DOGMA SENTRAL BIOLOGI
Francis Crick pada tahun 1958 mengenalkan dogma sentral biologi ,
dogma sentral biologi menerangkan proses perubahan RNA menjadi protein dan gen dari DNA menjadi RNA, dogma menerangkan bagaimana proses pembacaan materi genetik menjadi protein yang berperan di setiap tahap metabolisme di dalam tubuh organisme,
dogma sentral biologi terbagi atas 3 tahapan besar, yaitu replikasi, transkripsi dan translasi. tahap ini memungkinkan penyalinan materi genetik menjadi protein,
replikasi yaitu proses duplikasi DNA menjadi DNA dengan bantuan DNA polimerase. DNA mempunyai struktur antiparalel, jenis protein dan enzim yang terlibat dalam replikasi DNA adalah girase, ligase,helikase, single strand DNA-binding protein , primase, DNA polimerase,
tahap pertama , kompleks helikase-primase membuka rantai ganda DNA menjadi lagging strand dan 2 rantai tunggal leading strand ,tetapi DNA merupakan struktur yang stabil sehingga cenderung kembali ke struktur rantai ganda , single strand DNA-binding protein berperan mencegah kedua rantai tunggal yang sudah terpisah untuk menyatu kembali , kemudian DNA polimerase tidak mampu mulai aktif jika tidak ada daerah RNA yang dikenalinya, Daerah primer RNA ini akan dibuat oleh primase. saat primase telah memasang daerah primer yang dikenali DNA polimerase, maka DNA polimerase memulai sintesis DNA baru dengan arah 5'->3'. sebab DNA mempunyai struktur antiparalel, maka pada rantai utama, pola sintesis rantai ganda akan berjalan dari arah 3'->5' (terjadi pada leading strand). Tidak seperti leading strand yang proses replikasi nya langsung dilakukan, pada lagging strand yang mempunyai konformasi 5'->3', DNA polimerase tidak langsung aktif sebab akan menghasilkan struktur DNA yang paralel. oleh sebab itu, dibutuhkan fragmen okazaki. fragmen ini akan diletakkan oleh primase pada jarak beberapa basa di depan sehingga replikasi dapat dilakukan dengan arah 5'->3'. ini akan terus berulang, sehingga replikasi DNA berjalan secara setahap demi setahap. enzim ligase menyambungkan hasil replikasi dna dengan fragmen okazaki , replikasi berperan dalam penurunan sifat dari orang tua ke anaknya, fungsi dari replikasi yaitu untuk menggantikan sel yang tua dengan sel baru yang segar,
TELOMER
Telomer atau telomere yaitu area paling ujung dari DNA linear yang selalu berulang-ulang. walaupun termasuk dalam untai DNA, telomer tidak mengkode protein apa pun, sehingga tidak termasuk dalam kategori gen. telomer menjaga kestabilan genom tiap sel. dengan adanya telomer, penggandaan DNA yang berlangsung sebelum pembelahan sel dapat dilakukan ,
telomer tersusun dari urutan basa- basa nukleotida dengan motif tertentu yang berulang-ulang ribuan kali. pada manusia, motif telomer yang berulang yaitu TTAGGG. sebab prokariota mempunyai kromosom sirkuler, mereka tidak mempunyai telomer. selain nukleotida yang menyusun untai DNA telomer, ada berbagai protein yang bersama-sama menjalankan fungsi telomer, untuk memelihara telomer, dibutuhkan enzim telomerase,
pada manusia, motif TTAGGG diulang 2500 kali. dari lahir hingga tua, panjang telomer menurun dari 11 kilobasa sampai kurang dari 4 kilobasa, kadar rata-rata penurunan ini lebih besar dialami laki laki dibandingkan wanita.
pada vertebrata, motif telemer yang berulang yaitu AGGGTT, dengan untai DNA komplemen bermotif TCCCAA dan untai DNA tunggal ekstra bermotif TTAGGG.
enzim telomerase meremajakan kembali sel-sel tubuh dan berfungsi melindungi telomer dan mengurangi kerusakan DNA yang memicu proses penuaan . tetapi seiring bertambahnya usia, produksi telomerase pada sel-sel semakin menurun, telomer juga memendek sehingga gagal melindungi DNA dari kerusakan,
sebelum membelah diri, sel akan menjalani beberapa fase. salah satunya yaitu fase S (fase sintesis) yang memungkinkan penggandaan semua untai DNA yang menyusun genom. penggandaan DNA pada dilakukan oleh enzim DNA-polimerase. tetapi , sintesis DNA yang dianut oleh DNA polimerase tidak memungkinkan penggandaan pada bagian ujung DNA linar. dengan adanya struktur telomer yang khas dan enzim telomerase penggandaan untai DNA dapat dilakukan semuanya,
jika suatu sel tidak mempunyai enzim telomerase, sel itu tidak dapat menggandakan bagian paling akhir dari untai DNA-nya, meskipun tetap mampu membelah diri. itu mengakibatkan untai DNA pada sel anakan menjadi lebih pendek dari sel pertama . jika ini terjadi terus-menerus seiring dengan pembelahan sel, untai DNA menjadi terlalu pendek maka kestabilan genom terganggu. ini mengganggu kelangsungan hidup sel, dan bisa muncul aktifitas sel berhenti membelah dan memasuki tahap penuaan atau bunuh diri sel (apoptosis),
pemendekan telomer seiring dengan pembelahan sel berhasil dihubungkan secara ilmiah dengan penuaan (senescense)
sel-sel dewasa organisme eukariotik termasuk pada manusia yang tidak mempunyai aktivitas telomerase, telomerase hanya ditemukan pada sel punca termasuk pada sel meristem tumbuhan yang mengakibatkan sel induk mampu membelah diri berkali-kali tanpa mengalami pemendekan telomer atau mengalami pemendekan telomer tetapi jauh lebih lambat dibandingkan pemendekan telomer pada sel biasa, tanpa adanya aktivitas telomerase, sel akan mengalami pemendekan setiap membelah diri, sehingga organ yang sering membelah seperti pada jaringan pencernaan atau kulit akan mengalami pemendekan telomer yang jauh lebih cepat dibandingkan sel-sel yang jarang membelah diri
seperti pada sel otak,
sel dengan telomer yang terlalu pendek akan berhenti membelah diri, kemudian mengalami kematian apoptosis atau memasuki tahap penuaan (senesence) , ini juga terjadi pada tubuh manusia, di mana sel-sel yang sudah terlalu pendek telomernya berhenti memperbarui diri, sehingga manusia mengalami penuaan. penuaan pada manusia salah satunya disebabkan oleh memendeknya telomer, namun ini bukan satu-satunya penyebab mekanisme penuaan pada manusia,
tidak adanya aktivitas telomerase pada kebanyakan sel-sel manusia merupakan suatu mekanisme alami pertahanan terhadap ancaman tumor. sebab telomerase menjaga kelestarian telomer yang berhubungan dengan kemampuan membelah diri yang tidak terbatas, kehadiran telomerase pada jenis sel dan ketika yang tidak tepat justru dapat menumbuhkan tumor,
RNA POLIMERASE
RNA polymerase atau RNA polimerase atau RNAP yaitu suatu enzim yang membantu mempercepat proses pembentukan RNA. enzim ini berbeda dengan enzim DNA polimerase, RNA polimerase mampu memulai pembentukan rantai RNA tanpa memakai primer. sintesis atau pembentukan DNA dimulai dengan proses elongasi pada bagian rantai pendek RNA. panjang rantai antara 10 hingga 50 nukleotida yang berikatan dengan DNA contoh sesudah enzim RNA polimerase berpisah dari RNA. rantai pendek dari RNA menghasilkan primer yang bisa dipakai oleh DNA polimerase untuk menambahkan deoksinukleotida. RNA polimerase yang menghasilkan primer dalam proses pembentukan DNA dinamakan primase,
