Plant Protein DNA &RNA

1. Plant ProteinDNA &RNA Fenotip Trankripsi Translasi Jalurbiokimia mRNA Protein DNA tRNA MochammadRoviq rRNA

2. Protein = Proteios = Pratama • In fact, the importance of proteins is underscored by their name, which comes from the Greek word proteios, meaning "first place” • Proteins account for more than 50% of the dry mass of most cells, and they are instrumental in almost everything organisms do. • Some proteins speed up chemical reactions, while others play a role in structural support storage, transport, cellular communication, movement, and defense against foreign substances

3. Protein for human • Globally, about 70% of the human demand for protein is met by the consumption of seeds, either directly, or indirectly by feeding them to animals for meat production, for human nutrition. • However, in many plant storage proteins, the content of certain amino acids essential for the nutrition of humans and animals is too low. • In cereals, the storage proteins are deficient in threonine, tryptophan, and particularly lysine, whereas in legumes there is a deficiency of methionine. • Since these amino acids cannot be synthesized by human metabolism, humans depend on being supplied with them in their food

4. Plant Protein • Products of nitrate assimilation are deposited in plants as storage proteins • The amino acids formed as products of nitrate assimilation are stored as proteins. • These are mostly special storage proteins, which have no enzymatic activity and are often deposited in the cell within protein bodies. • Protein bodies are enclosed by a single membrane and are derived from the endomembrane system of the endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus or the vacuoles. • In potato tubers, storage proteins are also stored in the vacuole

5. The end product of nitrate assimilation is a whole spectrum of amino acids

6. CO2 assimilation provides the carbon skeletons required for the synthesis of the various amino acids.

7. Most of Enzymes are protein • Life would not be possible without enzymes, most of which are proteins. • Enzymatic proteins regulate metabolism by acting as catalysts, chemical agents that selectively speed up chemical reactions without being consumed by the reaction • Because an enzyme can perform its function over and over again, these molecules can be thought of as workhorses that keep cells running by carrying out the processes of life.

8. Globulins are the most abundant storage proteins • Storage globulins occur in varying amounts in practically all plants. • The most important globulins belong to the legumin and vicilin groups. • Both of these globulins are encoded by a multigenefamily • Leguminis the main storage protein of leguminous seeds. • In broad bean, for instance, 75% of the total storage protein consists of legumin.

9. Prolamins are formed as storage proteins in grasses • Prolamins are contained only in grasses, such as cereals. • Also in glutenin, which occurs in the grains of wheat and rye, monomers are linked by S-S bridges. • The glutenin molecules differ in size. • The suitability of flour for bread-making depends on the content of high molecular glutenins, and therefore flour from barley, oat, or maize lacking glutenin, is not suitable for baking bread. • Since the glutenin content is a critical factor in determining the quality of bread grain, investigations are in progress to improve the glutenin content of bread grain by genetic engineering

10. Protein = Polypeptides • Diverse as proteins are, they are all polymers constructed from the same set of 20 amino acids. • Polymers of amino adds are called polypeptides. • A protein consists of one or more polypeptides, each folded and coiled into a specific three-dimensional structure

11. Protein • Satu asam amino terdiri atas satu gugus amino, satuguguskarboksil, satu atom hidrogen, dansaturantaisamping yang terikatpada atom karbon. • Susunan tetrahedral keempatgugustersebutmenentukanaktivitasoptikasam amino sehinggaadaduabentuk isomer yaitu L-isomer dan D-isomer.

12. Asam amino • Asam aminomemilikigugusfungsionalkarboksil (-COOH) danamina (-NH2). • Keduanyaterikatpadasatu atom karbon (C) yang sama (disebut atom C "alfa" atauα). • Guguskarboksilmemberikansifatasamdangugusaminamemberikansifatbasa. • Dalambentuklarutan, asam amino bersifatamfoterik: cenderungmenjadiasampadalarutanbasadanmenjadibasapadalarutanasam. • Perilakuiniterjadikarenaasam amino mampumenjadizwitter-ion.

