ASAM NUKLEAT dan REPLIKASI Dr Yekti Asih Purwestri

  • Slides: 102
Download presentation
ASAM NUKLEAT dan REPLIKASI Dr. Yekti Asih Purwestri, M. Si. Laboratorium Biokimia Fakultas Biologi

ASAM NUKLEAT dan REPLIKASI Dr. Yekti Asih Purwestri, M. Si. Laboratorium Biokimia Fakultas Biologi UGM

Penemuan Struktur DNA • DNA = Deoxyribose nucleic acid Tersusun atas gula (deoksiribosa), fosfat

Penemuan Struktur DNA • DNA = Deoxyribose nucleic acid Tersusun atas gula (deoksiribosa), fosfat dan basa

Penemuan Struktur DNA • Struktur ditemukan pada tahun 1953 oleh James Watson dan Francis

Penemuan Struktur DNA • Struktur ditemukan pada tahun 1953 oleh James Watson dan Francis Crick

Penemuan Struktur DNA Rosalind Franklin’s DNA image “Chargoff’s rule” A=T & C=G

Penemuan Struktur DNA Rosalind Franklin’s DNA image “Chargoff’s rule” A=T & C=G

Pembelahan sel dan Replikasi DNA • Pembelahan sel Pertumbuhan, perbaikan, replacement • Sebelum sel

Pembelahan sel dan Replikasi DNA • Pembelahan sel Pertumbuhan, perbaikan, replacement • Sebelum sel membelah, sel harus membentuk dua sel structures, organelles and their genetic information

DNA replication

DNA replication

Nukleotida

Nukleotida

 • Merupakan prekursor / dasar untuk asam nukleat, RNA dan DNA • Struktur

• Merupakan prekursor / dasar untuk asam nukleat, RNA dan DNA • Struktur terdiri dari – Basa – Gula – phosphat

 • Nukleotida berbeda dengan nukleosida karena nukleosida tdk mempunyai gugus fosfat • Sehingga

• Nukleotida berbeda dengan nukleosida karena nukleosida tdk mempunyai gugus fosfat • Sehingga kita sering menuliskan nukleotida sebagai – Nukleosida monofosfat – Nukleosida difosfat – Nukleosida trifosfat Tergantung pada jumlah fosfat yg dimiliki • Deoksiribonukleotida ditulis dng tambahan “d” menunjukkan adanya gugus hidroksil pd atom C nomer 2

 • Terdiri dari 2 golongan : – Ribonukleotida – Deoksiribonukleotida • Jenis nukleotida

• Terdiri dari 2 golongan : – Ribonukleotida – Deoksiribonukleotida • Jenis nukleotida : – Nama tergantung pada basanya – Jumlah fosfat yang dimiliki Adenin Guanin Sitosin Timin Urasil AMP, ADP, ATP, d. AMP, d. ADP, d. ATP GMP, GDP, GTP, d. GMP, d. GDP, d. GTP CMP, CDP, CTP, d. CDP, d. CTP TMP, TDP, TTP, UMP, UDP, UTP, d. UMP, d. UDP, d. UTP

 • Nukleotida mengikat basa nitrogennya pada atom C no. 1, dgn ikatan glikosida

• Nukleotida mengikat basa nitrogennya pada atom C no. 1, dgn ikatan glikosida • Gugus fosfat terikat pada gugus hidroksil atom C no. 5 • Kedua kondisi diatas, menyebabkan nukleotida mempunyai sifat: – Gugus phosphat bertindak sbg asam kuat (p. Ka= 1) – Gugus amina dr basa purin dan pirimidine, dpt di protonasi – Nukleotida mampu menyerap sinar uv dapat diukur konsentrasinya

Asam nukleat • Merupakan bagian organisme hidup yg sangat penting • Membawa informasi genetika

Asam nukleat • Merupakan bagian organisme hidup yg sangat penting • Membawa informasi genetika yang akan diturunkan / ditransfer dr generasi ke generasi. Semua informasi yg ada dlm sel DNA • Ada 2 macam: – Asam deoksiribonukleat : AND / DNA – Asam ribonukleat : ARN / RNA • Asam nukleat mrpk polimer nukleotida yg dihubungkan dgn ikatan fosfodiester

DNA (Deoxyribo. Nucleic Acid ) • Dikenal sebagai materi genetik • Merupakan komponen kromosom

DNA (Deoxyribo. Nucleic Acid ) • Dikenal sebagai materi genetik • Merupakan komponen kromosom • Merupakan polimer deoksiribonukleotida yg dihubungkan dengan ikatan fosfodiester • Backbone (rangka) terdiri dr: gugus fosfat dan gula yg saling berseling • Memiliki orientasi 5’ 3’ jk gugus fosfat dr C 5 berikatan dgn OH C 3

 • Didalam sel dalam jalin ganda (double helix) • Dimana gugus fosfat berada

• Didalam sel dalam jalin ganda (double helix) • Dimana gugus fosfat berada di luar dan basa nitrogennya di dalam • Jalin ganda yg terbentuk bersifat anti parallel ?

