana yg sebagai antisense
• Elongasi (perpanjangan) : adalah tahap dimana RNA
polimerase bergerak disepanjang DNA sambil menambahkan
nukleotida ke ujung 3’ dari rantai RNA yang sedang tumbuh.
• Terminasi (penutup) : Elongasi terus berlangsung sampai RNA
polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator.
Terminator adalah urutan DNA yang berfungsi menghentikan
proses transkripsi.

49. TRANSKRI
PSI

50. Transkripsi
• Sintesis RNA

51. • RNA eukariot
akan
diproses
terlebih
dahulu
sebelum
keluar
nukleus

52. TRANSLASI (PENTERJEMAHAN)
•
•
•
•
•
•
Adalah proses penterjemahan kode genetik (kodon) dari rantai RNAd hasil
transkripsi menjadi urutan asam amino untuk membentuk rantai polipeptida.
Translasi berlangsung dengan syarat : ada RNAd hasil transkripsi, satu RNAt
yang membawa asam amino pertama (Metionin) serta dua unit ribosom.
Translasi berlangsung di ribosom dalam 3 tahap yaitu :
Inisiasi : adalah tahap dimana ribosom unit kecil melekat pada kodon AUG
RNAd yang memberikan sinyal dimulainya proses translasi, lalu Kodon triplet
AUG membentuk ikatan dengan antikodon RNAt yang membawa asam amino
metionin. Kodon AUG disebut kodon start karena berfungsi sebagai kodon
awal translasi.
Elongasi : Pada tahap ini asam amino-asam amino berikutnya ditambahkan
satu persatu pada asam amino pertama (Metionin), dengan cara Kodon RNAd
berikutnya berikatan dengan antikodon yang komplemen. Pada tahap ini asam
amino sebelumnya memisahkan diri dengan RNAt pembawanya lalu
bergabung dengan asam amino yang dibawa oleh RNAt berikutnya, sementara
itu anti kodon RNAt yang sdh kehilangan asam amino masih melekat pada
kodon RNAd. Demikian seterusnya RNAt bergeser samapai akhirnya
meninggalkan ribosom sementara rNAt yang membawa asam amino lain
masuk ke ribosom.
Terminasi : Elongasi berlanjut sampai kodon stop. Triplet kodon stop adalah
UAA, UAG dan UGA. Kodon stop tidak mengkode asam amino tetapi bertindak
sebagai sinyal untuk menghentikan translasi.

53. Translasi

55. • Inisiasi translasi

56. • Perpanjangan

58. MUTATIONS
Wild-type strain
(dominant allele)
Mutant strain
(recessive allele)
DNA
Mutant DNA
RNA
Altered RNA
Correct PROTEIN
Defective PROTEIN
Normal
PHENOTYPE
(wild-type)
Mutant
PHENOTYPE
( functional enzyme)
(non-functional enzyme)

59. •
What are
Mutations ?
Mutations are results of changes to the normal DNA
sequence for a gene
• Typical gene - a linear sequence of about 2000
base pairs
AGCCGTGCTGTCGAAAACGTTCAGACTCATTGGCAATCCGAAGTCGGCA
TCGGCACGACAGCTTTTGCAAGTCTGAGTAACCGTTAGGCTTCAGCCGT
• A mutant allele could result from change in only one of
them - knocking out the function of that gene
AGCCGTGCTGTCGAAAACTTTCAGACTCATTGGCAATCCGAAGTCGGCA
TCGGCACGACAGCTTTTGAAAGTCTGAGTAACCGTTAGGCTTCAGCCGT

60. Some types of point mutations
5’ AUG UUA UUA ACU AAG 3’(RNA)
met leu leu thr lys (protein)
• A neutral mutation - no effect on phenotype
AUG UUA UUG ACU AAG
met leu leu thr lys

61. Some types of point mutations
5’ AUG UUA UUA ACU AAG 3’(RNA)
met leu leu thr lys (protein)
• A missense mutation -- may cause defective protein
AUG UUA UUU ACU AAG
met leu phe thr lys
Changes ‘sense’ of
one amino-acid
• A nonsense mutation -- will make shorter protein
AUG UUA UGA ACU AAG
met leu stop .
.

