BIOKIMIABIOKIMIA Struktur Struktur SelSel, , DNADNA dan dan RNARNA Replikasi Replikasi DNADNA dan dan SintesisSintesis

ProteinProtein

Astri Sumiati, SP, MScAstri Sumiati, SP, MSc

StrStruuktur ktur SSeell

NucleusNucleus (Inti sel)(Inti sel)• Setiap sel makhluk hidup mempunyai Setiap sel makhluk hidup mempunyai

nucleus (inti sel) dimana didalamnya nucleus (inti sel) dimana didalamnya terdapat nucleoplasmaterdapat nucleoplasma

• Nucleus berperan dalam:Nucleus berperan dalam:1.1. Menyimpan informasi genetikMenyimpan informasi genetik2.2. Duplikasi DNADuplikasi DNA3.3. TranskripsiTranskripsi dalam sintesis protein dalam sintesis protein

• Dalam nucleoplasma terdapat Dalam nucleoplasma terdapat chromosomes (chromatin pada saat chromosomes (chromatin pada saat pembelahan sel) yang strukturnya pembelahan sel) yang strukturnya sebagian besar terdiri dari DNA dan sebagian besar terdiri dari DNA dan proteinprotein

• Dalam nucleus juga terdapat nucleoli Dalam nucleus juga terdapat nucleoli (anak inti) yang aktif dalam sintesis (anak inti) yang aktif dalam sintesis protein. Nucleoli dalam suatu sel protein. Nucleoli dalam suatu sel dapat berjumlah satu atau lebih.dapat berjumlah satu atau lebih.

• Nucleoli berperan dalam sintesis dan Nucleoli berperan dalam sintesis dan penyusunan molekul RNA dan penyusunan molekul RNA dan pembentukan sejumlah besar protein pembentukan sejumlah besar protein ribosom sebelum ditransfer ke ribosom sebelum ditransfer ke sitoplasma.sitoplasma.

Nucleic Acids (Asam Nucleic Acids (Asam nukleat)nukleat)

• Dalam tubuh setiap makhluk hidup Dalam tubuh setiap makhluk hidup mengandung asam nukleat. mengandung asam nukleat.

• Merupakan makromolekul.Merupakan makromolekul.• Bentuknya bisa berupa DNA (deoxyribonucleic Bentuknya bisa berupa DNA (deoxyribonucleic

acid) dan RNA (ribonucleic acid)acid) dan RNA (ribonucleic acid)• Beberapa organisme bersel tunggal seperti Beberapa organisme bersel tunggal seperti

virus tubuhnya hanya terdiri dari DNA atau virus tubuhnya hanya terdiri dari DNA atau RNA sajaRNA saja

DNA - “Kode Kehidupan”DNA - “Kode Kehidupan”• DNA mempunyai cetakan untuk DNA mempunyai cetakan untuk

membangun individu makhluk hidupmembangun individu makhluk hidup• Kode genetik bersifat universalKode genetik bersifat universal

Struktur Materi Hereditas Struktur Materi Hereditas

• Percobaan pada tahun Percobaan pada tahun 1950an menunjukkan 1950an menunjukkan bahwa DNA membawa bahwa DNA membawa sifat hereditassifat hereditas

• Pada 1953 – Watson dan Pada 1953 – Watson dan Crick menemukan bahwa Crick menemukan bahwa sturktur DNA adalah sturktur DNA adalah suatru rantai gandasuatru rantai ganda

Watson-Crick ModelWatson-Crick Model

DNADNA• DNA merupakan penyimpan utama dari material genetic DNA merupakan penyimpan utama dari material genetic

(informasi genetik).(informasi genetik).• DNA merupakan suatu polymer (polynucleotides) dimana 1 unit DNA merupakan suatu polymer (polynucleotides) dimana 1 unit

