MATERI BIOLOGI MOLEKULER - REPLIKASI DNA & EKSPRESI GEN.pptx

Julfiana Mardatillah, S.Ft., Ftr.,
M.Biomed
Program Studi Fisioterapi
STIKES Suaka Insan Banjarmasin

 Replikasi DNA → proses perbanyakan atau penggandaan DNA double helix →
terjadi selama fase S (sintesis) siklus sel
 DNA merupakan molekul hidup karena mampu melakukan penggandaan diri
(replikasi) → autokatalisis
 Replikasi merupakan peristiwa sintesis DNA
 Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai nukleotida baru dari
rantai nukleotida lama
 Replikasi DNA merupakan awal mulai dari ekspresi suatu gen hingga
membentuk protein

 Gen spesifik yang akan diekspresikan, direplikasi lebih dulu hingga membentuk
Salinan gen yang identic dengan induk dan diekspresikan dalam tahap
transkripsi dan translasi
Replikasi DNA – Ekspresi Gen (Transkripsi dan Translasi)

 Terlepasnya ikatan hydrogen antar pasang basa menyebabkan
terbukanya molekul induk double helix DNA menjadi pita lurus di
awal replikasi DNA → urutan basa pada masing-masing pita
berperan sebagai cetakan untuk mengatur pengikatan suatu
rangkaian basa komplementer pada pita yang sedang dibentuk
 Pada waktu pita-pita nukleotida terikat pada pita yang sedang
tumbuh ini, maka fosfat kedua dan ketiga dilepaskan

 Nukelotida tersebut disusun dalam urutan yang komplementer dengan muatan
basa pada pita induk yang berperan sebagai cetakan
 Jadi tiap C pada cetakan mengarahkan pengikatan G pada pita yang baru
terbentuk, begitu sebaliknya
 Pada akhir proses terbentuklah dua molekul DNA yang identic satu sama lain
dan identic dengan molekul induk

Ada 3 kemungkinan terjadinya replikasi DNA → konservatif, semikonservatif, dispersif
Replikasi ini mempertahankan
molekul dari DNA lama dan
membuat molekul DNA baru
Dua rantai DNA baru yang
masing-masing mengandung satu
rantai cetakan molekul DNA lama
dan satu rantai baru hasil sintesis
Dua molekul DNA lama dan DNA
baru yang saling berselang-seling
pada setiap untai

 Terdapat beberapa komponen yang terlibat dalam replikasi DNA → template
(cetakan) dari nukleotida untai DNA induk, enzim, protein, dan beberapa molekul
lain, seperti:
1. Template → cetakan dari untai DNA induk yang akan direplikasi
2. Topoisomerase → yang melonggarkan pilinan dna memperbaiki rotasi DNA
double helix
3. Helikase → enzim yang membuka untai double stranded DNA
4. Girase → enzim yang menghilangkan tegangan positif DNA
5. SSBP (single-strand binding protein) → menstabilkan untuk sementara
keadaan DNA yang terbuka

6. Primase → enzim yang mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi
DNA
7. Deoksiribonukleotida (dNTP) berupa dATP, dTTP, dCTP, dGTP → terdiri atas 3
komponen basa nitrogen, gula, gugus fosfat
8. DNA polymerase → enzim utama yang mengkatalisis proses polymerase
nukleotida menjadi untai DNA (pemanjangan untai DNA)
9. Ligase → enzim yang berperan untuk menyambung fragmen DNA

 Proses replikasi DNA secara alami terjadi in vivo di dalam tubuh makluk hidup
 Namun untuk keperluan diagnostic atau penelitian, replikasi DNA dapat
dilakukan di lab dengan mengisolasi gen target dari sel makhluk hidup dan
kemudian menggandakan sekuens DNA dengan Teknik Polymerase Chain
Reaction (PCR)

INISIASI (PELEPASAN
UNTAI DNA)
 Replikasi DNA dimulai pada lokasi spesifik disebut asal replikasi (origin) yang
memiliki urutan tertentu yang bisa dikenali oleh protein disebut inisiator DnaA
(titik ORI dari DnaA yang menyandi gen A)