pada tahun 1960 Jerard Hurwitz, Charles Yanofsky dan Audrey Stevens menemukan RNA polimerase,
pada tahun 2006 Roger D. Kornberg menjelaskan secara lengkap fungsi enzim RNA polimerase pada transkripsi organisme eukariot,
untuk mengerti peran RNA polimerase pada proses transkripsi DNA perlu dijelaskan terlebih dahulu tentang proses transkripsi DNA ,transkripsi DNA tergantung pada pasangan komplemen basa. pasangan rantai ganda DNA berpisah pada suatu lokasi khusus, salah satu rantai bertindak sebagai DNA contoh, pada rantai DNA contoh, basa nitrogen bebas berpasangan kepada basa nitrogen komplemennya. basa nitrogen A berpasangan dengan basa nitrogen T pada DNA, C dengan G, U dengan A,G dengan C,
proses berpasangannya basa yang bebas pada DNA contoh dikatalis atau dipercepat oleh enzim RNA polimerase dengan cara melekatkan basa sepanjang penambahan ribonukleotida pada DNA. prinsip kerja RNA polimerase yaitu menyatukan pasangan komplemen basa pada DNA contoh,
ada 3 macam RNA polimerase yang dipakai dalam transkipsi pada inti organisme eukariot, namun hanya 1 yang berfungsi pada sel bakteri. ketiga RNA polimerase eukariot ini memulai proses transkripsi hanya saat berkombinasi dengan faktor transkripsi khusus dan aktivator transkripsi. RNA polimerase I , mentranskripsi gen r RNA yang berukuran 5,8; 28; dan 18 S (svedberg). RNA polimerase cenderung berasosiasi dengan kromosom pada daerah inti. ikatan yang terbentuk antara RNA polimerase I dengan promoter berbeda jauh dengan yang terbentuk oleh polimerase ii dan iii. polimerase ii mentranskripsi mulai dari promoter yang mengendalikan sintesis molekul pre-mRNA yang terdiri dari daerah penyandian dan bukan penyandian gen. RNA polimerase III mentranskripsi promoter yang mengendalikan sintesis RNAs yang pendek seperti rRNA ukuran srpRNAs,5S, tRNA, snRNAs,
KROMATIN
chroma: berwarna , tin: benang atau kromatin yaitu kompleks dari asam deoksiribonukleat, protein non histon dan protein histon yang ada pada inti sel eukariota. kromatin yaitu bahan yang mudah diwarnai oleh suatu zat pewarna. kebanyakan sel eukariota tingkat tinggi, terdapat 2 bentuk kromatin pada tahap interfase yaitu heterokromatin dan eukromatin , kromatin terfragmentasi dan menggumpal selama meiosis atau mitosis untuk membentuk bentuk seperti batang bernama kromosom. kromosom yang berkembang dari kromatin tersusun dari asam-asam nukleat dan protein yang dinamakan asam deoksiribonukleat, 2 pasang dari tiap protein histon itu yaitu histon h4, h2a, h2b, h3 membentuk oktamer dengan 145 hingga 147 pasangan basa asam deoksiribonukleat yang membungkusnya membentuk inti nukleosom,
struktur kromatin dan bentuk kromosom selama interfase dan pembelahan sel
di kebanyakan sel eukariota tingkat tinggi, ada 2 bentuk kromatin pada tahap interfase yaitu heterokromatin dan eukromatin , suatu gen yang secara normal terekspresi pada bentuk eukromatin berpindah pada area heterokromatin mengakibatkan terjadinya peredaman gen, yaitu terhentinya ekspresi gen ini, perubahan bentuk kromatin ini merupakan salah satu mekanisme epigenetika,
eukromatin yaitu bentuk terbuka kurang padat, eukromatin berbentuk padat selama pembelahan sel, namun mengendur menjadi bentuk yang terbuka selama interfase. eukromatin pada pewarnaan histologi kromosom ditunjukkan pada daerah dengan warna terang,
heterokromatin yaitu bentuk tertutup yang lebih padat, heterokromatin sangat padat di saat interfase dan pembelahan sel, heterokromatin pada pewarnaan histologi kromosom ditunjukkan pada area dengan warna gelap,
struktur skematis dari sel hingga pasangan basa asam deoksiribonukleat
kromatin terdiri dari kompleks dari protein kromosomal histon dan non histon dengan DNA sel eukariota.
asosiasi pertama asam deoksiribonukleat dengan protein berlangsung dengan histon membentuk struktur nukleosom. 4 subunit histon selain h1 akan membentuk suatu butiran protein oktamer dan setiap subunit terdapat dalam 2 rangkap. asam deoksiribonukleat melilit butiran oktamer , pada tiap butiran terbentuk 2 lilitan asam deoksiribonukleat yang panjangnya 146 pasangan basa (pb). asosiasi ini merupakan inti nukleosom. 2 pasang dari tiap tiap protein histon h2a, h2b, h3 dan h4 membentuk oktamer dengan 145 sampai 147 pasangan basa asam deoksiribonukleat yang membungkusnya membentuk inti nukleosom. asam deoksiribonukleat yang membangun nukleosom ini adalah 147 pasangan basa. bahwa kompleks serabut asam deoksiribonukleat dan protein ini yang dapat ditemukan saat interfase dari sel eukariota yang dibangun dari nukleosom-nukleosom dan terdiri atas histon oktamer yang berasosiasi dengan 200 pasangan basa asam deoksiribonukleat. kemudian terhadap unsur inti nukleosom ini berasosiasi protein histon h1 dan 20 pasang basa asam deoksiribonukleat, yaitu masing-masing 10 pb masing-masing di hilir dan hulu asam deoksiribonukleat unsur inti nukleosom. 1 nukleosom keseluruhannya berasosiasi 166 pb ADN dengan 5 jenis protein histon,
pada tahun 1928 Frederick Griffith pertama kali membuktikan bahwa
asam deoksiribonukleat adalah bahan genetik , dengan cara transformasi pada bakteri streptococcus pneumoniae. bahan genetik ini pada eukariota selain ditemui pada inti sel juga ditemui di dalam organel yang lain, seperti pada kloroplas dan mitokondria , prokariota seperti bakteri mempunyai kromosom sirkuler tunggal walaupun ada beberapa bakteri yang mempunyai molekul asam deoksiribonukleat tambahan yaitu plasmid,
protein kromosomal yang mengikat DNA dibagi menjadi 2 kelas yaitu protein non histon dan kromosomal histon ,
histon yaitu protein yang terdiri dari 5 subunit yaitu histon h1, h2a, h2b, h3 dan h4. subunit-subunit ini mengandung banyak asam amino yang bermuatan positif atau bersifat basa seperti arginin dan lisin , histon ini akan bereaksi dengan fosfodiester dari asam deoksiribonukleat yang bermuatan negatif dan asam deoksiribonukleat melalui interaksi antara protein yang bermuatan positif , asosiasi antara satu histon dengan 1 segmen asam deoksiribonuleat dinamakan nukleosom, asosiasi nukleosom merupakan tahap awal pengemasan asam deoksiribonukleat ke dalam bentuk yang padat. tiap inti nukleosom terdiri atas suatu kompleks dari 8 protein histon (histon oktamer) dan DNA rantai ganda dengan panjang 147 pasang nukleotida. kompleks histon oktamer ini masing-masing terdiri atas 2 molekul histon h2a, h2b, h3, dan h4. modifikasi histon memengaruhi perubahan bentuk kromatin.
protein non histon (NHC Protein) terikat pada sekuens spesifik yang tersebar sepanjang utas DNA,
peran modifikasi kromatin pada kanker yaitu pada leukemia promielositik akut dan leukemia mieloid akut , kedua jenis leukemia ini disebabkan translokasi kromosom yang mengubah pemakaian histon deasetilase (HDACs).