 • Susunan basa nitrogen pada jalin ganda DNA tidak random Guanin (G) –

• Susunan basa nitrogen pada jalin ganda DNA tidak random Guanin (G) – Sitosin (C) Adenin (A) - Timin (T) Antara basa nitrogen satu dengan yang lain dihubungkan dengan ikatan hidrogen • Watson and Crick : replikasi sangat mungkin untuk suatu DNA diperbanyak dg informasi yg sama

 • DNA di dalam sel ditemukan 3 bntk utama – Bentuk B –

• DNA di dalam sel ditemukan 3 bntk utama – Bentuk B – Bentuk A – Bentuk Z Perbedaanya ?

 • seperti halnya protein, asam nukleat juga mempunyai struktur primer, sekunder dan tersier

• seperti halnya protein, asam nukleat juga mempunyai struktur primer, sekunder dan tersier – asam nukleat mempunyai arah sense - Mempunyai individualitas ditentukan dari urutan basa nitrogennya disebut sebagai struktur primer - Informasi genetik ada pada struktur primer A C 3’ G 3’ P P 5’ T C 3’ P 5’ ACGTC 3’ OH 5’

Struktur sekunder • Double helix – Watson n Crick menjawab struktur 3 D DNA

Struktur sekunder • Double helix – Watson n Crick menjawab struktur 3 D DNA dgn X-ray diffraction pattern : hsl penelitian Rosalind Franklin – Mampu menyimpulkan bahwa : • • mempunyai struktur double helix dengan 10 basa setiap putaran 360 , basa Nitrogen A-T , G – C cekukan mayor and minor double helix memutar ke kanan self replication

Semikonservatif pd Replikasi DNA Mekanisme pengkopian DNA melibatkan pembukaan double helix Setiap rantai menjadi

Semikonservatif pd Replikasi DNA Mekanisme pengkopian DNA melibatkan pembukaan double helix Setiap rantai menjadi pola / templat untuk pita baru Semi konservatif apa beda dengan konservatif dan dispersive?

 • X-ray diffraction : ada 2 macam • Yg telah diterjemahkan struktur 3

• X-ray diffraction : ada 2 macam • Yg telah diterjemahkan struktur 3 D nya : B form • Bentuk yang umum adalah B form • A form RNA double helix – Gugus OH pd RNA tidak memungkinkan melipat lebih dekat membentuk A form yang lebih lebar

Dalam kondisi normal (kondisi fisiologis) DNA relatif stabil Kadang menjadi tidak stabil krn proses

Dalam kondisi normal (kondisi fisiologis) DNA relatif stabil Kadang menjadi tidak stabil krn proses 2 replikasi, transkripsi

 • Disosiasi double helix DNA denaturasi – apabila DNA dipanaskan diatas melting temperaturnya

• Disosiasi double helix DNA denaturasi – apabila DNA dipanaskan diatas melting temperaturnya (Tm) maka double helix akan terbuka – Tm tergantung pada rasio (G+C)/(A+T) – G/C content dapat dihitung dengan (G+C) / (Total Basa N) x 100%

RNA Ada 4 mcm • • • Hn RNA m. RNA r. RNA t.

RNA Ada 4 mcm • • • Hn RNA m. RNA r. RNA t. RNA sn. RNA

 • hn. RNA heterogeonous nuclear RNA merupakan hasil transkripsi langsung dr DNA •

• hn. RNA heterogeonous nuclear RNA merupakan hasil transkripsi langsung dr DNA • m. RNA – telah mengalami proses posttranskripsi menghilangkan intron informasi genetik dlm btk codon (urutan 3 nukleotida) • r. RNA – Komponen ribosom dimana translasi berlangsung • t. RNA – Menerjemahkan kode genetik – Menghubungkan antara asam nukleat dengan asam amino protein • sn. RNA – Small nuclear RNA membantu proses splicing dalam post transkripsi proses