 Pengikatan DnaA dan gen A di origin → mengendur untuk docking protein lain
dan enzim penting untuk replikasi DNA
 Enzim helicase direkrut ke lokasi untuk unwinding (proses penguraian) heliks
dengan melepaskan ikatan hydrogen antara pasangan basa, bergantung energi
INISIASI (PELEPASAN
UNTAI DNA)

 Titik DNA yang sekarang dikenal sebagai garpu replikasi (replication fork) atau
cabang replikasi adalah struktur yang terbentuk ketika DNA bereplikasi
INISIASI (PELEPASAN
UNTAI DNA)

INISIASI (PELEPASAN
UNTAI DNA)
 Setelah heliks unwound, protein SSB mengikat daerah unwound, dan mencegah
mereka untuk annealing (menempel)
 Proses replikasi dimulai dan garpu replikasi dilanjutkan dalam 2 arah yang
berlawanan sepanjang molekul DNA hingga mencapai terminal

SINTESIS PRIMER
 Sintesis baru, untai komplementer DNA menggunakan untai yang ada sebagai
template yang dibawa oleh enzim DNA polimerase

SINTESIS PRIMER
 DNA polymerase juga berperan dalam perbaikan DNA dan rekombinasi
 Namun, DNA polymerase tidak dapat memulai sintesis DNA secara independent
dan membutuhkan 3’ gugus hidroksil untuk memulai penambahan nukleotida
komplementer
 Ini disediakan oleh enzim DNA primase yang merupakan jenis DNA dependent-
RNA polymerase → mensintesis bentangan pendek RNA ke untai DNA yang ada

 DNA polymerase dapat menambahkan nukleotida baru hanya untuk ujung 3’ dari
untai yang ada dan karenanya dapat mensintesis DNA dalam arah 5’ → 3’
 Tapi untai DNA berjalan di arah yang berlawanan, dan karenanya sintesis DNA
pada satu untai dapat terjadi terus menerus → dikenal sebagai untaian pengawal
(leading strand)
 DNA polymerase III mengenali 3’ OH akhir primer RNA dan menambahkan
nukleotida komplementer baru

 Pada untai berlawanan, DNA disintesis secara terputus dengan menghasilkan
serangkaian fragmen kecil dari DNA baru dalam arah 5’ → 3’
 Disebut fragmen okazaki yang kemudian bergabung untuk membentuk sebuah
rantai terus menerus nukleotida
 Untai ini dikenal sebagai lagging strand (untai tertinggal)

 Meskipun untai DNA baru telah disintesis primer RNA hadir pada untai baru
terbentuk harus digantikan oleh DNA
 Dilakukan oleh enzim DNA polymerase I →khusus menghilangkan primer RNA
melalui 5’ → 3’ aktivitas eksonuklease dan menggantikan dengan
deoksiribonukleotida baru oleh 5’ → 3’ aktivasi polymerase DNA

 Setelah penghapusan primer selesai, untai tertinggal masih mengandung celah
(nick) antara fragmen okazaki berdekatan
 Enzim ligase mengidentifikasi dan segel nick tersebut dengan menciptakan
ikatan fosfodiester antara gugus hidroksil fragmen yang berdekatan

 Replikasi berhenti dilokasi terminasi khusus yang terdiri dari urutan nukleotida
unik yang diidentifikasi oleh protein tus sehingga menghalangi jalur helicase
 Ketika helicase bertemu protein tus, maka helicase akan terlepas, begitu juga
dengan SSBP dan proses replikasi terhenti

 Tubuh terdiri dari berbagai macam sel yang
membangun tubuh kita
 Ada sel saraf, sel otot, sel darah dll
 Tetapi semuanya dikode oleh gen-gen yang
susunannya sama
 Mengapa bisa terjadi perbedaan antara sel-sel ini?