(monomer) dari DNA adalah nucleotides. (monomer) dari DNA adalah nucleotides. • Urutan nukleotida di sepanjang DNA berperan sebagai sandi Urutan nukleotida di sepanjang DNA berperan sebagai sandi

untuk menyampaikan semua informasi yang diperlukan untuk untuk menyampaikan semua informasi yang diperlukan untuk memerintahkan sel agar membuat segala sesuatu yang memerintahkan sel agar membuat segala sesuatu yang diperlukan bagi kehidupandiperlukan bagi kehidupan

• Setiap nucleotide tdd:Setiap nucleotide tdd:- Basa nitrogen purine (adenine, guanine) atau pyrimidine - Basa nitrogen purine (adenine, guanine) atau pyrimidine

(cytosine, thymine)(cytosine, thymine)- deoxyribose sugar (gula deoksiribosa)- deoxyribose sugar (gula deoksiribosa)- 1,2 or 3 phosphate groups.- 1,2 or 3 phosphate groups.

Struktur DNA (Watson dan Struktur DNA (Watson dan Crick)Crick)

• Struktur DNA adalah double helix ( rantai Struktur DNA adalah double helix ( rantai ganda), dengan rangkanya yang terdiri dari ganda), dengan rangkanya yang terdiri dari deoxyribose—phosphate—deoxyribose—deoxyribose—phosphate—deoxyribose—phosphate—phosphate—

• Terdapat ikatan hidrogen diatara rantai yang Terdapat ikatan hidrogen diatara rantai yang saling berhadapansaling berhadapan

• Basa Purine dan pyrimide yang terikat kepada Basa Purine dan pyrimide yang terikat kepada gula deoxyribose, dapat berputar bebas. DNA gula deoxyribose, dapat berputar bebas. DNA membentuk pasangan basa yang spesifik A-membentuk pasangan basa yang spesifik A-T(2 H-bonds), G-C (3 H-bonds).T(2 H-bonds), G-C (3 H-bonds).

• Kedua rantai DNA saling berhadapan disebut Kedua rantai DNA saling berhadapan disebut antiparallelantiparallel

Struktur Struktur DNADNA

Struktur DNA

Basa NitrogenBasa Nitrogen

Gula deoksiribosa dan Gula deoksiribosa dan PhospatPhospat

IKATAN HIDROGENIKATAN HIDROGEN

Jumlah CarbonsJumlah Carbons

Rantai antiparallelRantai antiparallelA

T

T

G

C

C

T

A

G

T

A

A

C

G

G

A

T

C

C

T

A

G

G

C

A

A

T

RNARNA• Struktur rantai tunggal, namun cukup kompleksStruktur rantai tunggal, namun cukup kompleks• Struktur pembentuk rantai sama seperti DNA Struktur pembentuk rantai sama seperti DNA

yaitu terdiri dari ribose, phosphatase, basa purin yaitu terdiri dari ribose, phosphatase, basa purin (A,G) dan pyrimidine (C, U)(A,G) dan pyrimidine (C, U)

• Types of RNA:Types of RNA:-messenger RNA berperan membawa kode genetik -messenger RNA berperan membawa kode genetik

dalam sequencing asam aminodalam sequencing asam amino-transfer RNA berperan dalam identifikasi dan -transfer RNA berperan dalam identifikasi dan

transfer asama amino ke ribosomtransfer asama amino ke ribosom-ribosomal RNA berperan merupakan bagian dari -ribosomal RNA berperan merupakan bagian dari

ribosom yang berfungsi dalam pembentukan ribosom yang berfungsi dalam pembentukan protein(polypeptide)protein(polypeptide)

PerbedaanPerbedaan DNA RNALetak Sebagian besar di

nukleus, sedikit di mitochondria dan kloroplast

Dalam sitoplasma, nucleolus dan kromosom

Pyrimidine bases CytosineThymine

CytosineUrasil

Purine bases AdenineGuanine

AdenineGuanine

Pentose deoxyribose riboseHydrolizing enzyme

Deoxyribonuclease (DNase)

Ribonuclease (RNase)