What are small RNAs • Small RNAs are a pool of 21 to 24

What are small RNAs • Small RNAs are a pool of 21 to 24 nt RNAs that generally function in gene silencing • Small RNAs contribute to posttranscriptional gene silencing by affecting m. RNA translation or stability AAAAA • Small RNAs contribute to transcriptional gene silencing through epigenetic modifications to chromatin RNA Pol Histone modification, DNA methylation

RNA silencing - overview si. RNA-mediated AGO AAAn silencing via posttranscriptional and transcriptional gene

RNA silencing - overview si. RNA-mediated AGO AAAn silencing via posttranscriptional and transcriptional gene silencing AGO DCL RNA Pol Micro. RNA - MIR gene mediated slicing of m. RNA and translational repression DCL AGO RNA Pol AAAn AGO AAA n AAAn m. RNA Pol

si. RNAs – Genomic Defenders • si. RNAs protect the genome by Suppressing invading

si. RNAs – Genomic Defenders • si. RNAs protect the genome by Suppressing invading viruses • Silencing sources of aberrant transcripts • Silencing transposons and repetitive elements • si. RNAs also maintain some genes in an epigenetically silent state • Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd: Nature. Lam, E. , Kato, N. , and Lawton, M. (2001) Programmed cell death, mitochondria and the plant hypersensitive response. Nature 411: 848 -853. Copyright 2001.

Transfer RNA (t. RNA) composed of a nucleic acid and a specific amino acid

Transfer RNA (t. RNA) composed of a nucleic acid and a specific amino acid provide the link between the nucleic acid sequence of m. RNA and the amino acid sequence it codes for. An anticodon a sequence of 3 nucleotides in a t. RNA that is complementary to a codon of m. RNA Structure of t. RNAs

Fungsi biologis • DNA sebagai pembawa informasi genetik – DNA komponen dr kromosom •

Fungsi biologis • DNA sebagai pembawa informasi genetik – DNA komponen dr kromosom • Fungsi yang lain: – Nukleotida sbg pembawa energi – Nukleotida sebagi koensim – enzim

METABOLISME ASAM NUKLEAT Metabolisme DNA mempunyai struktur yang stabil sebagai tempat penyimpanan informasi genetik.

METABOLISME ASAM NUKLEAT Metabolisme DNA mempunyai struktur yang stabil sebagai tempat penyimpanan informasi genetik. Selain itu, DNA juga merupakan senyawa yang aktif melakukan proses biokimiawi yang meliputi replikasi (sintesis DNA) dan transkripsi (sintesis RNA). Salah satu keunikan dari DNA yakni merupakan satu-satunya molekul yang mempunyai sistem untuk memperbaiki diri dan mempunyai diversitas dan kompleksitas yang tinggi. DNA dalam proses pelestarian informasi genetik mampu melakukan penataan (pengaturan kembali) secara kolektif dengan materi DNA lainnya melalui proses rekombinasi (penggabungan). Penataan tersebut dalam rangka memelihara tingkat diversitas sifat menurun (genetik) dengan memfasilitasi kombinasi allel (bentuk alternatif suatu gen) yang baru.

ORGANISASI MATERI GENETIK Pengertian Istilah dalam Mahami Materi Genetik: DNA sebagai senyawa pembawa informasi

ORGANISASI MATERI GENETIK Pengertian Istilah dalam Mahami Materi Genetik: DNA sebagai senyawa pembawa informasi yang dapat diturunkan Gen : Unit terkecil pembawa sifat yang dapat diturunkan Allel : struktur lain dari gen (gen yang sama tetapi urutan nukleotidanya bisa berbeda) Genom : Total gen (DNA) yang ada dalam sel Kromosom: Struktur kemasan DNA yang bergabung dengan protein histon dan nampak jelas pada saat sel akan membelah (eukariotik) Kromatid: 2 set struktur kemasan DNA yang menyusun kromosom (1 kromosom terdiri dari 2 kromatid) Kromatin: kenampakan DNA pada saat sel sedang dalam kondisi interfase (pada fase ini terjadi proses transkripsi atau replikasi)

“Kromosom” E. coli yang sudah selesai dipetakan

“Kromosom” E. coli yang sudah selesai dipetakan

Ø Inti sel eukariotik sebagai tempat penyimpanan dan metabolisme materi genetik DNA dan RNA