INTRON
kata intron berasal dari istilah intragenic region (area intragenik), yaitu area di dalam gen. istilah intron mengacu pada urutan DNA dalam gen dan urutan yang sesuai dalam transkrip RNA.
intron yaitu setiap urutan nukleotida di dalam gen yang dibuang dalam penjalinan RNA selama pematangan produk RNA akhir,
mRNA yang masih mengandung intron dinamakan pre-mRNA. Urutan yang disatukan bersama dalam RNA yang matang sesudah penjalinan RNA yaitu ekson. intron ada dalam gen dari kebanyakan organisme dan virus, dan ditemukan di berbagai gen, termasuk yang menghasilkan RNA transfer (tRNA) protein, RNA ribosomal (rRNA), saat protein dihasilkan dari gen yang mengandung intron, penjalinan RNA terjadi sebagai bagian dari jalur pemrosesan RNA yang terjadi sesudah transkripsi dan mendahului translasi,
PINDAH SILANG
pertama kali pada tahun 1916 Thomas Hunt Morgan saat mempelajari lalat buah drosophila menjelaskan tentang pindah silang, dalam genetika, pindah silang kromosom atau chromosomal crossover crossing over yaitu bertukarnya bagian berkas kromatid dengan bagian berkas kromatid lain dari kromosom yang homolog. crossover juga digunakan untuk menyebut bagian kromatid yang dihasilkan oleh peristiwa ini , barbara mcclintock memberi penjelasan pindah silang, secara fisik ,yaitu pindah silang merupakan satu proses mendasar dalam genetika dan akibat yang ditimbulkannya mempunyai fungsi praktis. yang bisa dipakai untuk mendeteksi keberadaan suatu gen,
REKOMBINASI GENETIKA
rekombinasi genetika yaitu proses pemutusan seunting bahan genetika kebanyakan DNA atau RNA yang selanjutnya diikuti dengan menyatukan dengan molekul dna lainnya. pada eukariota rekombinasi umumnya terjadi selama meiosis sebagai pindah silang kromosom antara kromosom yang berpasangan. proses ini mengakibatkan keturunan suatu makhluk hidup mempunyai kombinasi gen yang berbeda dari orang tuanya, dan dapat menghasilkan alel kimerik yang baru. pada biologi evolusioner, perombakan gen ini mungkin mempunyai banyak keuntungan, yaitu mengizinkan organisme yang bereproduksi secara seksual menghindari ratchet muller,dalam biologi molekular, rekombinasi juga merujuk pada rekombinasi rantai DNA yang tidak sama secara buatan, sering kali merupakan DNA organisme yang berbeda. rekombinasi ini menghasilkan dna rekombinan,
mRNA
RNA duta atau RNA informasi atau messenger-RNA, mRNA yaitu RNA yang sintesisnya diarahkan oleh gen pada berkas DNA sebagai pembawa pesan. dengan kata lain, mRNA adalah RNA yang merupakan hasil transkripsi DNA dan menjadi perantara pembawa urutan protein dalam proses translasi,
molekul mRNA kemudian berinteraksi dengan perangkat pensintesis protein dalam sel untuk menghasilkan polipeptida. mRNA menjadi pembawa pesan kode dari DNA kepada rRNA untuk dibaca dan kemudian diterjemahkan (translasi) menjadi urutan protein,
bentuknya berupa rantai basa tunggal lurus dengan gula ribosa dan kerangka fosfat , molekul ini dihasilkan dari proses transkripsi di dalam inti sel oleh enzim RNA-polimerase,pada eukariota sesudah transkripsi dapat terjadi proses pascatranskripsi, seperti penambahan poli-a dan penjalinan (splicing) sesudah matang , mRNA berpindah tempat menuju sitoplasma dan akan ditangkap oleh rRNA untuk dibaca,
CRISPR
CRISPR clustered regularly interspaced short palindromic repeats atau crisper yaitu bagian dari DNA prokariota yang mengandung urutan dasar pendek, berulang dalam suatu pengulangan palindrom, urutan nukleotida yaitu sama dalam kedua arah. setiap pengulangan diikuti oleh bagian pendek DNA pengatur jarak dari paparan sebelumnya oleh DNA asing dari virus atau plasmid , kelompok kecil dari gen cas (CRISPR-associated system) berada di samping urutan CRISPR,
sistem CRISPR/Cas yaitu suatu sistem kekebalan prokariota yang melawan elemen genetik asing seperti yang ada dalam bakteriofag dan plasmid yang tersedia bentuk sistem kekebalan tubuh adaptif. RNA menyimpan urutan pengatur jarak yang membantu protein cas mengenali dan memotong DNA eksogen. protein cas yang dipandu RNA lainnya memotong RNA asing. CRISPR ditemukan pada 40% dari genom bakteri yang telah disekuensing dan 90% arkea yang telah disekuensing.
versi sederhana CRISPR/Cas yang dinamakan CRISPR/Cas9 telah dipakai untuk memodifikasi genom. genom sel dapat dipotong ke tempat yang diinginkan, sehingga gen yang ada dapat dihilangkan dan yang baru ditambahkan. teknik ini dipakai untuk banyak hal, dari kedokteran hingga pertanian,
SITOKINESIS
sitokinesis yaitu bagian dari proses pembelahan sel, adalah sitoplasma dari satu eukariotik sel membelah menjadi 2 sel anak. pembagian sitoplasma dimulai selama atau sesudah tahap akhir dari pembelahan inti dalam meiosis dan mitosis ,selama sitokinesis benang gelendong berpisah dan mengangkut kromatid yang digandakan ke dalam sitoplasma sel anak yang sudah terpisah. ini untuk memastikan bahwa jumlah dan kelengkapan kromosom tetap terjaga dari 1 generasi ke generasi selanjutnya . sel anak akan menjadi salinan fungsional dari sel induk, kecuali penyebab lain , sesudah selesai sitokinesis dan telofase setiap anak sel memasuki interfase dari siklus sel,
OPERON LAC
Operon lac yaitu operon yang diperlukan dalam transpor dan metabolisme dari laktosa di E.coli dan berbagai macam bakteri enterik lainnya. Operon lac terdiri atas gen structural lazZ, lacZ dan lacY gen regulator dan situs operator yang terdiri dari lacO, lacCRP dan lacP merupakan situs pengikatan untuk reseptor protein represor laktosa, cAMP dan RNA polimerase ,
saat ada inducer, seperti isopropil-β-D-tiogalaktosida ( IPTG) ditambahkan kedalam media yang terdapat populasi bakteria pengkatabolit laktosa maka operon laktosa akan aktif. laju pembentukan transasetilase ,β-galaktosidase dan permease akan meningkat sampai pada keadaan jenuh atau maksimum selama kondisi lingkungan tidak berubah. IPTG dapat diambil oleh bakteri, akibat aktivitas permease yang terbentuk karena level basal dari enzim dan akan tetap terkonsentrasi di membran plasma. IPTG akan mengikat represor dan mengalami perubahan konformasi, sehingga represor akan berada pada keadaan inaktifnya, dan tidak dapat mengikat ke operator lagi, sehingga RNA polimerase akan dengan mudah mengikat pada lacP dan meng inisiasi transkripsi tanpa adanya represor. sesudah RNA polimerase menginisiasi transkripsi, RNA polimerase yang lain akan langsung mengikat ke promoter dan memulai transkripsi lagi, sehingga akan terdapat banyak mRNA dari operon laktosa, namun translasi yang terjadi tidak dapat dilakukan seperti halnya pada transkripsi. translasi yang terjadi setelah mRNA pertama hanya akan dimulai ketika mRNA pertama selesal ditranslasi, tetapi masing-masing mRNA dapat ditranslasi berulang, sekitar 40 sampai 50 kali sehingga konsentrasi enzim yang terbentuk akan makin besar,
reaksi ONPG dengan B-galaktosidase, menghasilkan nitrofenol dan galaktosa yang berwarna,
untuk mendeteksi aktivitas operon laktosa, digunakan absorbansi cahaya untuk mengukur unit enzim yang terbentuk, seperti penambahan senyawa tidak berwarna ortho-nitrophenol galaktosida ( ONPG) yang berfungsi untuk mengukur kadar β-galaktosidase yang menghasilkan warna kuning aktivitas enzimnya dan seiring waktu . ONPG akan terpecah menjadi nitrofenol dan galaktosa yang berwarna kuning, tidak seperti IPTG, ONPG bukan inducer,
