Siswa Setyahadi
Introduction
MOLECULAR BIOLOGY
Siswa Setyahadi
Sejarah klasifikasi mahluk hidup:Aristoteles (- mid 1800-san) : Dunia Plantae; Dunia Animalia E. Haeckel (1866) : Dunia Plantae; Dunia Animalia; Dunia Protista E. Chatton (1937) : Prokaryotae; Eukaryotae R.H. Whittaker (1969): Dunia Monera Dunia Protista Dunia Fungi Dunia Plantae Dunia Animalia Carl Woese (1978): Domain Bakteria Domain Arkhaea Domain Eukarya Carol J. Bult (1996) : selesai sequencing genom Methanococcus janashii (Arkhaea) Solomon et al. (1999 - 2002): Dunia Bakteria Dunia
Arkhae(bakteria) Dunia Protista Dunia Fungi Dunia Plantae Dunia Animalia
Siswa Setyahadi
Five Kingdoms & Three Domain
Siswa Setyahadi
Tree of Life: Three Domain
Siswa Setyahadi
Dasar klasifikasi:
Aristoteles ( 400 SM – 1800-an) : kenampakan morfologi luar
E. Haeckel (1866): morfologi (mikroskopis) dan fisiologi
E. Chatton (1937) : struktur organisasi interna sel (prokaryotik
& eukaryotik)
R.H. Whittaker (1969) : organisasi internal sel; nutrisi; struktur organisasi selular
Carl. Woese (1978) : molekul RNA ribosomal (biologi molekular) 16S rRNA (Arkhaea & Bakteria) 18S rRNA (Eukarya)
Siswa Setyahadi
18S rRNA• 18S ribosomal RNA (abbreviated 18S rRNA) is a part
of the ribosomal RNA. The S in 18S represents Svedberg units. 18S rRNA is a component of the small eukaryotic ribosomal subunit (40S). 18S rRNA is the structural RNA for the small component of eukaryotic cytoplasmic ribosomes, and thus one of the basic components of all eukaryotic cells.
• The genes coding for 18S rRNA are referred to as 18S rDNA. Sequence data from these genes is widely used in molecular analysis to reconstruct the evolutionary history of organisms, especially in vertebrates, as its slow evolutionary rate makes it suitable to reconstruct ancient divergences.
Siswa Setyahadi
16S rRNA• 16S ribosomal RNA (or 16S rRNA) is a
component of the 30S small subunit of prokaryotic ribosomes. It is approximately 1.5kb (or 1500 nucleotides) in length. The genes coding for it are referred to as 16S rDNA and are used in reconstructing phylogenies.
• Multiple sequences of 16S rRNA can exist within a single bacterium
• It is the eukaryotic nuclear homologue of 16 S ribosomal RNA in Prokaryotes and mitochondria.
Siswa Setyahadi
Biologi MolekulerBiologi molekular : Ilmu yang mempelajari fungsi dan organisasi jasad hidup
(organisme) ditinjau dari struktur dan regulasi molekular unsur atau komponen penyusunnya.
Hal-hal yang dipelajari dalam biologi molekular:• Struktur kimia materi genetik• Organisasi makromolekul• Aktivitas gen• Interaksi antar komponen selular
Disiplin ilmu yang terlibat dalam biologi molekular• Biologi sel• Genetika• Biokimia• Kimia organik• Biofisika
Siswa Setyahadi
Organisasi Biologis Jasad hidup
Jasad hidup secara umum dikelompokan menjadi dua :
1. Jasad hidup selular : mempunya satuan unit dasar yaitu sel. Misalnya : bakteri, hewan tingkat tinggi, tanaman tingkat tinggi
2. Jasad hidup non selular : Tidak tersusun atas sel tapi berupa satuan. Misalnya virus dan bakteriofag. Virus satuan dasarnya adalah virion
Siswa Setyahadi
Jasad hidup non-selulerVIRUS
Virus adalah suatu partikel yang mengandung bahan genetik berupa DNA atau RNA yang diselubungi oleh protein yang disebut dengan kapsid dan pada beberapa jenis virus ada juga komponen lain, misalnya lemak.