62. Some types of point mutations
5’ AUG UUA UUA ACU AAG 3’(RNA)
met leu leu thr lys (protein)
• A base substitution mutation
AUG UUA UUU ACU AAG
met leu phe thr lys
• An insertion or a deletion (frameshift)
U AA
AUG UUA UUA ACU AAG G-stop
met leu leu thr lys

63. Some types of point mutations
AUG UUA UUA ACU AAC
met leu leu thr asn
Insertion
of 1 base
AUG UUU AUU AAC UAA C
met phe ile asn stop ...
All amino acids now scrambled from this point on
Insertion of
2 bases
AUG UUU UAU UAA CUA AC
met phe tyr stop ... ...
All amino acids now scrambled from this point on
Insertion of
3 bases
AUG UUA UUA UUA ACU AAC
met leu leu leu thr asn
Amino acids now OK again

64. Summary : types of mutations
• Mutations can be
–
–
–
–
Neutral - no change to protein
Missense - change one a.a. for another
Nonsense - cause premature stop signal
frameshift - cause scrambled sequence of
a.a’s
• Mutations can be:– Substitutions - change one base for another
– Insertions/Deletions - gain or loss of a base
resulting in frameshifts

65. Base Substitutions
• A substitution mutation can be…
– a transition
A↔G
C↔T
– a transversion A ↔ T
G↔C
• purine ↔ purine
• pyrimidine ↔ pyrimidine
• purine ↔ pyrimidine
• Transversions are less likely
because they result in a change in
helix diameter

66. An example: sickle-cell anaemia
• Allele
HA
→
HS
• DNA template
strand
-CTC- → -CAC-
• mRNA
-GAG- → -GUG-
• amino acid #6 in
β chain of
hemoglobin
-glu- → -val(acidic)
(aliphatic)

67. Chromosomal mutations
• So far have been talking about point mutations
- changes to individual base pairs.
• However, other mutations can involve large
scale changes to chromosomes
•
•
•
•
Deletions of large sections of a chromosome.
Duplications of large sections of a chromosome
Inversions (inverted sections of a chromosome).
Translocations (exchanges of sections of nonhomologous chromosomes)
• Transposons - bits of DNA that suddenly ‘jump’
to a new location - also knock out genes and
cause mutation

68. Genetika Virus

70. • Virus HIV

71. DNA TECHNOLOGY
AND HUMAN
GENOME

72. From E.coli to a Map of Our Genes
• Research on E. coli revealed
that these bacteria have a
sexual mechanism that can
bring about the combining of
genes from two different
cells
• This discovery led to the
development of recombinant
DNA technology
– a set of techniques for combining
genes from different sources

73. • DNA technology has many useful applications
– The Human Genome Project
– The production of vaccines, cancer drugs, and
pesticides
– Engineered
bacteria that
can clean up
toxic wastes

74. BACTERIA AS TOOLS FOR
MANIPULATING DNA
In nature, bacteria can transfer DNA in
three ways
• Transformation,
the taking up of
DNA from the fluid
surrounding the
cell
DNA enters
cell
Fragment of
DNA from
another
bacterial cell
Bacterial chromosome
(DNA)
Figure 12.1A

75. • Transduction, the • Conjugation, the union
transfer of bacterial of cells and the DNA
transfer between them
genes by a phage
Mating bridge
Phage
Fragment of
DNA from
another
bacterial cell
(former phage
host)
Sex pili
Donor cell
(“male”)
Figure 12.1B
Figure 12.1C
Recipient cell
(“female”)

76. • The transferred DNA is then integrated into
the recipient cell’s chromosome
Donated DNA
Degraded DNA
Crossovers
Recipient cell’s
chromosome
Figure 12.1D
Recombinant
chromosome

77. Bacterial plasmids can serve
as carriers for gene transfer
F factor (integrated)
• An F factor is a DNA
segment in bacteria
that enables
conjugation and
contains an origin of
replication
Male (donor) cell
Origin of F replication
Bacterial chromosome
F factor starts
replication and
transfer of chromosome
Recipient cell
Only part of the
chromosome transfers
Figure 12.2A
Recombination can occur

78. F factor (plasmid)
Male (donor)
cell
Bacterial
chromosome
F factor starts
replication and
transfer
• An F factor can exist as a
plasmid, a small circular
DNA molecule separate from
the bacterial chromosome
Plasmids
Plasmid completes
transfer and
circularizes
Cell now male
Figure 12.2B, C

79. Plasmids are used to
customize bacteria: An
overview
• Plasmids are key tools for DNA
technology
– Researchers use plasmids to insert genes
into bacteria