jika biosintesa tidak diregulasi, maka sel akan dengan cepat terpenuhi dengan mRNA dan enzim yang tidak berguna sebab sintesis dari molekul-molekul ini memerlukan banyak energi, sedang energi yang diperlukan untuk membuat molekul tersebut lebih baik dialokasikan untuk perbaikan sel atau reproduksi sel. katabolisme berlebihan mengakibatkan banyak produk katabolit untuk keluar dari sel dan memerlukan protein transport lebih banyak. sebab protein transport enzim katabolitnya dan glukosa dihasilkan pada kadar tinggi, sangat tidak berguna untuk menginduksi operon untuk utilisasi gula lain, sebab ada glukosa sebagai sumber makanan. maka regulasi untuk mengatur kadar enzim dan mRNA diperlukan,
GENETIKA MOLEKULAR
Genetika molekular yaitu cabang genetika yang meneliti bahan dan ekspresi genetik pada tahap subselular di dalam sel , Subjek penelitian antaralain dinamika, struktur dan fungsi dari bahan-bahan genetika dan hasil ekspresinya,
kadang biologi molekular disamakan genetika molekular , biologi molekular muncul dari penelitian genetika dan keduanya menggunakan teknik analisis yang sama. biologi molekular telah merambah bidang biologi ekologi dan fisiologi dalam arti teknik biologi molekular dipakai untuk menjelaskan ekologi dan fisiologi ,
genetika molekular ini ada sejak James D. Watson dan Francis Crick pada tahun 1953 mempublikasikan model struktur DNA di majalah nature, dengan foto-foto difraksi sinar-X dari kristal DNA yang dibuat Rosalind Franklin,
pada tahun 1930 genetika molekular mulai berkembang saat teknik kristalografi sinar-X dikembangkan untuk meneliti biomolekul,
Genetika molekular memakai teknik analisa dengan ukuran volume bahan yang sangat kecil dan banyak sehingga membutuhkan bantuan mesin automatik untuk mengerjakannya. genetika molekular memicu berkembangnya robotika. bioinformatika atau ilmu yang mempelajari penerapan analisis data molekular dan pengolahannya dengan komputer,
karena perkembangannya yang pesat pada tahun 1990 genetika molekular dipilah pilah berdasarkan subjek kajiannya (omics science ) seperti:
metabolomika dan biologi sistem, genomika,transkriptomika,proteomika,
FAKTOR TRANSKRIPSI
faktor transkripsi yaitu gerombolan protein di dalam inti sel yang ikut serta dalam proses transkripsi kode genetik menjadi mRNA. faktor transkripsi sebagai mata rantai terakhir pada lintasan transduksi sinyal yang mengkonversi sinyal ekstraselular menjadi modulasi ekspresi genetik. regulasi transkripsi dicapai dengan terikatnya protein pada motif dan deretan struktur DNA tertentu yang biasanya ada pada hulu gen target,
sebelum transkripsi DNA mengalami tahap penyiapan, berupa perubahan konformasi pada molekul DNA dan pembukaan pilinan secara lokal, kemudian beberapa protein menempati beberapa titik di dekat promoter inti untuk mempersiapkan tempat bagi enzim RNA-polimerase dan menunjukkan ribosom tempat ia harus memposisikan diri. rangkaian protein ini yang dinamakan faktor transkripsi,
faktor transkripsi berperan dalam pengendalian variasi fenotipe penting, banyak lokus sifat kuantitatif (QTL) yang ditemukan memuat sekuens yang mengkode faktor transkripsi. sekuens yang mengkode faktor transkripsi untuk gen itu sebagai trans-acting sequences sebab mengatur ekspresi suatu gen dari kejauhan,
proto-onkogen berfungsi sebagai faktor transkripsi sering teraktivasi oleh translokasi kromosomal pada hematologis dan neoplasma padat , sehingga perlu mendayagunakan faktor transkripsi untuk terapi kanker. misal proto-onkogen c-myc teraktivasi oleh translokasi kromosomal pada limfoma dan leukimia ,
banyak proto-onkogen sebagai faktor transkripsi dan ditemukan melalui tiap-tiap homolog retroviral bersangkutan. seperti myb, C-myc , erb A, ets, fos, jun, kompleks antara jun dan fos membentuk faktor transkripsi AP-1 yang mengendalikan ekspresi genetik mitosis, Erb A merupakan pencerap hormon T3
DUPLIKASI GEN
duplikasi gen yaitu duplikasi amplifikasi gen dan kromosom sebagai penggandaan memperbanyak suatu area bagian DNA yang mengandung gen, ia dapat terjadi karena duplikasi keseluruhan kromosom, kesalahan pada rekombinasi homolog atau retrotransposisi, ,salinan kedua dari gen ini terbebas dari tekanan seleksi, yaitu mutasi ini tidak mempunyai efek merugikan pada organisme inang. oleh sebab itu , gen ini bermutasi lebih cepat dari generasi ke generasi organisme,
duplikasi adalah lawan dari delesi. duplikasi muncul akibat pindah silang. ini terjadi saat meiosis antara kromosom homolog yang salah jajar. peluang ini terjadi yaitu berupa fungsi derajat perkongsian elemen berulang antara 2 kromosom. produk rekombinasi adalah duplikasi pada area delesi timbalbalik dan pertukaran ,
PERBAIKAN DNA
aziz sancar ,tomas lindahl dan paul modrich mendapat penghargaan nobel bidang kimia 2015 untuk mekanisme molekuler proses perbaikan DNA,
pembenahan pembetulan koreksi perbaikan DNA atau DNA repair yaitu proses membenahi kerusakan molekul DNA dalam sel. dalam sel manusia, aktivitas faktor lingkungan seperti paparan sinar ultraviolet dan pancaran radiasi sinar kosmik atau metabolisme normal bisa mengakibatkan kerusakan DNA. kerusakan ini bisa mencapai satu juta molekul per sel per hari. kerusakan ini berupa kerusakan struktural pada molekul DNA, sehingga mengubah mengganti dan melenyapkan kemampuan transkripsi gen. namun proses pembenahan DNA secara terus-menerus tidak selalu mampu memulihkan kerusakan ini ,saat pembenahan normal tidak berhasil dilakukan dan apoptosis sel tidak terjadi maka pada akhirnya terjadi kerusakan DNA permanen,
kemampuan suatu sel dalam usaha memperbaiki DNA penting bagi integritas genom sel itu . banyak gen yang pada mulanya menunjukkan pengaruh terhadap harapan hidup ternyata berkaitan dengan perlindungan dan perbaikan kerusakan DNA. kegagalan memperbaiki kerusakan sel yang membentuk gamet akan mengakibatkan mutasi pada genom keturunan, sehingga memengaruhi evolusi,
pembetulan DNA bergantung pada banyak faktor, seperti lingkungan eksternal, jenis sel dan usia sel, sel yang sudah memicu kerusakan DNA ataupun sel yang tidak mampu memperbaiki kerusakan dapat berujung pada 3 keadaan,antaralain:
pembelahan sel yang tidak teregulasi, mengakibatkan pembentukan tumor ,
keadaan dormansi ireversibel dinamakan proses penuaan,
bunuh diri sel dinamakan apoptosis,
BIOPOLIMER
biologi struktural yaitu bidang penyelidikan bentuk-bentuk biopolimer.
biopolimer atau polimer organik yaitu polimer alami , contoh biopolimer seperti DNA dan RNA , kanji, protein dan peptida,
di mana unit monomernya berturut-turut adalah glukosa, asam amino, dan asam nukleat. komposisi kimia tepat dan urutan di mana unit-unit disusun dinamakan struktur utama polimer. banyak biopolimer berlipat menjadi bentuk tertentu, yang bisa menentukan fungsi biologi biopolimer,
OPERON
pada tahun 1961 di pasteur institute, paris , jaques monod dan francois jacob menemukan konsep operon ini pertama kali ditemukan pada prokariot saja ,tetapi di awal tahun 1990 pertama kali ditemukan pada operon juga ditemukan pada eukariot ,
unit fungsional operon yang mengatur ekspresi suatu gen dari sebuah promotor, operon ini bersifat inducible yang berfungsi bila dalam keadaan yang berlimpah.