Satuan dasar virus disebut virion. Diameternya 20-300nm jauh lebih kecil dari sel prokariot yang paling kecil.
Klasifikasi virus berdasarkan sel inangnya• Virus hewan• Virus tumbuhan• Virus bakteri (bagteriofag)
Siswa Setyahadi
Disamping virus DNA atau RNA, ada partikel yang lebih sederhana dari virus yaitu viroid dan prion
Viroid ---- molekul kecil RNA yang terdiri atas 359 basa nukleotida dan tidak
diselubungi oleh protein contohnya viroid yang menyebabkan penyakit panda kentang
Prion ----- suatu partikel yang terdiri atas molekul kecil protein (ada yang terdiri
atas 250 asam amino) yang tidak mempunyai asam nukleat
Prion berasal dari istilah proteinaceous infectious particle (artikel atau molekul protein sebagai agen penyebab penyakit) ----- oleh Stanley B Prusiner.
Contoh prion : Penyebab penyakit neurogeneratif - Penyakit BSE (bovine spongiform encephalophaty), penyakit sapi
gila - Penyakit scrapie pada domba - Penyakit creutzfeldt-jacob pada manusia - Penyakit Gerstmann-Straussler-scheinker pada manusia
Siswa Setyahadi
Virus bersifat parasit. Bisa memperbanyak diri jika berada didalam suatu sel inang yang sesuai. Jika berada diluar sistem selular, maka virus tidak bisa memperbanyak diri karena tidak mempunyai suatu sistem enzim yang dapat digunakan untuk sintesis partikel virus baru.
Dibawah ini beberapa gambaran skematik beberapa jenis virus
Siswa Setyahadi
Meskipun bersifat parasit. Namun dalam perkembangan genetik molekular, telah dilakukan exploitasi virus untuk kepentingan kepentingan praktis.
Misalnya untuk kepentingan militer : senjata biologis medis, pengobatan kanker, dll
Salah satu protein prion ada yang bisa menyebabkan apoptosis.
Apoptosis : Progam kematian sel secara normal, dengan cara
menghilangkan sel yang tidak diinginkan. Prinsip inilah yang
digunakan dalam pencarian obat antikanker
Siswa Setyahadi
A
A’
B C
B’ C’
Contoh penggunaanVirus yaitu virus NDVStrain AF 2400 Pada pengobatan Kanker payudara
Mekanismenya yaituMenyerang proteinFilamen sel
Siswa Setyahadi
Jasad SelulerDoktrin sel
Istilah sel pertama kali dikemukakan oleh Robert Hooke (1635-1703).Sel -------- merupakan satuan dasar minimum suatu jasad hidupDoktrin sel : Semua sel berasal dari sel yang sudah ada sebelumnya dan
masing masing sel mempunyai suatu sistem kehidupan sendiri
Sel bersifat dinamis yang selalu mengalami perubahan ( adanya proses transformasi selular yang melibatkan macam macam reaksi molekular
Pengaturan selular yang dilakukan oleh sel memiliki 2 fungsi utama
• Sebagai piranti kimiawi yang melakukan proses metabolisme• Sebagai piranti yang menyimpan kode kode informasi biologis yang akan diturunkan kepada keturunannya.
Siswa Setyahadi
Penggolongan jasad selular berdasarkan satuan dasar individu :
1. Jasad bersel tunggal (unicellular organism) 2. Jasad bersel banyak (multicellular organism)
Penggolongan jasad selular berdasarkan struktur dan organisasi sel :
1. Sel prokariot ------ tanpa membran inti2. Sel eukariot ------ ada membran inti
Penggolongan jasad selularSatuan Dasar Organisasi Sel ContohSel tunggal Prokariot Escheria coli
Eukariot Saccharomyces cerevisiae
Sel banyak Eukariot Manusia, hewan, tanaman tingkat tinggi
Siswa Setyahadi
Prokariot• Secara organisasi sel prokariot lebih sederhana dibandingkan dengan
jasad eukariot.• Sel prokariot terdiri atas struktur utama : dinding sel, membran plasma
sel , ribosom dan bahan genetik (nukleoid)• Tidak adanya membran inti sel (nukleus)• Contohnya yaitu kelompok bakteri, berdasarkan lingkungan tempat
hidup dibagi 2 yaitu eubakteria dan archaebakteri• Berdasarkan dinding sel prokariot, misalnya bakteri, bakteri dibedakan menjadi 2 kelompok yaitu bakteri gram positif (bacillus substilis) dan
bakteri gram negative (E. coli).• Beberapa jenis organisme prokariot pada bakteri ada struktur
tambahan diluar dinding sel ---- kapsulntuk. Sehingga memberikan bentuk yang bermacam-macam seperti kokus batang, spiral dan lain lain• Memiliki satu/single molekul DNA dan berbentuk sirkular• Membran plasma terdiri dari campuran lemak dan protein (lipoprotein).Berfungsi sebagai selaput sel yang bersifat semipermeable
yang • mengatur keluar masuknya ion ion dan molekul.