Ø Inti sel eukariotik sebagai tempat penyimpanan dan metabolisme materi genetik DNA dan RNA (asam nukleat)

q Dogma aliran informasi genetik. Anak panah kuning (terang) menunjukkan kasus yang umum terjadi,

q Dogma aliran informasi genetik. Anak panah kuning (terang) menunjukkan kasus yang umum terjadi, sedangkan anak panah biru (gelap) untuk kasus yang khusus (umumnya terjadi dalam virus RNA)

Replikasi DNA Proses replikasi DNA merupakan salah satu sistem hayati yang menggunakan template (cetakan)

Replikasi DNA Proses replikasi DNA merupakan salah satu sistem hayati yang menggunakan template (cetakan) molekul untuk membantu sintesis senyawa makromolekul. Struktur DNA merupakan jalin ganda dimana salah satu jalin merupakan pasangan yang komplemen dari jalin yang lainnya. Kondisi ini memungkinkan peranannya sebagai cetakan untuk proses replikasi dan transmisi (perpindahan) informasi genetik.

q Beberapa pemahaman umum dalam replikasi DNA: § Replikasi semi konservatif untuk menjelaskan bahwa

q Beberapa pemahaman umum dalam replikasi DNA: § Replikasi semi konservatif untuk menjelaskan bahwa sintesis DNA menghasilkan jalin DNA anakan yang terdiri dari jalin DNA lama dan DNA baru

Aliran informasi dari gen menjadi protein pada eukariotik.

Aliran informasi dari gen menjadi protein pada eukariotik.

Replikasi DNA terjadi secara dua arah yang dimulai pada daerah tempat dimulainya replikasi (origin).

Replikasi DNA terjadi secara dua arah yang dimulai pada daerah tempat dimulainya replikasi (origin). Mekanisme ini dapat diamati pada bakteria (E. coli)

q Beberapa visualisasi mekanisme replikasi DNA plasmid yang telah dilabel dengan unsur radioisotop H

q Beberapa visualisasi mekanisme replikasi DNA plasmid yang telah dilabel dengan unsur radioisotop H 3 (tritium)

Proses replikasi berjalan dengan dua mekanisme pemanjangan rantai: leading dan lagging. Hal ini terjadi

Proses replikasi berjalan dengan dua mekanisme pemanjangan rantai: leading dan lagging. Hal ini terjadi karena arah sintesis DNA dimulai dari ujung 5’ DNA baru atau ujung 3’ DNA template

DNA Polimerase Enzim DNA polimerase berperan dalam mengkatalisasi sintesis DNA terutama pada proses replikasi

DNA Polimerase Enzim DNA polimerase berperan dalam mengkatalisasi sintesis DNA terutama pada proses replikasi DNA polimerase yang pertama kali ditemukan adalah DNA polimerase I yang diisolasi dari E. coli. Proses sintesis DNA dengan cara penambahan nukleotida pada gugus hidroksil 3’, sehingga jalin yang bertambah adalah arah 5’ 3’. Untuk memulai sintesis, DNA polimerase I, memerlukan adanya DNA cetakan (template) dan primer. Primer adalah segmen pendek (oligonukleotida) RNA (sintesis secara in vivo) atau DNA (sintesis secara in vitro) yang merupakan awal jalin baru yang komplemen dengan gugus 3’ hidroksil tempat nukleotida baru ditambahkan.

Karateristik DNA polimerase bekerja sangat akurat (teliti). Sebagai materi penyimpan informasi genetik, replikasi harus

Karateristik DNA polimerase bekerja sangat akurat (teliti). Sebagai materi penyimpan informasi genetik, replikasi harus berlangsung dengan ketelitian yang sangat tinggi. Pada E. coli hanya terjadi sekali setiap 109 – 1010 penambahan nukleotida, sedangkan kromosom E. coli hanya 4, 7 x 106 pasang basa (base pair atau bp), sehingga kesalahan yang terjadi adalah sekali dalam 1. 000 - 10. 000 kali replikasi. Berdasarkan percobaan in vitro, kesalahan terjadi selama sintesis DNA adalah sekali setiap 10 4 – 105 bp yang disebabkan perubahan spontan dari basa nukleotidanya. Perbedaan yang terjadi selama sintesis DNA in vitro dan in vivo menunjukkan bahwa enzim DNA polimerase mempunyai fungsi lainnya yakni sebagai proof reading (koreksi pembacaan). Mekanisme pengoreksian kembali tersebut dilakukan oleh kerja enzim 3’ 5’ eksonuklease yang akan memotong nukleotida baru yang tidak komplemen/cocok dengan cetakannya.