operon ini kebanyakan ditemukan pada semua jenis prokariot, sedangkan pada eukariot , operon ditemukan pada organisme tingkat rendah seperti pada lalat buah,
beberapa jenis operon dan fungsinya masing-masing ,antaralain:
operon vir ditemukan pada mikroorganisme yang mengekspresikan virulensi,
opreron cvi untuk ekspresi pigmen ungu pada chromobacter violaceum,
operon mer operon ini ditemukan pada resistensi terhadap adanya senyawa raksa di lingkungannya,
operon lux untuk ekspresi biolumenescen,
operon lac yaitu operon yang mampu teraktivasi karena adanya laktosa pada lingkungan,
operon ara yaitu operon yang mampu teraktivasi karena adanya arabinosa pada lingkungannya,
operon trp yaitu operon yang mampu teraktivasi karena adanya senyawa triptofan di lingkungannya,
REGULASI GEN
manusia mempunyai berbagai jenis sel yang mempunyai DNA yang sama. tetapi , ini menjadi berbeda disebabkan sel itu mensintesis dan membentuk RNA yang berbeda , kadang gen mampu mengubah ekspresinya sebagai respon signal dari luar seperti pada hormon glucocorticoid.hormon ini merangsang sel liver untuk menginduksi enzim tyrosine aminotransferase. enzim ini akan mengubah tyrosine menjadi glukosa. hormon ini hanya aktif saat tubuh kekurangan glukosa. kontrol ekspresi gen terjadi baik pada prokariot dan eukariot , hanya kontrol ekspresi gen yang terjadi pada eukariot bersifat kompleks,
pada bakteri ada gen polisistronik yaitu gerombolan beberapa gen yang dikendalikan oleh 1 gen regulator. ini mengakibatkan saat proses transkripsi akan langsung dihasilkan beberapa protein. biasanya , kontrol ekspresi gen pada prokariot diatur pada inisiasi transkripsi dan diatur oleh 2 sekuen yaitu sekuen pada posisi basa -10 yang sekuennya TATAAT dan sekuen pada basa -35 yang sekuennya TTGACA ,
sekuen ini sebagai promotor. kontrol ekspresi yang terjadi berupa atenuasi dan represi ,misalnya kontrol ekspresi gen yang terjadi dengan represi pada operon lac pada escherichia coli.pada operon ini, gen laci akan mengkodekan protein reseptor dan menempel pada area operator sehingga transkripsi berhenti. tetapi jika ada inducer berbentuk laktosa yang banyak, laktosa dapat berikatan dengan represor sehingga represor terlepas dari area operator dan RNA polimerase mampu melakukan transkripsi. kontrol ekspresi gen dengan atenuasi pada operon triptofan terjadi jika triptofan banyak, maka translasi oleh ribosom akan terjadi dengan cepat sehingga terbentuk loop yang menahan RNA polimerase untuk berhenti, saat triptofan menjadi sedikit, ribosom akan berjalan lambat dan RNA polimerase akan melakukan transkripsi dengan cepat sehingga banyak hasil triptofan dan transkripsi ,
kontrol ekspresi gen yang terjadi pada eukariot dimulai pada tahap:
1. proses inisiasi transkripsi,dengan adanya pengaruh enhancer yang akan berikatan dengan area promotor untuk meningkatkan aktivitas RNA polimerase.
2. proses modifikasi dan transkripsi , ini berupa adanya proses intron splicing sehingga hanya tersisi bagian ekson,
3. kestabilan transkripsi, saat hasil transkripsi dibawa dari inti sel menuju sitosol akan terjadi pemendekan ekor poli-A oleh enzim (DAN)pada 3' ke 5' yang berasosiasi dengan 5'cap.
4. modifikasi translasi , modifikasi dalam bentuk modifikasi kovalen disebabkan adanya modifikasi kimia seperti disulfida bond formation, asetilasi dan metilasi,
molekul insulin dihasilkan dalam bentuk inaktif yang terdiri dari 1 polipeptida dan untuk aktivasinya polipeptida itu akan dipotong menjadi 2 bagian dan dihubungkan dengan jembatan disulfida,
MIKROSATELIT
mikrosatelit yaitu urutan basa N pada DNA, terdiri dari 2 hingga 7 basa N ( motif) yang berulang-ulang, dengan atau tanpa sela. seperti , motif GAG yang mempunyai pengulangan 10 kali atau (GAG)10 akan mempunyai bentuk ,yaitu: GAGGAGGAGGAGGAGGAGGAGGAGGAGGAG. panjang pengulangan ini bervariasi tergantung individu/varietas dan diwariskan kepada generasi berikutnya. mikrosatelit atau SSR atau Simple Sequence Repeats. di bidang kedokteran forensik, mikrosatelit dinamakan STR atau Short Tandem Repeats.fungsi mikrosatelit masih belum diketahui ,
mutasi dapat terjadi terhadap banyaknya pengulangan ini sehingga muncul variasi panjang pengulangan di dalam individu dalam suatu spesies , variasi ini membuat mikrosatelit dapat dipakai sebagai penanda genetik,
pengulangan mikrosatelit ini ditemui pada semua organisme hidup, termasuk bakteri. DNA mitokondria dan plastida juga mempunyai mikrosatelit , sehingga mikrosatelit dianggap sebagai relik evolusi dari masa lalu , mikrosatelit dianggap sebagai pengaman jika ada kesalahan proses transkripsi. banyak mikrosatelit ada pada bagian gen yang dinamakan intron, yang pada tahap pascatranskripsi akan dibuang, atau pada bagian nontranskripsi (junk DNA). maka transkripsi akan mengurangi jumlah protein yang tidak berfungsi akibat kesalahan pembacaan,
adanya variasi dalam cacah pengulangan motif ( polimorfisme) dan cacah ini tetap untuk setiap individu atau populasi/kultivar tertentu, mikrosatelit bisa digunakan sebagai penanda genetik. mikrosatelit banyak dalam suatu genom, walaupun hanya sedikit ditemui pada genom prokariota. suatu gen bisa mempunyai lebih dari 2 mikrosatelit,
sebagai penanda, mikrosatelit bersifat kodominan dan bisa diketahui lokasinya pada DNA. maka SSR sesuai untuk mendeteksi heterozigositas. pemanfaatannya yang singkat maka mikrosatelit ditetapkan sebagai penanda,
mikrosatelit sebagai penanda berbasis PCR, sehingga membutuhkan primer. pembuatan primernya membutuhkan informasi urutan basa sebelum dan setelah mikrosatelit. bangunan primer ini menjadikan penanda mikrosatelit dapat dilacak posisinya dalam suatu genom tetapi mengakibatkan ia bersifat spesifik spesies atau sulit ditukar antar spesies sebab urutan basa yang mengapit mikrosatelit berbeda-beda untuk setiap spesies,
TRANSPOSON
