63
Mikrobiologi Farmasi Nita Rusdiana M.Sc., Apt

MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

  • Upload
    703111

  • View
    125

  • Download
    5

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Mikrobiologi Farmasi

Nita Rusdiana M.Sc., Apt

Page 2: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

PERTEMUAN 5

Genetika mikroorganisme

Page 3: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

• Aliran informasi genetik

• Mutasi gen

• Bahan mutagenik

• Frekuensi mutasi

• Identifikasi mutan dan karsinogen kimiawi

• Mekanisme pertukaran gen dan rekombinasi

• Plasmid dan transposon

Page 4: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

genetikaAdalah ilmu pewarisan faktor keturunan (hereditas).

Informasi genetik di dalam sel disebut genom.

Kromosom adalah suatu struktur yang mengandung DNA, dimana DNA secara fisik membawa informasi herediter.

Gen adalah segmen dari DNA, dimana gen mengkode protein.

DNA adalah makromolekul yang tersusun atas unit berulang yang disebut nukleotida.

Setia nukleotida terdiri atas basa nitrogen adenin (A), timin (T), sitosin (S) atau guanin (G).

Page 5: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 6: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

DNA Model

Page 7: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

DNA Structure

Page 8: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Perbedaan DNA dengan RNA

Page 9: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

DNA Replication

Page 10: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Aliran informasi genetik

• Mengikuti dogma sentral dalam genetika.

• Pada dogma genetika dikenal tiga proses, yaitu:

1) Proses replikasi, yaitu proses penggandaan bahan informasi genetik.

2) Proses transkripsi, yaitu proses sintesis RNA dengan menggunakan DNA sebagai cetakan.

3) Proses translasi, yaitu proses penerjemahan kode genetik pada mRNA menjadi urutan asam amino dalam sintesis protein.

Page 11: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Dogma genetik

Konsep dasar menurunnya sifat secaramolekuler adalah merupakan aliran informasidari DNA ke RNA ke urutan asam amino.

Dogma genetik ini bersifat universal yangberlaku baik bagi prokariot maupun eukariot.

Page 12: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 13: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

TAHAP REPLIKASI DNA

Replikasi DNA terjadi secara semikonservatif

Hal ini menyebabkan DNA baru membawa informasi yang

persis sama dengan DNA induk/cetakan

Page 14: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 15: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Replikasi DNA pada cetakan 3’ – 5’ terjadi seutasdemi seutas dengan arah 5’ – 3’ Replikasi berjalanmeninggalkan replication fork.

Utas-utas pendek tersebut dihubungkan olehenzim ligase DNA.

Terdapat utas DNA yang disintesis secara kontinudisebut utas utama atau leading strand.

Sedangkan utas DNA baru yang disintesis pendek-pendek seutas-demi seutas disebut utas lambatatau lagging strand.

Page 16: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

1. Polimerase DNA : enzim yang berfungsimempolimerisasi nukleotida-nukleotida.

2. Ligase DNA : enzim yang berperan menyambungDNA utas lagging.

3. Primase DNA : enzim yang digunakan untukmemulai polimerisasi DNA pada lagging strand.

4. Helikase DNA : enzim yang berfungsi membukajalinan DNA double heliks.

5. Single strand DNA-binding protein : menstabilkanDNA induk yang terbuka

Replikasi DNA melibatkan :

Page 17: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Garpu replikasi/Growing Fork

• Leading strand: sintesis DNA terjadi secara kontinu

• Lagging strand: sintesis DNA terjadi melalui pembentukan utas-utas pendek

Page 18: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Origin meninisiasireplikasi DNA pada waktu yang berbeda

Page 19: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Replikasi dimulai dari tempat-tempat spesifik, yang menyebabkan kedua utas DNA indukberpisah dan membentuk gelembung replikasi.

Pada eukariota, terdapat ratusan atau bahkanribuan origin of replication di sepanjangmolekul DNA.

Gelembung replikasi terentang secara lateral dan replikasi terjadi ke dua arah.

Selanjutnya gelembung replikasi akanbertemu, dan sintesis DNA anak selesai

Page 20: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 21: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 22: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 23: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 24: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 25: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 26: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Transkripsi

• Proses pengkopian/penyalinan molekul DNA menjadi utas RNA yang komplementer.

• Melibatkan RNA Polymerase

• Tahap Transkripsi

1. Inisiasi

2. Elongasi

3. terminasi

Page 27: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

1.Inisiasi :

enzim RNA polymerase menyalin gen. Pengikatan RNA polymerase terjadi pada tempat

tertentu yaitu tepat didepan gen yang akanditranskripsi.

Tempat pertemuan antara gen (DNA) denganRNA polymerase disebut promoter.

Kemudian RNA polymerase membuka double heliks DNA.