Jenis DNA polimerase Ada tiga macam DNA polimerase yang ditemukan pada E. coli. Ketiga

Jenis DNA polimerase Ada tiga macam DNA polimerase yang ditemukan pada E. coli. Ketiga jenis tersebut yakni: -DNA plimerase I yang berfungsi sebagai tempat untuk membersihkan (clean-up) dari primer RNA. -DNA polimerase II berfungsi dalam memperbaiki DNA yang urutannya keliru - DNA polimerase III berfungsi dalam proses replikasi Struktur DNA polimeras III pada bakteri

DNA polimerase pada eukariotik: DNA polimerase , terdiri dari empat subunit yang mempunyai aktivitas

DNA polimerase pada eukariotik: DNA polimerase , terdiri dari empat subunit yang mempunyai aktivitas polimerase dan primase. DNA polimerase , terdiri dari dua subunit yang mempunyai aktivitas eksonuklease untuk pembacaan ulang nukleotida. DNA polimerase , kemungkinan mempunyai aktivitas yang sama dengan DNA polimerase terutama pada saat memperbaiki urutan DNA yang salah (DNA repair) Pada prinsipnya kerja DNA polimerase eukariotik mirip dengan prokayotik

Sekuen DNA pada lokasi daerah origin of replication (ORI) yakni tempat awal dimulainya replikasi

Sekuen DNA pada lokasi daerah origin of replication (ORI) yakni tempat awal dimulainya replikasi DNA

q Pemanjangan rantai DNA dengan cara menggabungkan ujung 3’ dari rantai yang sedang terbentuk

q Pemanjangan rantai DNA dengan cara menggabungkan ujung 3’ dari rantai yang sedang terbentuk dengan ujung 5’ dari nukleotida dan terjadi pelepasan gugus fosfat anorganik.

§ Pada rantai lagging, sintesis fragmen Okazaki pada jalin DNA dari ujung 3’ ke

§ Pada rantai lagging, sintesis fragmen Okazaki pada jalin DNA dari ujung 3’ ke 5’, sedang arah sintesis dari 5’ ke 3’. q Beberapa jenis protein terlibat dalam proses replikasi, al. : topoisomerase, primase, helikase DNA.

Primosom merupakan kompleks yang terdiri dari DNA helicase dan DNA primase. DNA helicase berfungsi

Primosom merupakan kompleks yang terdiri dari DNA helicase dan DNA primase. DNA helicase berfungsi membuka jalin ganda, sedang primase memberikan tempat dimulainya sintesis fragmen Okazaki

DNA primase akan bergabung dengan DNA polimerase untuk menunjukan tempat diawalinya sintesis DNA baru

DNA primase akan bergabung dengan DNA polimerase untuk menunjukan tempat diawalinya sintesis DNA baru dari fragmen Okazaki.

q. DNA primase akan bergabung kembali dengan DNA helicase untuk membentuk fragmen Okazaki baru

q. DNA primase akan bergabung kembali dengan DNA helicase untuk membentuk fragmen Okazaki baru

Mekanisme sintesis DNA yang terjadi pada jalin leading dan lagging.

Mekanisme sintesis DNA yang terjadi pada jalin leading dan lagging.

Primer RNA yang digunakan untuk mengawali sintesis DNA pada rantai lagging akan didegradasi oleh

Primer RNA yang digunakan untuk mengawali sintesis DNA pada rantai lagging akan didegradasi oleh aktivitas eksonuklease 5’ 3’ dari DNA polimerase I dan diganti dengan DNA dengan menggunakan enzim yang sama. Celah yang masih ada akan disambung oleh enzim ligase.

Mekanisme kerja enzim ligase.

Mekanisme kerja enzim ligase.

§ Terminasi pada replikasi kromosom E. coli. § Urutan terminus (Ter) pada kromosom memiliki

§ Terminasi pada replikasi kromosom E. coli. § Urutan terminus (Ter) pada kromosom memiliki posisi yang terdiri dari dua kluster yang orientasinya berlawanan.

Pada akhir proses replikasi kedua DNA kromosom yang baru saja secara komplit disintesis akan

Pada akhir proses replikasi kedua DNA kromosom yang baru saja secara komplit disintesis akan membentuk daerah yang masih bertautan. Daerah tsb DNA saling bertautan sebagai lilitan dua DNA baru. Dengan enzim topoisomerase IV maka kedua jalin tsb dapat dipisahkan dan terpisah menjadi dua kromosom.

Rekombinasi DNA Integrasi dan penyisipan DNA lamda (λ) bakteriofag pada kromosom pada sisi targetnya.