Peranan Genetic information

Synthesis of proteins

Genes dan molekul DNAGenes dan molekul DNA• Suatu gen merupakan Suatu gen merupakan

suatu urutan basa suatu urutan basa yang menempati yang menempati suatu lokasi spesifik suatu lokasi spesifik pada molekul DNApada molekul DNA

• Gen ini mengontrol Gen ini mengontrol sifat khusus dengan sifat khusus dengan membuat suatu membuat suatu protein khusus dalam protein khusus dalam jumlah tertentujumlah tertentu

one base pair

in-text, p. 195

or or

Fig. 13.4, p. 202-3

3’5’

growing RNA transcript5’

3’ 5’

3’

direction of transcription

RNA polymerase

sugar-phosphate backbone of one strand of nucleotides in a DNA double helix

sugar-phosphate backbone of the other strand of nucleotides

part of the sequence of base pairs in DNA

transcribed DNA winds up again

DNA to be transcribed unwinds

newly forming RNA transcript

the DNA template at the assembly site

Replikasi Replikasi DNADNA

• DNA terdiri dari dua rantai nukleotida yang DNA terdiri dari dua rantai nukleotida yang saling berikatan karena adanya ikatan saling berikatan karena adanya ikatan hidrogenhidrogen

• Ikatan hidrogen antara dua rantai tersebut Ikatan hidrogen antara dua rantai tersebut mudah sekali terputusmudah sekali terputus

• Setiap rantai tunggal kemudian berperan Setiap rantai tunggal kemudian berperan sebagai cetakan untuk pembentukan rantai sebagai cetakan untuk pembentukan rantai barubaru

newnew old old

DNA diduplikasi oleh DNA diduplikasi oleh Enzyme:Enzyme:• enzyme DNA polymerase melepaskan enzyme DNA polymerase melepaskan

ikatan rantai DNA, menangkap nukleotida ikatan rantai DNA, menangkap nukleotida bebas, memasangkan dengan nkleotida bebas, memasangkan dengan nkleotida baru yang sesuai dan membentuk ikatan baru yang sesuai dan membentuk ikatan yang baruyang baru

• enzymes lain mengoreksi setiap kesalahan enzymes lain mengoreksi setiap kesalahan untuk memastikan tidak ada kesalahan untuk memastikan tidak ada kesalahan sedikitpunsedikitpun

Fig. 12.9, p. 196

old

new

old

old

Replikasi DNA berlangsung selama mitosis dan meiosis, untuk membuat sel baru

SINTESIS PROTEIN SINTESIS PROTEIN

transcription translation

DNA RNA Protein

What makes a whale a What makes a whale a whale?whale?

• Proteins:Proteins:

• Organisms adalah Organisms adalah unik karena keunikan unik karena keunikan protein masing-protein masing-masing dan …masing dan …

• Bagaimana protein Bagaimana protein tersebut diorganisasi tersebut diorganisasi selama pertumbuhanselama pertumbuhan

ProteinProtein• Merupakan suatu rantai asam amino Merupakan suatu rantai asam amino

yang dibentuk oleh elemen C, H, N, O.yang dibentuk oleh elemen C, H, N, O.

• Terdapat 20 jenis Asam aminoTerdapat 20 jenis Asam amino

• Rantai asam amino kemudian bergabung Rantai asam amino kemudian bergabung dan berlipat-lipat menjadi bentuk tiga dan berlipat-lipat menjadi bentuk tiga dimensidimensi

Bagaimana DNA mengontrol Bagaimana DNA mengontrol perkembangan suatu perkembangan suatu organisme?organisme?• DNA membedakan DNA membedakan

karakteristik suatu karakteristik suatu organisme karena organisme karena perbedaan urutan perbedaan urutan asam amino dalam asam amino dalam semua protein semua protein yang terdapat yang terdapat pada organisme pada organisme tersebuttersebut

