Nukleus

NUKLEUS • STRUKTUR ULTRA NUKLEUS • FUNGSI NUKLEUS • ASAM NUKLEAT DAN SINTESIS PROTEIN

BIOSEL 2006

1

STRUKTUR ULTRA NUKLEUS

BIOSEL 2006

2

• Berbentuk bulat •Ukuran φ 5 µm • Terbungkus oleh dua lapis membran & dalam)

(luar

• Terdapat nuclear pore complex • Didalamnya terdapat nucleolus dan matriks nucleus • Mengandung sebagian besar gen

BIOSEL 2006

3

NUCLEAR PORE COMPLEXES

15 - 20 pores/ µm2

BIOSEL 2006

4

DIAGRAM SKEMATIK NUKLEUS

BIOSEL 2006

5

BIOSEL 2006

6

STRUKTUR SELUDANG NUKLEUS

BIOSEL 2006

7

BAGIAN2 NUKLEUS Membran nukleus ◗ Nukleolus ◗ Nukleoplasma ◗ Kromatin ◗

BIOSEL 2006

8

• Seludang nukleus tersusun atas membran luar, membran dalam dan komplex pori-pori/lubang • Antara membran luar dan dalam terdapat rongga yang disebut perinuclear compartement • Perinuclear compartement berhubungan langsung dengan cisternae dari RE

BIOSEL 2006

9

• Membran luar berhubungan langsung dengan Ribosom dan RE • Kompleks pori terdiri dari lubang/ pori dan annulus Diameter pori tersebut 80 - 90 nm • Diameter kompleks pori 120 - 140 nm • Annulus terdiri dari 8 membran protein

BIOSEL 2006

10

Perinuclear compartement

20 - 40 nm

BIOSEL 2006

11

NUKLEOLUS Nukleolus tidak bermembran ◗ Bentuk bulat, Ukuran φ 0,3 mikron ◗ Fungsi sintesa ribosom ◗ DNA r RNA transkrip ◗

BIOSEL 2006

12

NUKLEOPLASMA Sifat lebih kental dari sitoplasma ◗ Berisi butir-butir kromatin, nukleolus, nukleoprotein ◗ Asam nukleat : DNA dan RNA ◗ Protein dan garam2 mineral ◗

BIOSEL 2006

13

 Nukleoprotein * Protamin, * Histon * Non histon * Enzim nukleus DNA polimerase, RNA polimerase adenosin diaminase, guanase, nukleofosforilase BIOSEL 2006

14

KROMATIN Butir2 atau benang2 halus dalam nukleus yg dapat mengikat zat warna basa = basofil ◗ Mitosis : kromatin kromosom ◗ Kromatin terdiri dari DNA dan Protein Histon, sbg teras ◗

BIOSEL 2006

15

ASAM NUKLEAT DAN SINTESIS PROTEIN

BIOSEL 2006

16

STRUKTUR ASAM NUKLEAT • Asam nukleat terdiri atas: Gula 5 karbon (pentosa): Deoksiribosa (DNA) atau ribosa (RNA); Basa nitrogen; dan osfat

BIOSEL 2006

17

STRUKTUR ASAM NUKLEAT Gula pentosa 5’ OH

CH2 4’

OH

O H

H

H

H 3’

1’

2’ OH

H

Deoksiribosa BIOSEL 2006

18

5’ OH

CH2 4’

OH

O H

H

H

H 3’

1’

2’ OH

OH Ribosa BIOSEL 2006

19

Basa nitrogen NH2

O

6

N

5

1

H

N

N

7 8

2

4 3 N

9 N

NH2

N 5

1 2 3 N

4

7 9 N

8

H

H

Adenin

6

Purin BIOSEL 2006

Guanin 20

O

NH2 H N

4 3

5

2

6

O

1 N

N

O

CH3

3

5

2

6

1 N H

H

Sitosin

4

Pirimidin BIOSEL 2006

Thymin 21

O H N

O

4 3

5

2

6

1 N

H

H

Urasil BIOSEL 2006

22

• Nukleosida adalah struktur yang terbentuk oleh adanya ikatan antara gula pentosa dan basa nitrogen dengan ikatan glikosidik • Basa akan selalu terikat pada posisi 1’ dari pentosa • Titik ikatan pada basa adalah posisi-1 (N-1) pada Pirimidin dan posisi-9 (N9) pada Purin