Rekombinasi DNA Integrasi dan penyisipan DNA lamda (λ) bakteriofag pada kromosom pada sisi targetnya.

Protein Kromosomal § Protein kromosomal: § Histon § Protein Non-Histon § Histon: molekul kecil

Protein Kromosomal § Protein kromosomal: § Histon § Protein Non-Histon § Histon: molekul kecil dengan kandungan asam amino bermuatan positive yang tinggi yaitu lysine dan arginin yang mengikat DNA sangat erat

Histon Ada 5 macam histon yang dibagi menjadi 2 group: Histon nukleosomal: § Protein

Histon Ada 5 macam histon yang dibagi menjadi 2 group: Histon nukleosomal: § Protein kecil terdiri atas 102 -135 asam amino § Bertanggung jawab mengikat DNA menjadi Nucleosom § Histon ini terdiri atas: H 2 A, H 2 B, H 3 dan H 4 (H 3 dan H 4: “Highly Conserved”) Histon H 1: § Lebih besar berisi 220 asam amino dibanding Histon Nukleosom “less conserved” § Urutan asam amino bervariasi dari organism yang satu dengan yang lain § Pada sel darah merah burung histon H 1 ini diganti dengan histon spesial yang disebut sebagai H 5

A Pol-DNA III 1 >> 4 >> 10 103 000 88 000 900 000

A Pol-DNA III 1 >> 4 >> 10 103 000 88 000 900 000 3’-5’ eksonuklease Ada Ada 5’-3’ eksonuklease Ada Tidak ada 16 -20/det 7/det 250 -1000/det 400 ? 10 -20 Subunit Mr Kec. Polimerisasi Jml mol per sel

Bentuk Heliks Ganda DNA Bentuk heliks ganda DNA yang memutar kekanan ada 2 macam:

Bentuk Heliks Ganda DNA Bentuk heliks ganda DNA yang memutar kekanan ada 2 macam: DNA bentuk B = B-DNA § Panjang satu putaran heliks penuh 3, 4 nm, 10 nukleotida, diameter heliks 2, 0 nm, jarak tumpukan basa 0, 34 nm § Merupakan struktur Watson-Crick § Bentuk ini biasa dijumpai pada sel hidup DNA bentuk A = A-DNA § Bentuk ini lebih gemuk disbanding bentuk B terdapat 11 basa pada setiap putaran, jarak antara dua basa 0, 24 nm § Terdapat pada larutan sedikit air (dehidrasi), bentuk ini juga terdapat pada waktu transkripsi, heliks ganda DNA-RNA

Bentuk Heliks Ganda DNA (lanjt. ) Struktur ganda DNA yang memutar kekiri disebut bentuk

Bentuk Heliks Ganda DNA (lanjt. ) Struktur ganda DNA yang memutar kekiri disebut bentuk Z = Z-DNA § Bentuk ini lebih langsing dibandingkan dengan bentuk A maupun bentuk B-DNA, jarak antara dua basa yang tertumpuk 0, 38 nm dan terdapat 12 basa setiap putaran § Fungsinya belum diketahui § Bentuk ini dijumpai baik pada sel prokariotik maupun eukariotik

Biosintesis DNA Bahan dasar: § Deoxyribonucleosida 5’biphosphate § Enzim-enzim: Polymerase DNA I, III; Ligase

Biosintesis DNA Bahan dasar: § Deoxyribonucleosida 5’biphosphate § Enzim-enzim: Polymerase DNA I, III; Ligase DNA Reaksi: (DNA)n residues + d. NTP (DNA)n+1 + PPi Syarat terjadi pemanjangan rantai: § Ada semua 4 macam deoxyribonucleosida 5’biphosphate (d. ATP, d. GTP, d. TTP, d. CTP) dan ion Mg § Harus ada rantai DNA pemula (‘primer’) dengan ujung 3’-OH bebas § “DNA template” Note: § Tidak terjadi reaksi kalau yang ditambahkan nucleoside diphosphat § Pemanjangan rantai berlangsung dengan arah 5’ 3’

Polimerase DNA adalah “template-directed enzyme” Karena polimerase DNA mengatalisis ikatan phosphodiester hanya kalau basa

Polimerase DNA adalah “template-directed enzyme” Karena polimerase DNA mengatalisis ikatan phosphodiester hanya kalau basa pada nucleotide yang datang adalah pasangan basa pada pita template-nya

A 3’ – 5’ exonuklease Menghidrolisa DNA dari ujung 3’ –OH 5’ – 3’