Salah satu utas DNA berfungsi sebagai cetakan.

Tahap Transkripsi

Page 28: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unitkecil ke mRNA. Penempelan terjadi pada tempat tertentuyaitu pada 5’-AGGAGGU-3’, sedang pada eukariot terjadipada struktur tudung.

Nukleotida promoter pada eukariot adalah 5’-GNNCAATCT-3’ dan 5’- TATAAAT-3’. Simbol Nmenunjukkan nukleotida (bisa berupa A, T, G, C). Padaprokariot, urutan promotornya adalah 5’-TTGACA-3’ dan5’-TATAAT-3’.

Ribosom bergeser ke arah 3’ sampai bertemu dengan kodonAUG. Kodon ini menjadi kodon awal. Asam amino yangdibawa oleh tRNA awal adalah metionin.

Page 29: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 30: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

2. Elongasi :

Tahap selanjutnya adalah penempelan sub unit besar padasub unit kecil menghasilkan dua tempat yang terpisah . Tempat pertama adalah tempat P (peptidil) yang ditempatioleh tRA yang membawa metionin.

Enzim RNA polymerase bergerak sepanjang molekul DNA, membuka double heliks dan merangkai ribonukleotida keujung 3’ dari RNA yang sedang tumbuh.

Tempat kedua adalah tempat A (aminoasil) yang terletakpada kodon ke dua dan kosong

Page 31: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Proses elongasi terjadi saat tRNA denganantikodon dan asam amino yang tepat masuk ketempat A. Akibatnya kedua tempat di ribosomterisi, lalu terjadi ikatan peptide antara kedua asamamino

Ikatan tRNA dengan metionin lalu lepas, sehinggakedua asam amino yang berangkai berada padatempat A.

Ribosom kemudian bergeser sehingga asamamino-asam amino-tRNA berada pada tempat P dan tempat A menjadi kosong.

Selanjutnya tRNA dengan antikodon yang tepatdengan kodon ketiga akan masuk ke tempat A, dan proses berlanjut seperti sebelumnya.

Page 32: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 33: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

3. Terminasi :

Proses translasi akan berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA, UAG, UGA.

Kodon-kodon ini tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang sesuai.

Selanjutnya masuklah release factor (RF) ketempat A dan melepaska rantai polipeptida yang terbentuk dari tRNA yang terakhir. Kemudianribosom pecah menjadi sub unit kecil dan besar.

Page 34: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Bagian dari molekul DNA (gene) terbukapilinannya sehingga basa-basanya terekspos.

Nukleotida mRNA bebas, di dalam nukleusberpasangan basa-basanya dengan satu utasmolekul DNA yang telah terbuka pilinannya.

Page 35: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

mRNA dibuat dengan bantuan RNA polymerase. Enzim ini menyatukan nukleotida mRNA untukmembuat utas mRNA.

Utas mRNA ini bersifat komplementer terhadapDNA (gen).

mRNA meninggalkan nukleus menuju sitoplasmamelalui pori nuklear

Page 36: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 37: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Translasi / sintesis protein

Proses penerjemahan kodon-kodon padamRNA menjadi polipeptida.

Kode genetik merupakan aturan yang penting. Urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugustiga – tiga.

Setiap gugus tiga disebut kodon.

Dalam translasi, kodon dikenali oleh lenganantikodon yang terdapat pada tRNA

Page 38: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Translation

Page 39: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Translation Stages

1. Initiation

2 . Elongation

3. Termination2 . Elongation

Page 40: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme
Page 41: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Ala: Alanine Cys: Cysteine Asp: Aspartic acid Glu: Glutamic acid

Phe: Phenylalanine Gly: Glycine His: Histidine Ile: Isoleucine

Lys: Lysine Leu: Leucine Met: Methionine Asn: Asparagine

Pro: Proline Gln: Glutamine Arg: Arginine Ser: Serine

Thr: Threonine Val: Valine Trp: Tryptophane Tyr: Tyrosisne

Page 42: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Kode genetik (RNA codon)

or start

Page 43: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

A Close up View of transcriptionAnd Its animation process

A y

Page 44: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

The steps of pre-mRNA splicing (intron removal) – page 1/2

Discribed at Next

Page 45: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Continued

The steps of pre-mRNA splicing (intron removal) – page 2/2

Page 46: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

tRNA Structure

Page 47: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Ribosom Structure

Page 48: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Berdasarkan Tingkat Mutasi:

A. Mutasi besar (gross mutation) yaitu perubahan jumlah

kromosom dan perubahan struktur atau susunan DNA pada

kromosom (MUTASI KROMOSOM)

B. Mutasi Kecil (mutasi titik/point mutation) yaitu perubahan

yang terjadi pada susunan kimia molekul DNA (MUTASI GEN)