transposon atau transposable elements atau unsur-unsur yang dapat berpindah atau gen melompat (jumping gene) dalam genetika yaitu seberkas DNA yang mampu berpindah-pindah area dari suatu area ke area lainnya, dalam kromosom yang sama maupun berbeda. proses perpindahan transposon dinamakan transposisi.kehadiran transposon pada suatu bagian kromosom yang berekspresi bisa mengakibatkan perubahan fenotipe ,
pada tahun 1940 , Barbara McClintock pertama kali meneliti keberadaan transposon , baru pada tahun 1960 saat gerombolan peneliti bakteri menemukan teori ini yang sama dengan McClintock, dan McClintock mendapat penghargaan Nobel di bidang Fisiologi (1983),
transposon dianggap sebagai peninggalan ornamen relief dari evolusi masa lalu atau sebagai sisa-sisa virus yang telah terintegrasi ke dalam genom suatu organisme, transposon berperan pada proses evolusi dan beberapa mekanisme epigenetik ,
PEREDAMAN GEN
peredaman gen atau gene silencing yaitu proses regulasi gen yang mencegah ekspresi gen. pada proses ini, gen dihalang halangi oleh mekanisme tertentu sehingga tidak mampu ditranskripsi atau ditranskripsi namun kemudian tidak dapat diproses menuju tahap ekspresi selanjutnya (translasi). mekanisme cara pertama dinamakan sebagai peredaman gen transkripsional sedangkan cara kedua dikenal sebagai peredaman gen pascatranskripsional (PTGS disamakan dengan interferensi RNA)
oleh sebab mekanisme peredaman gen diwariskan dari satu generasi ke generasi berikut namun bukan melalui variasi DNA, maka ini bagian dari ilmu epigenetika,
peredaman ekspresi gen bisa melalui perombakan produk transkripsi (mRNA) atau pemblokiran transkripsi yang belum sempat ditranslasi,
biasanya suatu gen akan diekspresikan melalui suatu mekanisme regulasi tertentu, pada mekanisme ini, enzim RNA polimerase akan menempel pada suatu urutan basa tertentu di dekat bagian hulu (upstream) suatu gen, sesudah faktor transkripsi melekat di dekat area penempelan (binding site) itu. jika area penempelan itu tertutupi oleh suatu objek atau dimodifikasi, maka proses transkripsi tidak terjadi. penutupan/pemblokiran bisa terjadi karena menempelnya suatu protein tertentu yang dihasilkan oleh suatu gen regulator. modifikasi area penempelan ini terjadi akibat metilasi DNA atau modifikasi histon (protein yang membungkus DNA)
ilmuwan mampu mengintroduksi suatu sekuens yang akan menghasilkan protein yang menutup area penempelan. teknik manipulasi ini dinamakan gene knockout ,
pada tahun 1990 pertama kali diketahui dari sel tumbuhan adanya
peredaman RNA atau peredaman gen pasca transkripsional (post-transcriptional gene silencing, PTGS), yaitu mekanisme lain pada peredaman gen dan dianggap sebagai bagian dari sistem pertahanan terhadap masuknya virus ke dalam sel,
kemudian mekanisme ini ditemukan juga pada hewan atau jamur ,
pada tahun 1998 craig mello dan andrew fire menjelaskan mekanisme dan bagaimana memanipulasi maka istilah PTGS sering disamakan dengan interferensi RNA interferensi RNA yaitu salah satu mekanisme peredaman,
mekanisme lainnya yaitu nonsense-mediated decay tahun 2001 dan non-stop decay tahun 2004,
pada interferensi RNA, proses transkripsi terjadi dan mRNA bisa mengalami penyuntingan dan dibawa keluar dari inti sel memasuki sitoplasma, tetapi , sebab keunikan bentuk molekulnya, suatu mRNA akan mengalami proses degradasi sebelum sempat dibaca oleh ribosoma untuk di translasi. degradasi terjadi karena mRNA yang teredam tidak berupa pilin tunggal namun berupa pilin ganda (double-stranded, dsRNA). RNA pilin ganda bisa berasal dari individu eukariotik itu sendiri atau virus , Individu eukariotik mampu memproduksi RNA berpilin ganda jika 2 sekuens yang saling komplementer, baik berupa berkas sense dan antisense yang berekspresi bersama-sama maupun sekuens gen yang menyebabkan terbentuknya struktur hairpin dari RNA produk,
mekanisme normal pada sitoplasma yaitu mencegah RNA berpilin ganda berlama-lama di dalam sel sebagai bagian dari strategi pertahanan terhadap unsur bahan genetik asing virus , enzim RNAse III ( Dicer) akan menyerang dsRNA dan memotongnya dalam bentuk ujung runcing (sharp end) sebanyak 2 basa. produk ini dikenal sebagai siRNA (small-interfering RNA). protein lain akan mengikat potongan ini membentuk RISC (RNA-induced silencing complex) dan mencerna (mendigesti) berkas RNA yang tidak dipegangnya. RISC dengan berkas RNA yang dipegangnya mencari mRNA berkas tunggal yang komplementer dan memutuskannya, sehingga terjadi reaksi berantai peredaman suatu produk transkripsi , inilah yang kemudian dimanfaatkan pada teknik peredaman dengan antisense dan interferensi RNA,
manipulasi terhadap mekanisme peredaman gen pada tingkat tertentu sudah dikembangkan untuk bidang biologi seperti penghilangan ciri yang tidak dikehendaki, pengembangan ternak , pengembangan tanaman, pengembangan galur mikroorganisme, terapi gen untuk pengobatan penyakit genetik atau kanker , metode mekanisme peredaman gen ini lebih aman bagi lingkungan , sebab metode ini tidak mengikutsertakan antibiotika selektif dan bahan radioaktif ,
OPERON ARA
operon ara yaitu gerombolan protein yang berfungsi dalam meregulasi katabolisme arabinosa,
Operator yang ada dalam operon ini ada 4 yaitu O1,O2,I1,dan I2 (I berarti induction),
Operator ini merupakan tempat dimana AraC dapat terikat,
komponen-komponen dalam operon ara yaitu
protein yang berfungsi dalam regulasi positif dan negatif arabinosa dalam operon ara antaralain : araC, AraD, AraA, AraB,
- AraB yaitu L-Ribulokinase yaitu suatu ribulokinase yang berguna dalam penambahan gugus fosfat pada L-Ribulosa sehingga menjadi L-Ribulosa-5-fosfat, AraB dikodekan oleh gen araB.
- AraD yaitu L-Ribulosa-5-fosfat-4-epimerase yaitu suatu epimerase yang berguna dalam perubahan L-Ribulosa-5-fosfat menjadi D-Xilulosa-5-fosfat yang kemudian dapat masuk kedalam xylulose phosphate pathway yang merupakan salah satu jalur katabolisme untuk memproduksi energi, AraD dikodekan oleh gen araD.
- AraC yaitu protein regulator yang berguna untuk meregulasi transkripsi araA, araB, dan araD yang diinduksi dengan keberadaan arabinosa, AraC dikodekan oleh gen araC.