Siswa Setyahadi
• Pada sel prokariot, jenis bakteri gram positif membran plasma membentuk lipatan yang dikenal sebagai mesosom.Pada bagian yang menghadap sitoplasma mesosom sering berasosiasi dengan DNA sehingga sering diduga sebagai tempat pelekatan DNA
• Ribosom merupakan partikel kecil yang dominan terdiri dari RNA dan protein yang berfungsi sebagai wadah tempat translasi protein (pada sintesis protein.
• Satu sel dapat mengandung 600-1000 ribosom sehingga massanya dapat mencapai 40% massa bakteri.
• Materi genetik selain DNA , seringkali ada materi genetik tambahan yang disebut plasmid.
• Ukuran sel prokariot bervariasi, berdiameter 5 mm – 750 mm.• Sama seperti eukariot. Beberapa bakteri juga membentuk struktur
khusus yaitu flagella atau endospora.• Beberapa contoh bakteri yang telah digunakan dalam bidang
biologi molekular : Escherichia coli, salmonella typhimurium, streptomyces sp, Rhizobium sp, Bacillus substilis, agrobacterium tumafaciens, dll
Siswa Setyahadi
Diagram sel prokariot
Siswa Setyahadi
Eukariot• Mempunyai struktur dan organisasi yang lebih kompleks dibandingkan
sel prokariot.• Pada jasad sel eukariot, bahan genetiknya (DNA) berada didalam suatu
membran nukleus sehingga memiliki struktur nukleus yang jelas.• Membran nukleus eukariot memiliki 2 lapisan, membran luar dan
membran dalam. Struktur membran nukleus akan menjadi salah satu pembeda antara eukariot dan prokariot.
• Pada eukariot, bahan genetik utamanya umumnya terdiri dari lebih dari satu kromososm yang berbentuk linear yang dikemas dalam protein yang disebut histon.
• Sudah memiliki pembagian ruang yang jeals dalam sel, sehingga memiliki bermacam macam organel yang masing masing memiliki fungsi khusus.
• Pada sel eukariot dari sel tumbuhan, struktur sel terluarnya ada dinding sel yang terdiri atas polimer selulosa (Jenis polisakarida).
Siswa Setyahadi
• Beberapa organel penting pada eukariot antara lain mitokhondria (tempat produksi energi selular), retikulum endoplasma (RE) kasar( berperan dalam proses sekresi protein dan tempat lekat ribosom), RE halus (tempat detoksifikasi senyawa tertentu dan sintesis lemak), badan golgi (berperan dalam sekresi dan pemilahan protein), Pada tumbuhan ada kloroplas (tempat berlangsungnya reaksi fotosintesis), vacuola (tempat penyimpanan air dan produk metabolisme)
• Salah satu eukariot yang banyak digunakan dalam studi biology molekular adalah khamir sacharomyces cerevisiae (jenis bersel satu yang mudah ditumbuhkan untuk industri minuman
• Sebagai inang untuk memproduksi protein heterolog dan vaksin
Siswa Setyahadi
Siswa Setyahadi
Siswa Setyahadi
I. Membrane bound organelles
XXKantung membran yang mengandung enzim enzim, untuk bermacam macam reaksi.