BIOSEL 2006

23

BIOSEL 2006

24

• DNA: adalah sebuah polinukleotida • Terbentuk ketika 5’ fosfat dari satu nukleotida berikatan dengan 3’ -OH dari nukleotida yang lain, dengan cara menghilangkan gugus -OH dari posisi 3’ • Ikatan 3’ - 5’ disebut ikatan posphodiester

BIOSEL 2006

25

NH2 4

-

O 5’

O

-

P

O

O

3

6

2 1

CH2

4’

O H

3’

NH2 H

H

P O

6

N

2’ O

O

O

N

H

-

N

5

H

5

1

9 N

4

2

8

5’ O

N

7

CH2

4’

O H

H

H

H

3’ OH BIOSEL 2006

3 N

2’ H

26

• Pada umumnya DNA adalah double helix • Kedua rantai yang terpisah saling memilin, searah jarum jam (right-handed), dan terdapat 10 bp/putaran • Ikatan gula dan fosfat berada diluar dan basa-basa bertumpuk satu dengan lainnya di bagian tengah • Dua pita dalam double helix membentuk major dan minor grooves BIOSEL 2006

27

• Kedua pita DNA dihubungkan secara nonkovalen oleh ikatan hidrogen antara dua basa dari dua pita yang berlawanana • Kedua pita tersusun antiparallel • Kedua pita bersifat komplemen • Ikatan hidrogen bersifat khusus/unik

BIOSEL 2006

28

3

6

5

CH N

7

5

1

9 N

4

2

2 O

6

N

H

N

3

NH

H

1 N

4

O H

8 3 N

BIOSEL 2006

29

H N

H

4 N

O

7 8

9 N H

5 4

1

6 2

1 N

N O

H

2 3 N

3

H

6

N

5

H

N H

BIOSEL 2006

30

BIOSEL 2006

31

• Sekuen basa pada DNA mengkode informasi genetik

BIOSEL 2006

32

SINTESIS PROTEIN Gen adalah segmen DNA yang mengkode sebuah protein tertentu / segmen DNA yang dapat ditranskripsi

BIOSEL 2006

33

DNA

3’

5’

Template/antisense/noncoding strand

5’

Nontemplate/sense/coding strand

3’

BIOSEL 2006

34

• Sekuen DNA selalu ditulis 5’ - 3’ • Sekuen DNA biasanya adalah dari Nontemplate/coding/sense strand

BIOSEL 2006

35

mRNA

protein translasi

Sifat

ekspresi

transkripsi

BIOSEL 2006

36

• Kode genetika: 43 = 64 kodons • Hanya 20 asam amino, sehingga 1 asam dikodekan oleh lebih dari satu kodon; dikenal dengan Degenerasi/redundansi • Kodon berbeda yang mengkode Asam amino yang sama disebut sinonim • Variasi kodon tersebut terjadi pada basa ketiga. Gejala ini disebut Wobble position • Valin: GUU, GUC, GUA, GUG BIOSEL 2006

37

• Dari ke 64 kodon tsb, hanya 61 yang mengkode AA. • 1 start kodon = Metionin (AUG) • 3 termination kodon UAG, UGA, UAA

BIOSEL 2006

38

• ORF (Open Reading Frame) adalah satu set kodon yang berjalan berturutan, yang dimulai dengan start kodon dan diakhiri dengan stop kodon

BIOSEL 2006

39

Promoter

coding sequence

Termination sequence

Promoter initiates transcription; affects when, where, and how much gene product is produced. Termination sequence marks end of gene BIOSEL 2006

40

TRANSKRIPSI • Adalah proses sintesis RNA dari sekuen DNA sebuah gen oleh ensim RNA polymerase • RNA diproduksi dengan menggunakan template/anti-sense/non-coding strand • RNA merupakan copy dari nontemplate/sense/coding strand