GENETIC CODEGENETIC CODE• Setiap asam amino (20 amino acids) diwakili Setiap asam amino (20 amino acids) diwakili

oleh tiga basa yang disebut dengan kodonoleh tiga basa yang disebut dengan kodon• Setiap kodon mengkodekan satu jenis asam Setiap kodon mengkodekan satu jenis asam

aminoamino• Urutan basa akan menentukan urutan asam Urutan basa akan menentukan urutan asam

amino dalam proteinamino dalam protein• Pembentukan protein berlangsung dalam Pembentukan protein berlangsung dalam

suatu tahapan proses yang disebut dengan suatu tahapan proses yang disebut dengan sintesis proteinsintesis protein

Fig. 13.7, p. 204

Tahap 1: TranskripsiTahap 1: Transkripsi

• DNA dipisahkan dengan rantai DNA dipisahkan dengan rantai pasangannya dan messenger RNA pasangannya dan messenger RNA mengkopi kode genetikmengkopi kode genetik

Transkripsi GenTranskripsi Gentranscribed DNA winds up again

DNA to be transcribed unwinds

mRNAtranscript

RNA polymerase

Tahap 2- Pemotongan RNATahap 2- Pemotongan RNA• RNA dipotongRNA dipotong • Introns (Non- coding sequences) Introns (Non- coding sequences)

dibuangdibuang

• Exons (Expressed sequences) tetap Exons (Expressed sequences) tetap dibiarkandibiarkan

Fig. 13.5, p. 203

unit of transcription in a DNA strand

exon intron

mature mRNA transcript

poly-A tail

5’

5’ 3’

3’

snipped out snipped out

exon exonintron

cap

transcription into pre-mRNA

3’ 5’

Tahap 3 :Tahap 3 :• Messenger RNA mengambil kode tersebut Messenger RNA mengambil kode tersebut

dan menuju ke ribosom di sitoplasmadan menuju ke ribosom di sitoplasma

• Transfer RNA mengambil asamTransfer RNA mengambil asam amino tertentu dan menuju amino tertentu dan menuju ribosomribosom

Tahap 4 :TranslationTahap 4 :Translation• Di dalam ribosom, kode tersebut Di dalam ribosom, kode tersebut

dibaca dan ditranslasikan ke dalam dibaca dan ditranslasikan ke dalam bentuk suatu urutan asam aminobentuk suatu urutan asam amino

• Rantai asam amino akan melipat-Rantai asam amino akan melipat-lipat dan bergabung menyatu lipat dan bergabung menyatu membentuk protein akhirmembentuk protein akhir

Sintesis ProteinSintesis Protein

Fig. 13.10c, p. 206-7

Fig. 13.14, p. 210

TRANSCRIPTION Unwinding of gene regions of a DNA molecule

Pre mRNA Transcript Processing

mRNA rRNA tRNA

TRANSLATION

FINAL PROTEINDestined for use in cell or for transport

Convergence of RNAs

Synthesis of a polypetide chain at binding sites for mRNA and tRNA on the surface of an intact ribosome

Cytoplasmic pools of amino acids, tRNAs, and ribosomal subunits

Mature mRNA transcripts

protein subunits

ribosomal subunits

mature tRNA

Sintesis ProteinSintesis Protein• Instruksi pada DNA ditranskripsi (dituliskan Instruksi pada DNA ditranskripsi (dituliskan

kembali) dalam bentuk serupa kemudian kembali) dalam bentuk serupa kemudian ditranslasi (diubah) menjadi bahasa protein.ditranslasi (diubah) menjadi bahasa protein.

• Pertama2 pesan ditranskripsi menjadi jenis Pertama2 pesan ditranskripsi menjadi jenis molekul lain yang dikenal sebagai RNA kurir molekul lain yang dikenal sebagai RNA kurir (mRNA). Secara kimiawi mRNA sangat serupa (mRNA). Secara kimiawi mRNA sangat serupa dengan DNA, molekul ini juga dapat mengenali dengan DNA, molekul ini juga dapat mengenali basa pada untaian DNA dan melalui proses basa pada untaian DNA dan melalui proses pengenalan mRNA bekerja menyalin gen yang pengenalan mRNA bekerja menyalin gen yang dibentuk. dibentuk.