13. R (residue/rantaisamping) Asam amino • Perbedaanutamaantarasatuasam amino dengan yang lainnyaterletakpadagugussampingnya. • Rantaisampingasam amino dapatdibedakanatas: • polar, bermuatannegatif (aspartat, asamglutamat), • polar, bermuatanpositif (arginin, histidin, lisin), • polar, tidak bermuatan (asparagin, glutamin, serin, dan treonin), • nonpolar/hidrofobik (alanin, sistein, isoleusin, leusin, metionin, fenilalanin, prolin, triptofan, tirosin, danvalin), • netral (glisin).

14. Asamimino • Asam amino paling sederhanastrukturnyaadalahglisinyang hanyamempunyaisatu atom hidrogenpadagugussampingnya. • Prolinadalahasam amino yang strukturdasarnyaberbedadariasam amino yang lain karena atom N-nyaadadalamstrukturcincin, sehinggaprolinlebihsesuaidinamakanasamimino. • Strukturprolin yang demikianmenyebabkanterjadinyabengkokanpadastruktur protein sehinggamempengaruhiarsitektur protein.

15. Asam amino non polar • Memiliki gugus R alifatik (Alifatik : bahasaYunanialeiphar, berartiminyakataulemak) adalahsenyawaorganik yang tidakmempunyaigugusfenil (bahasaInggris: aromatic ring). • Glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin dan prolin • Bersifat hidrofobik.

16. Asam amino dengan gugus R aromatik • Tirosingugushidroksil , triptofancincinindol • Sehingga mampu membentuk ikatan hidrogen  penting untuk menentukan struktur enzim • Fenilalanin, tirosindantriptofan • Bersifatrelatif non polar hidrofobik • Fenilalanin bersama dgn V, L & I  asam amino paling hidrofobik

17. Asam amino dengangugus R bermuatanpositif • Lisin, arginin, danhistidin • Mempunyaigugus yang bersifatbasapadarantaisampingnya • Bersifat polar terletakdipermukaan protein dapatmengikat air. • Histidinmempunyaimuatanmendekatinetral (padagugusimidazol) dibanding • lisingugus amino • arginingugusguanidino • Karenahistidindapatterionisasipada pH mendekati pH fisioligisseringberperandlmreaksienzimatis yang melibatkanpertukaran proton

18. Polar, uncharged amino acids • The side-chains of asparagine (Asn or N) and glutamine (Gln or Q), the amide derivatives of Asp and Glu, respectively, are uncharged but can participate in hydrogen bonding. • Serine (Ser or S) and threonine (Thr or T) are polar amino acids due to the reactive hydroxyl group in the side-chain, and can also participate in hydrogen bonding (as can the hydroxyl group of the aromatic amino acid Tyr).

19. Struktur protein #1 Dapatdibedakandalamempat model : • Struktur primermenyatakan susunan linear asam-asam amino sepanjang rantai polipeptida. • Struktursekundermenggambarkanpolapelipatan (folding) bagian-bagianpolipeptidakedalamstruktur yang teratur, misalnyaheliksdanlembaranterlipat-β (β pleated sheet)

20. Struktur protein #2 • Strukturtersiermenggambarkanpelipatanbagian-bagianantaraheliks-αdanlembaran- βsertasemuainteraksinonkovalen yang menyebabkanterjadinyapelipatan yang sesuaipadasuaturantaipolipeptida. lnteraksinonkovalentersebutantara lain ikatanhidrogen, ikatanhidrofobik, daninteraksi van der Waals. • Strukturkuaterner, menunjukkaninteraksinonkovalen yang mengikatbeberaparantaipolipeptidakedalamsatumolekultunggal protein, misalnya hemoglobin.