 Sel yang berbeda mengekspresikan protein yang berbeda tapi ada
juga yang diekspresikan sama untuk proses umum pada sel
 Protein seperti DNA polymerase, DNA repair enzim, RNA
polymerase, protein ribosom
 Terdapat sinyal eksternal yang dapat mengubah ekspresi gen
 Contoh sel hati akan merespon adanya hormone glukokortikoid
sehingga beberapa protein pada sel hati akan menurun
konsentrasinya

 Regulasi ekspresi gen terjadi dari DNA → RNA → protein
 Gen diekspresikan dengan cara transkripsi → RNA dan translasi
(terjemahkan) menjadi protein
 Ekspresi gen → rangkaian proses penggunaan informasi dari suatu
gen untuk sintesis produk gen fungsional
 Produk berupa → protein, gen penyandi non-protein seperti tRNA,
snRNA yang merupakan produk RNA fungsional

Tahap ekspresi gen → transkripsi (penyambungan atau splicing RNA) →
translasi → modifikasi pasca translasi dari protein

 Proses transkripsi dilakukan oleh RNA polymerase (RNAP)
menggunakan DNA (hitam) sebagai cetakan dan hasilkan RNA
(biru)
 Merupakan tahapan pembentukan / sintesis mRNA dari DNA
template
 Terjadi dalam nukelus

 Inisiasi
 Pada ujung 5’ gen
 Pengikatan RNA polymerase pada promotor
 Pemutusan molekul DNA
 Elongasi
 Penambahan nukleotida pada ujung 3’ rantai pemanjangan (growing chain)
 Basa dipasangkan secara komplemen
 Sumber energi dari substrat NTP
 Terminasi
 Pada ujung 3’ gen

 Selain RNA polymerase, diperlukan factor regulator transkripsi
 Faktor regulator ini akan berikatan dengan enhancer →
meningkatkan laju transkripsi → dinamakan activator
 Faktor regulator berikatan dengan silencer → menurunkan laju
transkripsi → dinamakan represor

 Pada factor regulator transkripsi terdapat domain
 Domain → daerah pada factor regulator transkripsi (protein) yang
mempunyai fungsi khusus
 Terdapat domain yang bersifat bisa berikatan dengan sekuens DNA
 Daerah dalam domain yang memiliki struktur yang sama antara
beberapa protein dinamakan motif

 RNA polymerase 1 → bertanggung jawab untuk sintesis RNA ribosom (rRNA)
 RNA polymerase II → sintesis mRNA
 RNA polymerase III → sintesis tRNA dan 5SRNA
Transkripsi berakhir ketika polymerase menemukan sekuens yang disebut
terminator
Pada organisme eukariotik, transkripsi dan translasi terjadi pada lokasi yang
berbeda

 Pada fase pasca transkripsi (post-transcriptional), terjadi beberapa proses yang
unik pada eukariotik:
1. Capping → penambahan tudung (cap) pada ujung 5’ mRNA
2. Poliadenilasi → penambahan gugus poli-A pada ujung 3’ mRNA
3. RNA Splicing → pemotongan dan penyambungan RNA
4. RNA editing → penyuntingan mRNA

 Metilasi → penambahan gugus metil yang sebagian besar terakumulasi pada
ujung 5’ mRNA
 Struktur ini kemudian dikenal dengan tudung mRNA (mRNA cap), berupa
molekul 7-metilguanosin (m7G)
 Fungsi mRNA cap:
1. Melindungi mRNA dari degradasi
2. Meningkatkan efisiensi translasi mRNA
3. Meningkatkan pengangkutan mRNA dari nucleus ke sitoplasma
4. Meningkatkan efisiensi proses splicing mRNA

 Rantai poli-A ditambahkan pasca translasi karena tidak ada bagian gen yang
mengkode rangkaian A atau T semacam ini
 Penambahan dilakukan dengan menggunakan aktivitas enzim poli(A)-polymerase
 Fungsi poliadenilasi untuk meningkatkan stabilitas mRNA sehingga mRNA
mempunyai umum yang lebih Panjang dibandingkan dengan mRNA yang tidak
memiliki poli-A

 Sebagian besar pre-mRNA eukariotik terdiri dari segmen bergantian disebut
ekson dan intron
 Selama proses penyambungan, kompleks katalitik protein RNA yang dikenal
spliceosome mengkatalisasi dua reaksi trans-esterifikasi, yang membuang intron
dan melepaskannya dalam bentuk struktur menjerat, kemudian menggabungkan
ekson tetang yang berdekatan Bersama-sama
 Proses ini disebut sebagai alternative splicing yang menciptakan serangkaian
transkrip berbeda yang berasal dari satu gen
 Karena transkrip ini dapat berpotensi ditranslasi menjadi protein berbeda,
splicing memperluas kompleksitas ekspresi gen eukariot