80. 1
Bacterium
Plasmid
isolated
2
3 Gene
Cell containing gene
of interest
DNA
isolated
inserted
into plasmid
Bacterial
Plasmid
chromosome
Gene of
interest
Recombinant DNA
(plasmid)
4
DNA
Plasmid put into
bacterial cell
Recombinant
bacterium
5 Cell multiplies with
gene of interest
Copies of gene
Gene for pest
resistance
inserted into
plants
Copies of protein
Clones of cell
Gene used to alter bacteria
for cleaning up toxic waste
Protein used to
make snow form
at higher
temperature
Protein used to dissolve blood
clots in heart attack therapy
Figure 12.3

81. Enzymes are used to “cut and paste” DNA
• Restriction enzymes
cut DNA at specific
points
• DNA ligase “pastes”
the DNA fragments
together
• The result is
recombinant DNA
Restriction enzyme
recognition sequence
1
DNA
Restriction enzyme
cuts the DNA into
fragments
2
Sticky end
Addition of a DNA
fragment from
another source
3
Two (or more)
fragments stick
together by
base-pairing
4
DNA ligase
pastes the strand
5
Figure 12.4
Recombinant DNA molecule

82. Genes can be cloned in
recombinant plasmids: A closer
look
• Bacteria take the recombinant plasmids
and reproduce
• This clones the plasmids and the genes
they carry
– Products of the gene can then be harvested

83. E. coli
1 Isolate DNA
from two sources
Human cell
2 Cut both
Plasmid
DNAs with
the same
restriction
enzyme
DNA
Gene V
Sticky ends
3 Mix the DNAs; they join
by base-pairing
4 Add DNA ligase
to bond the DNA covalently
Recombinant DNA
plasmid
Gene V
5 Put plasmid into bacterium
by transformation
6 Clone the bacterium
Bacterial clone carrying many
copies of the human gene
Figure 12.5

84. Gel electrophoresis sorts DNA
molecules by size
• Restriction fragments of DNA can be sorted
by size
Mixture of DNA
molecules of
different sizes
Longer
molecules
Power
source
Gel
Shorter
molecules
Glass
plates
Completed gel
Figure 12.10

85. Restriction fragment analysis is a
powerful method that detects
differences in DNA sequences
Allele 1
• Scientists can
compare DNA
sequences of
different
individuals
based on the
size of the
fragments
w
Cut
z
x
Cut
y
Figure 12.11A
Allele 2
Cut
y
DNA from chromosomes

86. 1
2
Longer
fragments
Shorter
fragments
Figure 12.11B

87. • Radioactive
probes are
also used to
make
comparisons
1
Restriction fragment
preparation
Restriction
fragments
2
Gel electrophoresis
3
Blotting
4
Radioactive probe
Filter paper
Radioactive, singlestranded DNA (probe)
Probe
5
Detection of radioactivity
(autoradiography)
Film
Figure 12.11C

88. The PCR method is used to
amplify DNA sequences
• The
polymerase
chain reaction
(PCR) can
quickly clone
a small
sample of
DNA in a test
tube
Initial
DNA
segment
1
2
4
Number of DNA molecules
8
Figure 12.12

89. THE CHALLENGE OF THE HUMAN
GENOME
Most of the human genome does not consist
of genes
• The 23 chromosomes in the haploid human
genome contain about 3 billion nucleotide
pairs
– This DNA is believed to include about 35,000
genes and a huge amount of noncoding DNA

90. • Much of the
noncoding
DNA consists
of repetitive
nucleotide
sequences
– One example
includes
telomeres at
the end of the
chromosomes
Repeated unit
End of
DNA
molecule
NUCLEOTIDE SEQUENCE OF A HUMAN TELOMERE
Figure 12.13A

91. The Human Genome Project is
unlocking the secrets of our
genes
• The Human Genome Project involves:
– genetic and physical
mapping of chromosomes
– DNA sequencing
– comparison of
human genes
with those of
other species
Figure 12.14

92. OTHER APPLICATIONS OF DNA
TECHNOLOGY
DNA technology is used in courts of law
• DNA fingerprinting can help solve crimes
Defendant’s
blood
Blood from
defendant’s
clothes
Victim’s
blood
Figure 12.15A, B

93. Recombinant cells and organisms can
mass-produce gene products
• Recombinant cells and organisms are used
to manufacture useful proteins
Table 12.16

94. • These sheep
carry a gene for
a human blood
protein that is a
potential
treatment for
cystic fibrosis
Figure 12.16

95. DNA Technology is changing the
pharmaceutical industry and
medicine
• Hormones, cancer-fighting
drugs, and new vaccines are
being produced using DNA
technology
– This lab equipment
is used to produce
a vaccine against
hepatitis B
Figure 12.17