Mikrobodi
X Structur serupa kantung dengan membrane tilakoid internal; tempat photosynthesis
Plastida
XXKantung, terdiri dari 2 membran; bagian siklus Krebs cycle, sistem transport elektron, pabrik energi, chemiosmosis.
Mitochondria
X Kantung membran; transpor and penyimpanan air & material lainnya
Vakuola
XXKantung membran; mengandung enzim untuk mencernakan material
Lisosom
XXSaluran membran berbentuk kantung datar ; modifies, pemilihana & sekresi protein
Kompleks Golgi
XXJaringan internal membran; bagian dari lipid membran & sinthesis protein
Reticulum Endoplasma
XXButiran inti pada nukleus; bagian of sintesis r-RNA Nukleolus
XXLarge structure surrounded by double membrane; species cellular proteins
Nukleus
XXMembran pembungkus cell, regulator transport sel Membran Plasma
Found in Plants?
Found in Animals?Description & FunctionStructure
Siswa Setyahadi
II Particulate Structure
XXProyeksi panjang /ekor; selular lokomotif, biasanya 1-5 pada sell.
Flagella
XXStruktur berambut pendek; pergerakan, pengambilan makanan, biasanya jumlahnya >>1 pada sel.
Silia
XLekukan silinder kecil; terlibat dalam pembelahan sel & melekatnya flagellae & silia
Sentriol
XXPadat, struktur batanagn dari actin, struktur penyokongMikrofilament
XXCekungan dari tabung tubulin; struktur penyokong untuk pergerakan organel
Mikrotubul
XXButiran organel terdiri dari RNA & protein; sintesis proteinsRibosom
XXKandungan DNA-protein komplex; mengandung gen - genKromosom
Found in Plants?
Found in Animals?
Description & FunctionStructure
Siswa Setyahadi
III. Extracellular Structures
X Multiple-layers dari selulosa; struktur pendukungDinding sel
Found in Plants?
Found in Animals?
Description & FunctionStructure
Siswa Setyahadi
Interaksi Makromolekul Genetik
ASAM NUKLEATAdalah polimer nukleotida yang berperanan dalam penyimpanan serta pemindahan informasi genetik . Satu unit monomer terdiri dari ketiga komponen dinamakan nukleotida terdiri atas tiga bagian yaitu :
Siswa Setyahadi
Struktur dasar nukleotida
1. Basa nitrogen : cincin purin atau pirimidin Yaitu basa nitrogen yang terikat pada atom C no 1 suatu molekul
gula (ribosa atau deoksiribosa) melalui ikatan N-glikosidik. Ada dua macam basa nitrogen yang menyusun asam nukleat yaitu
- Basa purin terdiri dari adenin (A) dan guanine (G) - Basa pirimidin terdiri dari Thymine (T), cytosine (C ) dan Uracil (U).
Siswa Setyahadi
Baik DNA ataupun RNA tersusun atas A, G, C, tetapi T hanya ada pada DNA sedangkan U hanya ada pada RNA. Ada pengecualian, ada beberapa molekul tRNA terdapat basa T, sedangkan pada beberapa bakteriofag DNA-nya tersusun ats U bukan basa T.
Beberapa struktur dasar basa nitrogen asam nukleat
Siswa Setyahadi
RNAuridineUracilU
DNAdeoxythymidine (thymidine)ThymineT
RNAcytidineDNAdeoxycytidine
CytosineC
RNAguanosineDNAdeoxyguanosin
eGuanineG
RNAadenosineDNAdeoxyadenosin
eAdenineA
Nucleic AcidNucleosideBaseAbbr.
2. Molekul gula dengan 5 atom C (pentosa) Pasa DNA gulanya adalah gula pentosa yaitu 2-deoksirobosa dan pada RNA gulanya adalah ribosa. Perbedaan anatar kedua bentuk gula tersebut yaitu panda atom C no 2.Pada DNA atom C no 2 berikatan dengan atom H, sedangkan panda RNA atom C no 2 berikatan dengan OH.