 Alternative splicing
 Pre-mRNA dapat dipotong menjadi beberapa daerah pemotongan
berbeda sehingga akan dihasikan asam-asam amino yang berbeda
 Diperlukan untuk fungsi sel yang berbeda-beda

Ilustrasi sederhana ekson dan intron pada pre-mRNA dan pembentukan mRNA
matang dengan penyambungan (splicing). UTR adalah bagian non-coding di ujung
mRNA

 Perubahan sekuen RNA dari C menjadi U atau dari A menjadi I
 Bisa juga terjadi delesi atau insersi

 Pada eukariota, sebagian besar RNA mature harus diekspor ke
sitoplasma dari nucleus
 Sementara beberapa fungsi RNA di dalam nucleus, banyak RNA
diangkut melalui pori-pori nucleus dan masuk ke sitosol
 Secara khusus ini termasuk semua jenis RNA yang terlibat dalam
sitensis protein

 Proses pembacaan kodon dan menggabungkan asam amino melalui
ikatan peptide
 mRNA dibaca pada ribosom
 tRNA membawa asam amino ke ribosom
 Asam amino dikombinasikan untuk membentuk protein

 mRNA ditranslasi di dalam ribosom dengan menggunakan tRNA sebagai molekul
adaptor
 Sekuens nukleotida dibaca setiap 3 basa
 Setiap triplet atau 3 basa tersebut disebut kodon
 Setiap kodon mengkode asam amino
 Setiap asam amino bisa dikode oleh satu atau lebih kodon
 Sejumlah 64 kodon yang memungkinkan diekspresikan menjadi asam amino
tertentu disebut kode genetic
 Kode genetic menghasilkan 20 asam amino yang berbeda

 Komponen proses translasi
1. mRNA
2. Ribosom
3. tRNA Bersama dengan asam amino
4. Enzim
 Tahapan translasi
1. Inisiasi
2. Elongasi
3. Terminasi

 tRNA inisiastor berikatan dengan subunit
kecil pada ribosom
 Subunit kecil/kompleks tRNA berikatan
dengan mRNA kemudian bergerak sepanjang
sekuens tersebut menuju ke start kodon (AUG)
 Subunit besar pada ribosom bergabung pada
kompleks yang telah terbentuk

 mRNA melewati subunit ribosom (ribosomal subunit)
 tRNA menghantarkan asam amino ke sisi pengikatan ribosom (ribosomal binding
site) sesuai dengan sekuen atau urutan pada mRNA
 Asam amino – asam amino berikatan dengan terbentuknya ikatan peptida

 Stop kodon bergerak menempatkan diri
 Tidak ada tRNA yang membawa anticodon
 Faktor rilis (release factors) berikatan dengan ribosom
 mRNA dan polipeptida dilepaskan

 Elongation also involves a proofreading mechanism that can
replace incorrectly incorporated bases
 Proofreading merupakan system koreksi jika terjadi kesalahan
dalam penggabungan aminoasil-tRNA pada ribosom
 Akurasi translasi ditentukan saat penambahan muatan pada
tRNA (tRNA charging) dan saat aminoasil-tRNA melekat pada
sisi A ribosom

 Hipotesa Garrod oleh Archibald E. Garrot:
 Sebuah gen – sebuah enzim
 Sebuah gen mutan – sebuah blok metabolism
 Diubah oleh G.W. Beadle dan E. L. Tatum, menjadi:
 Sebuah gen – sebuah polipeptida
 Karena produk gen tidak selalu berupa protein fungsional
(enzim), namun juga bisa berupa protein sturktural
 Blok metabolism oleh Garrod dinamakan kesalahan
metabolism bawaan contoh albino

MATERI BIOLOGI MOLEKULER - REPLIKASI DNA & EKSPRESI GEN.pptx

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to MATERI BIOLOGI MOLEKULER - REPLIKASI DNA & EKSPRESI GEN.pptx

Similar to MATERI BIOLOGI MOLEKULER - REPLIKASI DNA & EKSPRESI GEN.pptx (20)

More from Julfiana Mardatillah

More from Julfiana Mardatillah (20)

MATERI BIOLOGI MOLEKULER - REPLIKASI DNA & EKSPRESI GEN.pptx

Editor's Notes