48
DNA YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MSc

YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

  • Upload
    buidiep

  • View
    236

  • Download
    2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MSc

Page 2: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

STRUCTURE OF DNA

DNA REPLICATION

Page 3: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein
Page 4: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

4

Page 5: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA is wrapped tightly around histones and coiled tightly to form chromosomes

Page 6: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA

• DNA is often called the blueprint of life.

• In simple terms, DNA contains the instructions for making proteins within the cell.

Page 7: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA by the numbers • Each cell has about 2 m

of DNA. • The average human has

75 trillion cells. • The average human has

enough DNA to go from the earth to the sun more than 400 times.

• DNA has a diameter of only 0.000000002 m.

The earth is 150 billion m or 93 million miles from the sun.

Page 8: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Why do we study DNA? We study DNA for many

reasons, e.g.,

• its central importance to all life on Earth,

• medical benefits such as cures for diseases,

• better food crops.

Page 9: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Chromosomes and DNA

• Our genes are on our chromosomes.

• Chromosomes are made up of a chemical called DNA.

Page 10: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA Structure DNA consists of two molecules that are arranged

into a ladder-like structure called a Double Helix.

A molecule of DNA is made up of millions of tiny subunits called Nucleotides.

Each nucleotide consists of: 1. Phosphate group 2. Pentose sugar 3. Nitrogenous base

Page 11: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

One Strand of DNA • The backbone of the

molecule is alternating phosphate and deoxyribose, a sugar, parts.

• The teeth are nitrogenous bases.

phosphate

deoxyribose

bases

Page 12: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Nucleotides Phosphate

Pentose Sugar

Nitrogenous Base

Page 13: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Nucleotides The phosphate and sugar form the backbone

of the DNA molecule, whereas the bases form the “rungs”.

There are four types of nitrogenous bases.

Page 14: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Nucleotides

A

Adenine

T

Thymine

G

Guanine

C

Cytosine

Page 15: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Nucleotides Each base will only bond with one other specific

base.

Adenine (A)

Thymine (T)

Cytosine (C)

Guanine (G)

Form a base pair.

Form a base pair.

Page 16: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Four nitrogenous bases

• Cytosine C

• Thymine T

• Adenine A

• Guanine G

DNA has four different bases:

Page 17: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Two Kinds of Bases in DNA

• Pyrimidines are single ring bases.

• Purines are double

ring bases.

C

C

C

C

N

N

O

N

C

C

C

C

N

N

N

N

N

C

Page 18: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Thymine and Cytosine are pyrimidines

• Thymine and cytosine each have one ring of carbon and nitrogen atoms.

C

C

C

C

N

N

O

N

cytosine

C

C

C

C

N

N

O

O

thymine

C

Page 19: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Adenine and Guanine are purines

• Adenine and guanine each have two rings of carbon and nitrogen atoms.

C

C

C

C

N

N

N

Adenine N

N

C

C

C

C

C

N

N

O

N

Guanine N

N

C

Page 20: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Two Stranded DNA • Remember, DNA has

two strands that fit together something like a zipper.

• The teeth are the nitrogenous bases but why do they stick together?

Page 21: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

C

C

C

C

N

N

O

N

C

C C

C

N

N

O

N

N

N

C

Hydrogen Bonds • The bases attract each other

because of hydrogen bonds. • Hydrogen bonds are weak

but there are millions and millions of them in a single molecule of DNA.

• (The bonds between cytosine and guanine are shown here.)

Page 22: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Hydrogen Bonds, cont. • When making

hydrogen bonds, cytosine always pairs up with guanine,

• And adenine always pairs up with thymine.

• (Adenine and thymine are shown here.)

C

C

C

C

N

N

O

O

C

Page 23: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Important:

• Adenine and Thymine always join together

• A T

• Cytosine and Guanine always join together

• C G

Page 24: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA Structure

Because of this complementary base pairing, the order of the bases in one strand determines the order of the bases in the other strand.

Page 25: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

G

G

A

T

T

A

A

C

T

G

C

A

T

C

Page 26: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA Structure

To crack the genetic code found in DNA we need to look at the sequence of bases.

The bases are arranged in triplets called codons.

A G G - C T C - A A G - T C C - T A G

T C C - G A G - T T C - A G G - A T C

Page 27: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA Structure A gene is a section of DNA that codes for a protein.

Each unique gene has a unique sequence of bases.

This unique sequence of bases will code for the

production of a unique protein.

It is these proteins and combination of proteins that give us a unique phenotype.

Page 28: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

STRUCTURE OF DNA

DNA REPLICATION

Page 29: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA

Page 30: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein
Page 31: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA Replication • DNA must be copied

• The DNA molecule produces 2

IDENTICAL new complementary strands following the rules of base pairing:

A-T, G-C

•Each strand of the original DNA serves as a template for the new strand

Page 32: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein
Page 33: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA Replication • Complementary base pairs form new strands.

Page 34: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA Replication

Page 35: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA Replication Models

Page 36: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein
Page 37: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA Replication

• Semiconservative Model:

Watson and Crick showed: the two strands of the separate, and each functions as a for synthesis of a new complementary strand. Parental DNA

DNA Template

New DNA

Page 38: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Leading strand

lagging strand

Replication fork

Replication fork

Page 39: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA

Page 40: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

1. Why is replication necessary?

2. When does replication occur? 3. Describe how replication works. 4. Use the complementary rule to create the complementary

strand:

A---? G---? C---? T---? A---? G---? A---? G---? C---? A---? G---? T---?

Replication Quiz

Page 41: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

1. Why is replication necessary? So both new cells will have the correct

DNA 2. When does replication occur? During interphase (S phase). 3. Describe how replication works. Enzymes unzip DNA and complementary

nucleotides join each original strand. 4. Use the complementary rule to create the complementary strand:

A---T G---C C---G T---A A---T G---C A---T G---C C---G A---T G---C T---A

Replication Quiz

Page 42: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA

Protein-protein yang berperan dalam replikasi DNA

2. Protein pengikat untai tunggal: menjaga agar untai-untai tetap terpisah selama bertindak sebagai cetakan dalam sintesis untai-untai komplementer yang baru.

1. Helikase: enzim yang berfungsi membuka heliks ganda di cabang replikasi, memisahkan untai lama.

3. Primase: membentuk primer

Page 43: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA

Protein-protein yang berperan dalam replikasi DNA

4. DNA polimerase: pemanjangan untai DNA baru

5. Ligase: menggabungkan rantai DNA

Page 44: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Enzymology of DNA replication DNA strand separation

Helicases: unwind double strand DNA Single-strand DNA binding proteins (SSBs): participate in DNA strand separation but do not catalyze the strand separation process. They bind to single strand DNA as soon as it forms and coat it so that it cannot anneal to reform a double helix. Topoisomerases: introduce transient single or double stranded breaks into DNA and thereby allow it to change its form, or topology.

Page 45: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

DNA polymerases Three DNA polymerases (I, II, III) DNA polymerase I (102 KD): has three different enzymatic

activities 1) DNA polymerase 2) 3’-5’ exonuclease activity 3) 5’-3’ exonulcease activity

(proof reading to increase fidelity)

3’-5’ exo

(remove RNA primers or damage DNA on its path)

Page 46: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Pol III holoenzyme 10 subunits Move at an extremely rapid rate (1000 nts/second)

Proof reading

Page 47: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

Eukaryotes have multiple DNA polymerases

Page 48: YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MScyusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2013/02/DNA.pdf · Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA Protein-protein

THANK YOU YUSRON SUGIARTO, STP, MP, MSc