Sintesis ProteinSintesis Protein• Proses mentranslasi instruksi pada mRNA Proses mentranslasi instruksi pada mRNA

menjadi btk protein kemudian dapat dimulai. menjadi btk protein kemudian dapat dimulai. • Urutan basa pada molekl mRNA menentukan Urutan basa pada molekl mRNA menentukan

urutan asam amino pada protein.urutan asam amino pada protein.• Kata-kata pada bahasa mRNA terdiri atas Kata-kata pada bahasa mRNA terdiri atas

kelompok2 tiga basa berurutan, disebut kodon. kelompok2 tiga basa berurutan, disebut kodon. Setiap kodon menyampaikan perintah kepada Setiap kodon menyampaikan perintah kepada mesin selular yang mensintesis protein bahwa mesin selular yang mensintesis protein bahwa asam amino tertentu hrs digabungkan menjadi asam amino tertentu hrs digabungkan menjadi protein pada tempat tertentu protein pada tempat tertentu

Sintesis Protein pada Sintesis Protein pada RibosomRibosom

Sintesis ProteinSintesis ProteinTranslasi mRNA melibatkan puluhan jenis Translasi mRNA melibatkan puluhan jenis molekul, diantaranya (rRNA dan tRNA). Keduanya molekul, diantaranya (rRNA dan tRNA). Keduanya tidak membawa kode genetik, tetapi membantu tidak membawa kode genetik, tetapi membantu sel membaca informasi yang terkandung pada sel membaca informasi yang terkandung pada mRNA. Sekali mRNA dibuat, molekul ini mRNA. Sekali mRNA dibuat, molekul ini meninggalkan inti sel dan masuk tubuh utama meninggalkan inti sel dan masuk tubuh utama sel. Disini struktur globular yang dikenal dengan sel. Disini struktur globular yang dikenal dengan nama Ribosom melekat pada mRNA tersebut. nama Ribosom melekat pada mRNA tersebut. Pada ribosom terdapat rRNA.Sekali Ribosom Pada ribosom terdapat rRNA.Sekali Ribosom berikatan dengan mRNA, tRNA menjalankan berikatan dengan mRNA, tRNA menjalankan tugasnya. Terdapat berbagai jenis tRNA dan tugasnya. Terdapat berbagai jenis tRNA dan masing2 mampu mengenali golongan tertentu masing2 mampu mengenali golongan tertentu dari ketiga basa (kodon) pada mRNA. Setiap jenis dari ketiga basa (kodon) pada mRNA. Setiap jenis tRNA membawa hanya satu jenis asam amino tRNA membawa hanya satu jenis asam amino tertentutertentu

Sintesis ProteinSintesis Protein

Sintesis ProteinSintesis Protein• Setelah sel selesai menyusun suatu rantai Setelah sel selesai menyusun suatu rantai

asam amino, rantai ini mulai melipat dirinya asam amino, rantai ini mulai melipat dirinya sendiri. Bentuk umum protein adalah rantai sendiri. Bentuk umum protein adalah rantai berputar dan melekuk membentuk struktur berputar dan melekuk membentuk struktur tiga dimensi yang kompleks. Pelipatan ini tiga dimensi yang kompleks. Pelipatan ini diatur oleh tenaga kimia.diatur oleh tenaga kimia.

• Bentuk akhir molekul protein ditentukan Bentuk akhir molekul protein ditentukan oleh urutan asam amino yang menyusun oleh urutan asam amino yang menyusun protein tersebut.protein tersebut.

Replikasi DNA dan

Sintesis Protein

Jenis-jenis Asam Amino Jenis-jenis Asam Amino sebagai Penyusun Proteinsebagai Penyusun Protein