Perubahan kesatuan kimia gen yang menyebabkan berubahnya sifat mahluk hidup yang bersifat menurun

Berdasarkan tempat terjadinya : mutasi somatik dan mutasi autosom

Page 49: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Macam –macam Mutasi Kromosom

1. Perubahan Set (Euploidi)

a. Autopolipploidi yaitu genom mengganda sendiri, karena gannguan meiosis

b. Allopoliploidi terjadi karena hibrid antar spesies yang set kromosomnya

berbeda

Tetraploidi

Monoploidi

Diploidi

Triploidi

Page 50: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Perubahan set (Euploidii) ini dilakukan dengan menghambat

perpisahan kromosom antara lain :

Pada Tumbuhan

a.Induksi kolkisin :menghalangi pembentukan gelendong

pembelahandan menghambat anafase

b.Pada jagung dapat dilakukan dengan mengggunakan

suhu tinggi

c.Pada tomat dengan dekapitasi yaitu pemotongan tunas,

menyebabkan kumpulan sel 4n

Pada Manusia

a.Digini : dua inti sel telur yang tetap terlindung satu plasma

dibuahi oleh 1 sperma

b.Diandri : satu sel telur dibuahi oleh 2 sperma

Page 51: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

2. Perubahan Penggandaa (Aneuploidi)

Aneuploidi dapat terjadi karena beberapa hal, al;

a. Anafase lag : tidak melekatnya kromatid pada gelendong (meiosisi I)

b. Nondisjungtion

Beberapa Aneuploidi pada manusia

1. Sindrom Turner 22Aa+ XO

2. Sindrom Klinefelter 22AA+ XXY

3. Sindrom Edwards 45A + XX atau 45A + XY trisomi kromosom no 16,

17 atau 18

4. Sindrom Patau 45A + XX atau 45A + XY trisomi kromosom

no 13, 14 atau 15

5. Sindrom Down 45A + XX atau 45A + XY trisomi kromosom

no 21

Page 52: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Sindrom Down

Page 53: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Aneuploidi pada Lalat Buah

Page 54: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

3. Kerusakan Kromosom

a. Inversi: perisentrik dan parasentrik

b. Duplikasi dan Delesi

c. Translokasi

d. katenasi

Page 55: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Beberapa kerusakan kromosom pada manusia1. Sindrom Cri du chat delesi pada kromosom nomor 5

2. Chronic Myelogenous Leukemia translokasi resiprok kromosom

nomor 22 dengan nomor 9

Page 56: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Tipe-tipe Mutasi Gen

A. Substitusi:

Pertukaran satu nukleotida pada unati DNA komplementer

dengan pasangan nujkleotida lain

a. Transisi : pertukaran antara pasangan basa yang

sama

b. Transversi : pertukaran antara pasangan basa yang

berbeda

Page 57: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Substitusi menghasilkan:

1. Mutasi diam : mutasi yang tidak mempengaruhi pengkodean protein

2. Mutasi salah arti :kodon yang berubah tetap mengkode asam amino yang

berbeda dari normalnya

3. Mutasi tanpa arti: perubahan yang mengubah kodon asam amino menjadi

sinyal stop

Page 58: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

B. Insersi dan Delesi: penambahan atau pengurangan satu atau lebih

pasangan nukleotida pada suatu gen , menyebabkan juga pergeseran

kerangka baca.

Page 59: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Frekuensi mutasi Kecepatan mutasi adalah kemungkinan gen mengalami mutasi ada setiap pembelahan sel.

Kecepatan mutasi adalah 1/10.000 per pembelahan sel.

Mutasi spontan jarang terjadi, tapi adanya bahan mutagenik dapat mempercepat pembelahan sel.

Page 60: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Mekanisme pertukaran gen dan

rekombinasi Faktor F (faktor fertilitas) merupakan plasmid yang pertama kali diteliti untuk dipindahkan melalui proses konjugasi.

Faktor F terintegrasi di dalam kromosom dan mengubah sel F me jadi sel Hfr (high frequency of recombination).

Replikasi kromosom sel Hfr dimulai dari bagian tengah faktor F yang terintegrasi.

Tranfer gen dapat pula dilakukan oleh faktor F’, yaitu faktor yang membawa potongan kecil DNA kromosomal.

Page 61: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Proses transduksi

umum

Proses transduksi umum dapat mentransfer bagian manapun dari DNA donor.

Fag melekat pada permukaan sel bakteri dan menyuntikkan DNA fag kedalam sel bakteri.

Page 62: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Proses transduksi khusus

Proses transduksi khusus diperantarai oleh fag lisogenik.

Page 63: MIKROBIOLOGI FARMASI Genetika Mikroorganisme

Resistensi

mikroorga

nisme

terhadap

antibiotik