BIOSEL 2006

41

mRNA PROCESSING • Hasil proses transkripsi sebuah gen yang mengkode protein adalah sebuah pre-mRNA • Pre-mRNA (pada eukariotik) terdiri dari intron dan exon

BIOSEL 2006

42

mRNA PROCESSING • Langkah pertama: Splicing, yaitu menghilangkan sekuen non-coding (intron), sehingga menghasilkan mRNA tanpa intron • Langkah kedua: 5’Capping, yaitu menambahkan 7-methylguanosin (GTP + CH3), pada ujung 5’ untuk menghindari degradasi exonuklease pada ujung 5’ BIOSEL 2006

43

mRNA PROCESSING • Langkah ketiga: 3’ Polyadenilatin, yaitu menambahkan ± 250 Adenin pada ujung 3’, sehingga membentuk ekor poli-A, untuk menghindari degradasi exonuklease pada ujung 3’ Setiap mRNA pasti mengandung ekor poli-A.

BIOSEL 2006

44

BIOSEL 2006

45

tRNA PROCESSING • Sebanyak 74 – 95 nukleotida RNA membentuk struktur berbentuk daun cengkih (cloverleaf structure)

BIOSEL 2006

46

tRNA 3’ A C 5’

Acceptor arm

C

TϕC arm dHU arm Optional arm

Anticodon arm

BIOSEL 2006

47

• Acceptor arm: memiliki ujung CCA3’, yang tidak berpasangan, dan merupakan titik pengikatan tRNA dengan Asam Amino • Anticodon arm: berperan untuk mengenali dan melekatkan diri pada codon dalam mRNA BIOSEL 2006

48

rRNA PROCESSING • rRNA terbentuk dari asosiasi antara ribosom dengan RNA • Ribosom Prokariotik 70S • Ribosom Eukariotik 80S

BIOSEL 2006

49

TRANSLASI • Adalah proses sintesis protein dalam sel • mRNA akan menentukan sekuen AA dalam sebuah protein • Peran tRNA sangat penting karena akan mengantarkan AA ke dalam ribosom

BIOSEL 2006

50

• terdapat 31 – 40 tRNA • Sehingga 1 AA kemungkinan akan dibawa oleh > 1 tRNA • tRNA berbeda yang membawa AA yang sama disebut Isoacceptors

BIOSEL 2006

51

PROSES TRANSLASI •

AA akan berikatan dengan tRNA pada proses yang disebut Aminoacylation/charging, yang kemudian akan mengenali kodon pada mRNA

• Pengenalan antikodon (tRNA) dengan kodon (mRNA) dengan prinsip komplementaritas pasangan basa BIOSEL 2006

52

3. Tahapan translasi: • Inisiasi (Initiation): adalah pengikatan ssRibosom dengan mRNA membentuk sebuah “inisiation complex” • Proses ini dimulai dari AUG (met) sehingga kodon ini disebut ‘translation initiation codon”

BIOSEL 2006

53

b. Pemanjangan/elongation: • Dimulai dengan penggabungan lsRibosom pada inisiation complex • Sehingga terbentuk 2 buah ruangan pada kompleks, dimana satu ruangan telah diisi oleh tRNA Met, dan ruangan yang kedua diisi oleh tRNA yang ditentukan oleh kodon kedua dari mRNA. BIOSEL 2006

54

• Kompleks ini kemudian akan bergeser kearah 3’ (downstream) sehingga ruangan pertama akan disi oleh tRNA kedua, dan ruangan kedua akan diisi oleh tRNA ketiga yang ditentukan oleh kodon ketiga dst.