96. Genetically modified organisms are
transforming agriculture
• New genetic varieties of animals and plants
are being produced
– A plant with a new trait can be created using the
Ti plasmid

97. Agrobacterium
tumefaciens
DNA containing
gene for desired trait
1
Ti
plasmid
T DNA
Restriction
site
Insertion of
gene into plasmid
using restriction
enzyme and DNA
ligase
Plant cell
2
Recombinant
Ti plasmid
Introduction
into plant
cells in
culture
3
Regeneration
of plant
T DNA
carrying
new gene
within plant
chromosome
Plant with
new trait
Figure 12.18A

98. • “Golden rice” has been genetically modified
to contain beta-carotene
– This rice could help prevent vitamin A
deficiency
Figure 12.18B

99. Gene therapy may someday help
treat a variety of diseases
Cloned gene (normal allele)
• Techniques for
manipulating DNA have
potential for treating
disease by altering an
afflicted individual’s
genes
1 Insert
normal gene
into virus
Viral nucleic
acid
Retrovirus
2 Infect bone
marrow cell
with virus
– Progress is slow, however
– There are also ethical
questions related to gene
therapy
Figure 12.19
3 Viral DNA
inserts into
chromosome
Bone marrow
cell from patient
Bone
marrow
4 Inject cells
into patient

100. Genetic Engineering
A. Selective Breeding- selecting animals with
Breeding
desired characteristics to produce next generation
(domestic animals: horses, cats, farm animals,
crop plants)

101. 1. Hybridization- crossing dissimilar
Hybridization
individuals to bring together the best of both
organisms. (e.g. disease resistance and foodproducing capacity)
Hereford, bred for
meat production

102. 2. Inbreeding- continued breeding of
Inbreeding
individuals with similar characteristics. Can
create serious problems (bringing together 2
recessive alleles)
Albinism present in Hopi
Indians. Only albino
children are produced by
albino parents. Two
phenotypically normal
individuals produce
albino and non-albino
children. Frequency in
US while population = 1
in 37,000. Hopi and
Navajo Indians = 1 in
200

103. B. Increasing Variation
1. Can increase variation by inducing
mutations (using radiation or chemicals)
2. Many mutations are harmful. A few can be
beneficial
These “oil-eating” bacteria
were produced by treating
the bacteria with chemicals
and radiation, thus inducing
a mutation. Hundreds of
other useful bacterial
strains have been produced
this way.

104. C. Manipulating DNA
1. Scientist use knowledge of DNA to change
DNA molecules
2. Techniques used to extract DNA, cut into
smaller pieces and identify base sequences,
make unlimited copies of DNA

105. 3. Genetic engineering- making changes to
engineering
DNA code and putting back into cell (by
injection into cell, by bacteria, viruses)

107. Applications of Genetic Engineering
A. Transgenic organisms- contains genes from
organisms
other organisms
1. Transgenic microorganismsmicroorganisms
bacteria used to produce many
important substances for health
and industry (e.g. transformed
bacteria now make insulin, growth
hormone, clotting factor cheaply
and in great abundance)
Transgenic tobacco plant- glows in
the dark. Produced by transferring a
gene from a firefly into a tobacco
plant

109. 2. Transgenic Animals- faster growing animals,
Animals
resistance to disease, etc.
A transgenic pig with higher levels of growth
hormone produced the meatier pork chop.

110. 3. Transgenic Plants- important part of our food
Plants
supply. (52% of soybeans and 25% of corn are
transgenic) resistant to disease, produce their
own insecticide, resist weed-killing chemicals,
increase vitamin content
Transgenic tomato plants containing genes for viral resistance and
healthier than those without the resistant genes (right)

111. B. Cloning- a member of a population of
Cloning
genetically identical cells produced from a single
cell
The adult sheep is Dolly,
the first mammal cloned
from an adult cell. The
lamb is Dolly’s offspring,
called Bonnie.

112. 1. May find wide use in medical and scientific
research
2. Raises serious ethical issues

115. RISKS AND ETHICAL
Could GM organisms harm human
QUESTIONS
health or the environment?
• Genetic engineering involves
some risks
– Possible ecological damage
from pollen transfer between
GM and wild crops
– Pollen from a transgenic variety
of corn that contains a pesticide
may stunt or kill monarch
caterpillars
Figure 12.20A, B

116. DNA technology raises important
ethical questions
• Our new genetic
knowledge will affect our
lives in
many ways
• The deciphering of the
human genome, in
particular, raises
profound ethical issues
– Many scientists have
counseled that we
must use the
information wisely
Figure 12.21A-C

117. Terima
Kasih