Siswa Setyahadi
Untaian nukleotida = polinukleotidaDNA dan RNA disintesis dalam sel oleh DNA polymerase and RNA
polymerases. Untaian pendek dari asam nukleat juga dihasilkan tanpa enzyme oleh oligonucleotida synthesizers
3. Gugus fosfat Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester antara atom karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. . Gugus fosfat inilah yang menyebabkan asam nukleat bermuatan negatif kuat.
PASANGAN BASA DAN DOUBLE STRANDED ASAM NUKLEAT
Sebagian besar DNA berada dalam bentuk double helix, yang mana terdiri dari 2 linear DNA yang berikatan berputar satu sama lainnya. Ikatan utama yang membentuk formasi helix ini adalah ikatan antara pasangan basa : bentuk basa A berikatan hydrogen dengan basa T (or U in RNA), dan basa G berikatan hydrogen dengan C. Jika kita campurkan dua ATGC bersamaan , bentuk duplex akan terbentuk
Siswa Setyahadi
Siswa Setyahadi
PENEMUAN STRUKTUR MOLEKULAR DARI DNA DOUBLE HELIXStruktur molekular dari DNA
Struktur dari Deoxyribose Nucleic Acid (DNA) pertama kali dipublkasikan oleh James D. Watson and Francis crick dalam jurnal : scientific jurnal Nature volume 171 pada halaman 737-738 (tanggal 25 April 1953). Publicasi pertama yang menggambarkan penemuan struktur double helix DNA. Penemuan ini memberikan impact yang utama pada bidang genetik khususnya dan biologi secara umumnya
Siswa Setyahadi
Interaksi MolekulerSemua molekul dalam sel alkan berinteraksi satu sama lain.
Interaksi antar molekul akan menentukan sifat sifat biologis molekul molekul didalam sel. Ineraksi milekular tersebut berupa :
1. Ikatan kovalen : Ikatan yang ada diantara atom atom yang menyusun suatu
molekul, misalnya ikatan antara C – H pada CH4. Ikatan ini paling kuat dan paling stabil antara atom.
2. Ikatan non kovalen : Interaksi antara atom yang tidak teriakt secara kovalen. Ikatan nya tidak sekuat ikatan kovalen, namun berperan penting dalam menstabilkan struktur makromolekul dalam sel misalnya asam nukleat dan protein
Beberapa ikatan nonkovalen yang penting
2. Ikatan hidrogen Suatu bentuk interaksi lemah antara suatu atom elektronegatif
(atom akseptor) dengan hidrogen yang terikat secara kovalen dengan atom lain (donor atom)
Siswa Setyahadi
Ikatan hidrogen banyak terdapat panda sistem biologis. Pada asam nukleat ikatan hidrogen menyebabkan terjadinya pasangan antar untaian (interstrand) antar basa nukleotidaMisalnya antara adenine dan tymine (A-T) dan antara guanosine dengan cytosine (G-C)
2. Ikatan ionik Ikatan antara atom yang terjadi karena adanya perbedaan
muatan pada atom atom yang berinteraksi. Contoh amino aspartat dan glutamat yang bermuatan –, sedangkan lisin, histidin, dan arginin bermuatan + , muatan yang berbeda ini menyebabkan asam amino berikatan ionik. Hal ini yang menyebabkan rantai polipeptida protein dapat berlipat sedemikian rupa, sehingga menjadi lebih bedekatan
3. Interaksi van der waals Terjadi pada jarak atom yang sangat berdekatan 1-2 oA. Terjadi
karena distribusi muatan yang tidak simetris. Energi ikatan panda van der waals panda sepasang atom < 1 kcal/mol. Energi ini lebih kecil dibandingkan ikatan hidrogen
Contohnya : molekul antibodi dengan molekul antigen spesifiknya antara enzim dengan substratnya yang spesifik.
Siswa Setyahadi
4. Interaksi hidrofobik. Molekul hidrofobik merupakan molekul molekul nonpolar yang
tidak larut dalam air. Gugus samping alifatik dan aromatik suatu protein dan basa basa pada asam nukleat mempunyai sifat nonpolar. Interaksi hidrofobik merupakan kekuatan utama yang menyebabkan terjadinya pelipatan makromolekul misalnya protein dan pembentukan membran.