BIOSEL 2006

55

a. Terminasi (termination): • tRNA tidak akan mampu berikatan dengan termination codon • Terdapat beberapa protein yang disebut “Release Factors” yang akan mengenali kodon stop (UAA, UAG, UGA), dan akan menambahkan air pada polipeptida, sehingga terjadi pelepasan polipeptida. BIOSEL 2006

56

BIOSEL 2006

57

SIKLUS SEL

• Sebuah pergerakan dari satu pembelahan sel ke pembelahan sel berikutnya • Periode diantara dua pembelahan sel yang berurutan

BIOSEL 2006

58

• Pada saat siklus sel, sel harus melakukan replikasi seluruh isinya, kemudian mengorganisasi distribusi komponenkomponennya secara sama ke kedua anakannya • Fase-fase: G1 (gap1), S (sinthesis, dimana replikasi DNA dilakukan secara sempurna), G2 dan M (mitosis)

BIOSEL 2006

59

SIKLUS SEL G2

M

Interfase

CELL CYCLE S

G1

BIOSEL 2006

60

SISTEM KONTROL PEMBELAHAN SEL 1. Sistem kontrol siklus sel: yaitu fungsi untuk mengatur tahap-tahap dalam siklus sel (G1, S, G2, M).

2. Sistem kontrol pertumbuhan: yang mengatur transisi-transisi populasi sel untuk “masuk” atau “keluar” tahap proliferasi

BIOSEL 2006

61

G2

DNA Synthesis

S

M

Mitosis

CELL CYCLE G1

Developmental signals

Growth factor G0

Terminal Differentiation

BIOSEL 2006

62

SISTEM KONTROL SIKLUS SEL 1. Sel tidak boleh memasuksi fase mitosis, sampai dengan DNA nukleus bereplikasi “sekali”(-----unequal, incomplete genome). 2. Sitokinesis tidak boleh berlangsung jika terjadi malfungsi benang spindel yang menghambat segregasi kromosom secara sempurna selama mitosis. BIOSEL 2006

63

3. Karena kebanyakan sel yang terdifferensiasi berhenti dari siklus sel selama fase G1, maka harus ada sistem kontrol yang memonitor dan merespon sinyal dan kondisi lingkungan sehingga keputusan untuk membelah atau berdeferensiasi merupakan keputusan yang sahih.

BIOSEL 2006

64

4. Replikasi kromosom tidak boleh dimulai jika mitosis dari siklus sebelumnya belum selesai.

5. Harus ada signal atau cek untuk meyakinkan perbanyakan organel-organel dan struktur sitoplasma ternasuk dalam framework pengaturan mitosis

BIOSEL 2006

65

G2

DNA Synthesis

S

M

Mitosis

CELL CYCLE G1

BIOSEL 2006

66

G1

• Apakah kondisi nutrisi mencukupi? • Apakah ukuran sel sudah cukup besar? • Apakah mitosis sebelumnya sudah selesai?

BIOSEL 2006

67

G1

• dikontrol oleh SPF (S-phase Promoting Factor)

BIOSEL 2006

68

CycD3/ inactive

G1

Cdk CycD3/ inactive

Cdk CycD3/ active

CA

K

PO4

BIOSEL 2006

69

G2

• Apakah replikasi DNA sudah selesai? • Apakah kerusakan DNA sudah diperbaiki?

BIOSEL 2006

70

G2

• Dikontrol oleh MPF (Maturation/M-phase Promoting Factor) • MPF : terdiri atas p34 (protein kinase/cdc/ cdk) dan cyclin. • Cdk : ensim yang berfungsi untuk menambahkan fosfat ke substrat. • Cyclins: protein yang mengatur kinase BIOSEL 2006

71

PO4 PO4

PO

4

K A C B

lin c y C

inB

cdc2 ve i t c ina

cdc2 active

tiv e

G2

ac in

cd c2

cdc2 e tiv c a in

Cycl

CyclinB

BIOSEL 2006

72

M

Mitosis

Profase • kromosom menjadi nyata • terbentuk kromatids • membran nukleus mulai hancur

BIOSEL 2006

73

M

Mitosis

Metafase • membran nukleus dan nukleus hilang • kromatids mulai menempatkan diri di equator

BIOSEL 2006

74

M

Mitosis

Anafase • centromer terbelah, sehingga kromatids terpisah • Kromatid tertarik oleh spindel ke arah kutub sel

BIOSEL 2006

75

M

Mitosis

Telofase • terbentuk dua set khromosom yang terpisah di masing-masing kutub sel • kromosom mulai tampak tidak nyata • terbentuk membran inti • diikuti oleh sitokinesis BIOSEL 2006

76