- AraA yaitu L-Arabinosa isomerase yaitu suatu isomerase yang berguna dalam perubahan L-Arabinosa menjadi isomernya yaitu L-Ribulosa, AraA dikodekan oleh gen araA,
AraC mempunyai 3 bentuk konformasi yaitu 1 sebagai monomer dan 2 bentuk sebagai dimer, AraC tersusun atas C-terminal DNA binding domain yang terikat dengan N-terminal dimerization domain, Pada N-terminal dimerization domain terdapat N-terminal arm yang bisa terikat pada C-terminal DNA binding domain pada molekul yang sama atau N-terminal dimerization domain pada partner molekul bergantung dengan keberadaan arabinosa,
jika tanpa arabinosa yang menempel pada Arabinosa binding site maka N-terminal arm akan menempel pada C-terminal DNA binding protein' membentuk kompleks yang kaku, Dimer dari bentuk itu membentuk kompleks yang lebih panjang,
jika dengan arabinosa yang menempel pada Arabinosa binding site maka N-terminal arm akan menempel pada N-terminal dimerization pada partner molekul pada AraC dimer, sehingga, akan terbentuk molekul yang lebih padat,
bila dengan arabinosa yang berikatan pada Arabinosa binding site maka AraC dimer akan lebih fleksibel sehingga dapat berikatan dengan I1 dan I2, I1 dan I2 mempunyai lokasi yang berdekatan dengan RNA polimerase binding site sehingga keberadaan AraC pada I1 dan I2 ikut menginduksi keberadaan RNA polimerase sehingga terjadi transkripsi araBAD melalui promotor PBAD dan araC melalui promotor PC,
bila tidak ada arabinosa maka AraC dimer yang berbentuk kaku hanya mampu berikatan pada O2, dan I1 membentuk hairpin loop yang menghambat trankripsi araBAD sebab RNA polimerase tidak mampu menempel pada promotor,
transkripsi yang melalui promotor PBAD dipengaruhi interaksi cAMP-CRP melalui interaksi antar protein dengan RNA polimerase, bagian α-CTD subunit α pada RNA polimerase mengalami kontak dengan bagian aktivasi ketiga pada CRP yaitu activation region 3 (AR3), interaksi antara AraC yang sudah berikatan dengan arabinosa dengan cAMP-CRP yang juga telah berikatan dengan tempat pengenalannya mengakibatkan peningkatan transkripsi pada promotor PBAD,
ENHANCER
enhancer yaitu area pendek DNA (50 hingga 1500 bp) yang bisa diikat oleh protein (aktivator) untuk meningkatkan kemungkinan transkripsi gen tertentu, protein ini dinamakan faktor transkripsi. enhancer beraksi dengan posisi cis (cis-acting). yang dapat ditemukan hingga 1 mbp (1.000.000 bp) dari gen, hilir atau hulu dari situs awal. ada ratusan ribu enhancer dalam genom manusia. yang ditemukan di eukariota dan prokariota ,
pada 1983 untuk pertama kali ditemukanya dari enhancer eukariotika yaitu pada gen rantai berat imunoglobulin pada 1983. enhancer ini, yang terletak di intron besar, menerangkan aktivasi transkripsi dari promotor gen vh yang disusun ulang sementara promotor vh yang tidak diatur, tetap tidak aktif,
pada sel eukariotik, struktur kompleks kromatin DNA dilipat sehingga secara fungsional meniru sifat superkoil dari DNA prokariotik, sehingga walaupun DNA enhancer mungkin jauh dari gen secara linear, tetapi secara spasial dekat dengan promotor dan gen. hal ini memungkinkannya untuk berinteraksi dengan faktor transkripsi umum dan RNA polimerase II. mekanisme yang sama berlaku untuk silencer dalam genom eukariotik. silencer yaitu antagonis enhancer, saat terikat dengan faktor transkripsi yang dinamakan represor, akan menekan transkripsi gen. silencer dan enhancer mungkin berdekatan satu sama lain,
INTERFERENSI RNA
RNAi atau RNA interference atau Interferensi RNA yaitu salah satu mekanisme pada sel hidup untuk mengendalikan aktivitas gen , sebab RNAi sebagai suatu proses untuk mementahkan hasil transkripsi sehingga translasi tidak mampu berlangsung, RNAi sebagai mekanisme peredaman gen pascatranskripsi (post-transcriptional gene silencing, PTGS). dalam RNAi terlibat 2 jenis RNA berukuran kecil siRNA dan miRNA , Kedua RNA berukuran kecil ini bisa berikatan dengan RNA lain yang komplementer dengan urutan basanya sehingga mengganggu meng-interferensi proses yang mengikutsertakan RNA itu, misalnya dengan mencegah terbentuknya protein enzim. Peran interferensi RNA mencakup sistem pertahanan terhadap informasi genetik asing transposon dan virus , mengatur proses perkembangan dan ekspresi gen lainnya,
dalam sejarahnya, mekanisme proses ini pertama kali ditemukan pada tumbuhan hias petunia dan kemudian dipublikasi oleh tim peneliti di bawah pimpinan r.a. jorgensen (1990) dan dianggap sebagai satu-satunya mekanisme peredaman gen pascatranskripsi dalam proses pertumbuhan. dari hasil penelitian inilah muncul istilah PTGS. penelitian-penelitian terhadap mekanisme pertahanan sel menghadapi virus dengan mekanisme serupa sebenarnya bahkan sudah diketahui sebelumnya, tetapi belum ada yang mengaitkan mekanisme itu dengan fungsi lebih luas.
mekanisme mirip dinamakan quelling, yang aktif memakai sejenis kapang oncom neurospora crassa,
penghargaan nobel untuk fisiologi atau kedokteran pada tahun 1998 jatuh pada andrew fire dan craig c. mello ilmuwan amerika serikat sebab mengungkapkan bahwa ini sesuatu yang berkaitan dan sama seperti pada nematoda caenorhabditis elegans dan lalat buah, bahwa mekanisme pertahanan sel terhadap virus dan berbagai pengaturan/regulasi ekspresi fenotipe banyak dikendalikan oleh interferensi RNA.
DNA MICROARRAY MIKROLARIK
DNA microarray yaitu teknologi yang dipakai untuk melihat urutan sekuens asam nukleat yang ada pada lokasi tertentu dan bisa dipakai untuk menganalisa ribuan sampel bersamaan. dengan cara mengandalkan kemampuan DNA sampel yang telah dilabel dengan zat fluorescent untuk melakukan rekombinasi dengan probe yang telah ada pada chip microarray (Stekel 2003),
aplikasi microarray dipakai dalam deteksi kanker, dimana gen kanker mengalami ketidak normalan dalam mengekspresikan gennya. teknologi ini dapat mengetahui tahapan perkembangan sel kanker dengan melihat level ekspresinya terhadap probe spesifik yang ada pada chip microarray,
pada analisa ini dipakai sampel DNA kanker dan DNA normal , kedua jenis DNA ini kemudian diamplifikasi dan masing-masing diberi pewarna fluorescent yang berbeda satu sama lain. DNA tumor diberi warna merah dan DNA normal diberi warna hijau, sesudah proses hibridisasi, tiap DNA akan memancarkan cahaya sesuai dengan zat warna yang dibawa masing-masing. jika DNA membawa ekspresi normal dan tumor, maka akan muncul wana lain, seperti kuning. tetapi jika tidak ada DNA yang mampu melakukan hibridisasi dengan probe, pewarna tidak terekspresi dan akan berwarna hitam. warna ini dibaca oleh detektor dan diubah menjadi data grafik sehingga dapat dianalisa ,
RANGKA BACA TERBUKA
rangka baca terbuka atau open reading frame yaitu bagian tanpa kodon stop dari rangka baca ADN, di dalam proses translasi ADN, setiap 3 basa nukelotida (kodon) diterjemahkan menjadi 1 asam amino. memakai prinsip ini ada 6 rangka baca yang mungkin di dalam menerjemahkan kodon, yaitu +1, +2, +3, -1, -2, dan -3, di mana tanda + melambangkan utas sense, dan - melambangkan utas nonsense, rangka baca terbuka cenderung merupakan rangka baca yang menghasilkan utas protein paling panjang,
miRNA microRNA
miRNA atau RNA-mikro atau microRNA yaitu kelompok asam ribonukleat (RNA) berkas tunggal berukuran kecil panjang antara 21 hingga 24 nukleotida yang menghambat peran downregulate , gen sasarannya pada tahap pasca-transkripsi dari ekspresi gen , pada tanaman miRNA akan menempel pada mRNA, sehingga terjadi RNA berkas ganda, yang merupakan substrat bagi enzim-enzim peredam (silencer) pada binatang , mekanisme penghambatan terjadi tanpa degradasi,
RNA-mikro ditranskrip dari DNA namun tidak diproses menjadi polinukleotida atau protein sehingga dihasilkan oleh bagian non-kode dari DNA. bagian DNA ini dinamakan faktor transkripsi ,sebab mengganggu proses transkripsi,
proses yang melibatkan miRNA seperti pada tanggapan terhadap isyarat lingkungan dan nutrisi , perkembangan, pengisyaratan (signalling) hormon, pemeliharaan homoeostasis,
GEN PENGATUR
gen pengatur yaitu gen yang meregulasi ekspresi gen yang lain gen pengatur mampu menyandikan protein atau gen aktif dalam tahap RNA, seperti dalam produksi microRNA. di dalam prokariota, gen pengatur mampu meregulasi gen struktur melalui represi atau induksi , jalur induksi berarti ekspresi sebuah gen struktur dapat diinduksi melalui keberadaan senyawa kimia dalam lingkungan, sementara jalur represi yaitu saat ekspresi gen struktur terhambat oleh adanya senyawa kimia dalam kadar tertentu,
contoh induksi gen yaitu pada operon lac. pada operon lac, ekspresi gen regulator menyandikan protein repressor yang berfungsi untuk menahan ekspresi suatu gen, tetapi pada keberadaan induser seperti laktosa, protein repressor akan terlepas dari situs pengikatannya, sehingga ekspresi gen struktur dapat berjalan,
kemudian, ekspresi gen trp, sebagai gen yang berperan dalam sintesis asam amino triptofan, yaitu salah satu contoh fenomena jalur represi. disini gen regulator juga berperan dalam menyandikan protein repressor, tetapi perbedaannya terdapat pada mekanisme kerja protein itu , yaitu dalam keberadaan senyawa produk (asam amino triptofan), protein akan menempel pada situs pelekatan dan menghambat ekspresi gen struktur. bila asam amino ini mencapai kadar yang rendah, struktur protein repressor akan berubah, sehingga protein terlepas dari situs pelekatan, membuat ekspresi gen struktur kembali berjalan.