A 3’ – 5’ exonuklease Menghidrolisa DNA dari ujung 3’ –OH 5’ – 3’ exonuklease Menghidrolisa. DNA dari ujung 5’-fosfat Nukleotida yang diambil harus Pemotong pada ujung 5’ atau mempunyai gugus 3’-OH bebas beberapa residu dari ujung 5’ Tidak/ bukan bagian ‘double helix’ DNA ada dalam DNA ‘duoble helix’ ‘Proof reading action’ Pembetulan baik salah pasangan basa pada replikasi DNA maupun kesalahan ‘thymine dimer’

Fragmen Okazaki § Potongan/ fragment DNA terdiri atas 1000 – 2000 nukleotida (prokariot), pada

Fragmen Okazaki § Potongan/ fragment DNA terdiri atas 1000 – 2000 nukleotida (prokariot), pada eukariot terdiri atas 100200 nukleotida untuk membentuk ‘lagging strand ’ pada replikasi DNA § Untuk sintesis perlu primer = RNA § Pembentukan primer butuh Enzim Primase § Primer/ RNA ini dibuat dengan arah 5’ – 3’ sampai 10 nukleotida § Pada ujung 3’ ditambahkan nukleotida oleh enzim DNA Polymerase III § Setelah selesai primer RNA dihilangkan oleh aktifitas eksonuklease 5’ – 3’

Enzim Ligase § Menyambung rantai DNA § Memerlukan gugus OH pada ujung 3’ bebas

Enzim Ligase § Menyambung rantai DNA § Memerlukan gugus OH pada ujung 3’ bebas gugus Fosfat pada ujung 5’ bebas § Membutuhkan tenaga : § Bacteri berupa NAD+ § Mammalia & bacteriophage T 4 berupa ATP

Polymerase RNA Terdapat 3 macam polymerase RNA pada eukariotik: § Polimerase RNA I berperan

Polymerase RNA Terdapat 3 macam polymerase RNA pada eukariotik: § Polimerase RNA I berperan biosintesis ribosomal RNA § Polimerase RNA II berfungsi sintesis m. RNA § Polimerase RNA III berfungsi sintesis t. RNA dan 5 S r. RNA

Polymerase RNA (lanjt. ) m. RNA eukariotik Ada 3 tanda penting pada m. RNA

Polymerase RNA (lanjt. ) m. RNA eukariotik Ada 3 tanda penting pada m. RNA eukariotik : § m. RNA eukariotik monogenic, m. RNA prokariotik poligenik § Pada ujung 3’m. RNA eukariotik mempunyai ekor poli-A sebanak 100 sampai 200 residu A § Pada ujung 5’ m. RNA eukariotik terikat residu 7 -methyl-guanosin hn. RNA: Heterogenous Nuclear RNA § Merupakan campuran mol RNa yang panjang § Lebih panjang dari m. RNA § Berisi urutan ‘nontrnaslated RNA’ yang merupakan pasangan urutan basa intron

Polymerase RNA (lanjt. ) sn. RNA § Terdiri atas 100 unit nukleotida § Basa

Polymerase RNA (lanjt. ) sn. RNA § Terdiri atas 100 unit nukleotida § Basa pada sn. RNA merupakan pasangan basa pada bagian ujung intron § Berfungsi menghilangkan intron

Sintesis RNA Membutuhkan: RNa Poly enzim ‘DNA directed RNA polymerase’ 4 macam ribonucleosida 5’

Sintesis RNA Membutuhkan: RNa Poly enzim ‘DNA directed RNA polymerase’ 4 macam ribonucleosida 5’ – triphosphat : ATP, GTP, UTP, CTP Mg 2+ RNa polymerase membutuhkan DNA untuk aktivitasnya (DNA rantai ganda paling aktif) § Pemanjangan dengan arah 5’ 3’ § DNA dikopi dengan arah 3’ 5’ § § § Untuk dapat dikopi DNA mengurai pada tempat tertentu ‘bubble’ § Pada E. coli 17 basa tidak terjalin terurai ke depan dan yang ditinggalkan dijalin/ dipilin kembali

Sintesis RNA (lanjt. ) Dua rantai DNA dengan urutan yang berbeda mempunyai fungsi yang

Sintesis RNA (lanjt. ) Dua rantai DNA dengan urutan yang berbeda mempunyai fungsi yang berbeda pula: § RNA untuk template-nya RNA ‘template strand’ “(-) strand” § Rantai DNA pasangannya ‘non template strand’ “(+) strand” “Non-tempate strand” “coding strand” tidak berfungsi (langsung) pada transkripsi dan sintesis protein