pRb
pRb retinoblastoma protein, pRb, Rb yaitu protein dengan berkas genetik RB1 yang berperan sebagai mitogen di dalam siklus sel dan memelihara struktur kromatin, juga sebagai faktor transkripsi yang mengikat faktor transkripsi E2F, untuk mengurangi tumor,
pada siklus sel, pRb mencegah sel dari replikasi DNA yang rusak dengan menghentikan siklus sel pada transisi fase G0 ke G1,
defisiensi pada gen RB1 dapat menyebabkan kanker kandung kemih , sarkoma osteogenik ,kanker retinoblastoma,
SENJATA GEN
Senjata gen (gene gun) yaitu metode fisik untuk mentransfer DNA ke dalam sel jaringan makhluk hidup. DNA yang akan ditransfer dilapisi dengan partikel tungsten atau manik-manik emas (gold beads) ,kemudian gelombang gas helium yang dikompresi akan mendorong DNA ke dalam sel atau jaringan dengan kecepatan tinggi. DNA melewati lisosom, membran sel, endosom dan penghalang di inti sel sehingga mengurangi kerusakan atau degradasi DNA ,
metode ini dipakai pada sel tanaman, vaksinasi DNA untuk mengatasi tumor, pemakaian senjata gen mempunyai beberapa keterbatasan yang merugikan, yaitu ukuran DNA yang ditransfer terbatas dan persiapan yang lama jika DNA berukuran terlalu besar, dapat terjadi penggumpalan partikel dan efisiensi transfer DNA berkurang,
JAM MOLEKULER
jam molekuler jam genetik atau jam evolusi batau molecular clock yaitu cara evolusi molekul yang memakai pembatasan dan perbandingan perkembangan fosil akan perubahan molekul untuk menyimpulkan waktu sejarah geologis terhadap penyimpangan antara kedua spesies atau taxa lainnya. ini untuk memperkirakan waktu terjadinya peristiwa yang dinamakan spesiasi atau radiasi. data molekul yang biasanya dipakai untuk perhitungan seperti ini yaitu susunan asam amino dari protein atau susunan nukleotida dari DNA,
CAS9
untuk pertama kalinya pada 2015, Cas9 untuk memodifikasi genom embrio manusia , Cas9 (CRISPR associated protein 9) yaitu endonuklease DNA yang dipandu RNA yang berhubungan dengan sistem kekebalan adaptif CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) tipe II di Streptococcus pyogenes, antara bakteri lainnya. S. pyogenes memakai Cas9 untuk menginterogasi dan membelah DNA asing, seperti DNA bakteriofag yang menyerang atau DNA plasmid. Cas9 melakukan interogasi ini dengan melepaskan lilitan DNA asing dan memeriksa apakah DNA itu komplementer terhadap area spacer yang terdiri dari 20 pasang basa dari RNA panduan (guide RNA). bila substrat DNA komplementer dengan RNA panduan, Cas9 membelah DNA yang menyerang. maka mekanisme CRISPR-Cas9 mempunyai beberapa paralel dengan mekanisme interferensi RNA (RNA interference, RNAi) di eukariota. Cas9 native membantu dalam ketiga langkah CRISPR: ia ikutserta dalam pengolahan crRNA, adaptasi dan memotong DNA target dibantu oleh crRNA dan RNA tambahan yang dinamakan tracrRNA. Cas9 native memerlukan RNA panduan yang terdiri dari 2 RNA yang berbeda yang berasosiasi untuk menghasilkan panduan trans-activating RNA (tracrRNA) dan CRISPR RNA (crRNA),
protein Cas9 sudah banyak digunakan sebagai alat rekayasa genom untuk menginduksi patahan yang diarahkan pada situs tertentu di untai ganda DNA, patahan ini mengakibatkan pengenalan gen atau inaktivasi gen heterolog melalui ujung non-homolog yang menyambung dan rekombinasi homolog secara berurutan di banyak organisme model laboratorium. di samping nuklease jemari zink ( ZFN atau zinc finger nucleases ) dan protein nuklease efektor serupa aktivator transkripsi (TALEN atau transcription activator-like effector nucleases ), Cas9 menjadi alat yang menonjol dalam bidang penyuntingan genom. Cas9 sudah mendapat traksi dalam sebab mampu membelah hampir setiap urutan yang komplementer terhadap RNA panduan. karena kekhususan target Cas9 berasal dari komplementaritas RNA panduan:DNA dan bukan modifikasi terhadap protein itu sendiri seperti Zinc-finger dan TALEN , merekayasa Cas9 untuk menargetkan DNA baru sangat mudah. versi Cas9 yang mengikat tetapi tidak memotong DNA bisa dipakai untuk melokalisasi aktivator atau represor transkripsi ke urutan DNA spesifik untuk mengendalikan aktivasi dan represi transkripsi. penargetan dengan Cas9 disederhanakan melalui rekayasa dari RNA panduan tunggal chimeric. bahwa gene drive berbasis Cas9 mampu mengedit genom dari seluruh populasi organisme.
KODE BATANG
kode batang DNA atau DNA barcoding yaitu suatu urutan basa DNA yang berbeda-beda antar spesies tetapi tidak berubah di dalam suatu spesies sehingga bisa digunakan sebagai penanda suatu spesies. urutan ini, jika ditemukan, bisa dipakai untuk mengkatalog bermacam macam hayati ,
pada binatang , gen yang dinamakan COI sudah banyak dipakai dalam klasifikasi, belum ditemukan gen universal yang berlaku untuk semua anggotanya, consortium for the barcode of life pada tahun 2007 mengusulkan 3 gen kode batang: atpF-H, matK dan trnH-psbA,
ETS
ETS E26 transformation-specific yaitu gerombolan faktor transkripsi yang mengendalikan diferensiasi, respon terhadap hormon dan lintasan tumorigenesis pada organ endokrin dan jaringan tubuh,
Ets-1, salah satu anggota ETS, yaitu protein yang langsung mengatur banyak gen penting pada lintasan angiogenesis dan extracellular matrix remodeling, seperti uPA, integrin-β3, MMP-1, MMP-3, MMP-9, MAPK yaitu enzim akan mengaktivasi Ets-2 dan Ets-1 ,
TRANSKRIPTOMIKA
Transkriptomika transcriptomics merupakan bagian dari biologi molekular yang mempelajari produk transkripsi (transkriptom). Produk transkripsi hanyalah RNA, sehingga transkriptomika sebagai ilmu tentang RNA dalam suatu organisme, oleh sebab dinamika RNA dalam sel dipelajari maka protein (vis a vis enzim) dan zat lain juga dipelajari dengan modifikasi RNA,
pada transkriptomika, peran PCR dan pemakaian cDNA sangat penting , RNA bersifat tidak stabil dan mudah terpengaruh lingkungan sel, pengubahan RNA hasil ekspresi menjadi cDNA memakai PCR mengakibatkan komposisi hasil ekspresi gen dapat dilihat,
HETEROKROMATIN
heterokromatin yaitu bentuk yang padat tertutup dari kromatin, heterokromatin menjadi sangat padat ketika interfase dan pembelahan sel, heterokromatin pada pewarnaan histologi kromosom ditunjukkan pada area dengan warna gelap
PRODUK GEN
produk gen merujuk pada bahan biokimia seperti protein atau RNA hasil ekspresi dari suatu gen. pengukuran jumlah produk gen dipakai untuk mengukur keaktifan gen , jumlah produk gen yang tidak normal bisa dikorelasikan dengan laler penyebab penyakit, seperti aktivitas berlebihan dari onkogen, yang memicu kanker,