Terminasi • Pada Eukariot belum diketahui dengan jelas • Pada E. coli : Ada

Terminasi • Pada Eukariot belum diketahui dengan jelas • Pada E. coli : Ada 2 kelas signal terminasi (Terminator) : Protein Rho dan protein Rho-independent Protein Rho : - Terminator ini mempunyai aktifitas RNADNA helikase, untuk bekerjanya butuh ATP - Mungkin berfungsi merusak / mengganggu hybrid RNA-DNA - ATP dihidrolisa oleh protein Rho terminasi

Terminasi (lanjt. ) Protein Rho-independent : Terdiri atas 2 pola : § urutan yang

Terminasi (lanjt. ) Protein Rho-independent : Terdiri atas 2 pola : § urutan yang merupakan Self-Complementary 1520 nukleotida sebelum RNA berakhir § urutan basa adenylat pada DNA template ditranskrip menjadi uridylat pada RNA v. Urutan jepit rambut ini mengganggu sebagian hybrid RNA-DNA

Terminasi (lanjt. ) Tiga gambaran terjadinya terminasi : § gangguan hybrid RNA-DNA § penghentian

Terminasi (lanjt. ) Tiga gambaran terjadinya terminasi : § gangguan hybrid RNA-DNA § penghentian peran RNA polymerase, akibat terhalangnya tusuk/ jepit rambut § ketidakstabilan daerah Uridilat – Adenilat

A §A

A §A

(DNA Review) • Watson and Crick discovered the structure of DNA in 1953 •

(DNA Review) • Watson and Crick discovered the structure of DNA in 1953 • Shape of DNA is a double helix “helix” = spiral

Chromosome Structure A chromosome is made of: DNA wrapped around proteins called Histones (

Chromosome Structure A chromosome is made of: DNA wrapped around proteins called Histones ( DNA + Histones = “nucleosomes” )

(DNA Review) • DNA is made up of Nucleotides have 3 parts: • sugar

(DNA Review) • DNA is made up of Nucleotides have 3 parts: • sugar (in DNA, the sugar is deoxyribose) • phosphate group • base

2 Types of Nucleotides: Pyrimidines: – contain 1 ring – Cytosine and Thymine (*

2 Types of Nucleotides: Pyrimidines: – contain 1 ring – Cytosine and Thymine (* p. Yrimidine bases have Y’s in them! ) (* longer word smaller molecule ) Purines: – contain 2 rings – Adenine and Guanine (* PUREines are “pure” with no Y’s in them! ) (* shorter word bigger molecule)

Base Pairing Adenine pairs with Thymine Cytosine pairs with Guanine

Base Pairing Adenine pairs with Thymine Cytosine pairs with Guanine

What holds Bases together? - hydrogen bonds! – C and G – need 3

What holds Bases together? - hydrogen bonds! – C and G – need 3 bonds – A and T – need 2 bonds

 • 2 bonds • 3 bonds

• 2 bonds • 3 bonds

DNA Replication Steps: 1. “Unzipping” DNA - Helicase unwinds the DNA (it makes it

DNA Replication Steps: 1. “Unzipping” DNA - Helicase unwinds the DNA (it makes it flat, so it’s not twisted anymore) - Hydrogen bonds break between the base pairs - “Replication Fork” = the place where strands start to separate

2. “Parent Strands” act like a template (they act like a guide, so the

2. “Parent Strands” act like a template (they act like a guide, so the matching bases know where to go) 3. DNA Polymerase (the “helper”) - puts ‘free’ bases on the parent strands - the bases form new strands of DNA 4. Finished! Now there are two identical pieces of DNA

Enzymes Involved in DNA Replication: (the Helpers) * “polymer” = a chain of many

Enzymes Involved in DNA Replication: (the Helpers) * “polymer” = a chain of many similar pieces (DNA is a polymer. It is a chain of nucleotides. ) • DNA Polymerase – - it creates a polymer of DNA - it proofreads the new DNA • DNA Helicase - it unwinds the double helix

Parent Strands = RED Newly Synthesized Strands = BLUE

Parent Strands = RED Newly Synthesized Strands = BLUE

 • http: //www. teachersdomain. org/resources/td c 02/sci/life/gen/dnaworkshop/index. html

• http: //www. teachersdomain. org/resources/td c 02/sci/life/gen/dnaworkshop/index. html