21. Look for a moment…….. Fenotip Trankripsi Translasi Jalurbiokimia mRNA Protein DNA tRNA rRNA

22. GENES – PROTEIN - PHENOTIPE

23. Asamnukleat : DNA - RNA Asamnukleatadalahsuatupolimernukleotida yang berperanandalampenyimpanansertapemindahaninformasigenetik. Satunukleotidaterdiriatastigabagianyaitu : • Cincinpurinataupirimidin, • Molekulguladengan 5 atom C (pentosa). • Gugusfosfat

24. CincinPurindanPirimidin • yaitubasa nitrogen yang terikatpadapada atom C nomor 1 suatumolekulgula (ribosaataudeoksiribosa) melaluiikatan N-glukosidik • Basapurinterdiriatasadenine (A)danguanine (G),sertabasapirimidin yang terdiriatasthymine (T),cytosine (C),danuracil (U). • Baik DNA (deoxyribonucleic acid) maupun RNA (ribonucleic acid tersusunatas A, G, C, tetapi T hanyaadapada DNA sedangkan U hanyaadapada RNA. • Akantetapiadaperkecualian, yaitubahwapadabeberapamolekultRNAterdapatbasa T, sedangkanpadabeberapabakteriofag DNA-nyatersusunatas U danbukanbasa T.

25. Pentosadangugusfosfat • Molekulguladengan 5 atom C (pentosa).Pada RNA gulanyaadalahribosa, sedangkanpada DNA gulanyaadalahdeoksiribosa. Perbedaanantarakeduabentukgulatersebutterletakpada atom C nomor 2. Pada RNA, atom C nomor 2 berikatandengangugushidroksil (OH) sedangkanpada DNA atom C nomor 2 berikatandengan atom H. • Gugusfosfat yang terikatpada atom C nomor 5 melaluiikatanfosfoester. Gugusfosfatinilah yang menyebabkanasamnukleatbermuatannegatifkuat.

26. Ikatanfosfodiesterantarnukleotida. • Suatubasa yang terikatpadasatugugusguladisebutnukleosida, sedangkannukleotidaadalahsatunukleosida yang berikatandengangugusfosfat. • Di dalammolekul DNA atau RNA, nukleotidaberikatandengannukleotida yang lain melaluiikatanfosfodiester • Basapurindanpirimidintidakberikatansecarakovalen satu sama lain. • Oleh karena itu, suatu polinukleotida tersusun atas kerangkagula-fosfat yang berselang-selingdanmempunyaiujung 5'-P dan 3'-OH. • Asamnukleat yang mempunyaiujungdemikianumumterdapatdialam, meskipunasamnukleat yang mempunyaiujung 5'-OH dan 3'-P dapatdisintesissecaraKimiawi.

27. Strukturmolekul DNA James Watson dan Francis Crick • Untai-ganda DNA tersusunolehduarantaipolinukleotida yang berpilin. Keduarantaimempunyaiorientasi yang berlawanan (antiparalel): • Rantai yang satumempunyaiorientasi 5'  3', sedangkanrantai yang lain berorientasi 3'  5'. • Keduarantaitersebutberikatandenganadanyaikatanhidrogenantarabasaodenine (A) dengan thymine (T), danantaraguonine (G) dengancitosine (C). • lkatanantara A-T berupaduaikatanhidrogen, sedangkanantara G-C berupatigaikatanhidrogensehinggaikatan G-C lebihkuat • Spesifisitaspasanganbasasemacaminidisebutsebagaikomplementaritas (complementority) Pada masing-masing rantai DNA ada ujung 5'-fosfat (5'-P) dan ujung 3'-OH

28. Strukturuntaiputar-kanan (right-handed helix). • Struktur DNA yang dikemukakan Watson dan Crick adalahstruktur paling umumterdapatdialam. • Struktursemacaminidisebutsebagaistrukturuntaiputar-kanan (right-handed helix). • Strukturtersebutdikelompokkan : • Molekul DNA tipe B, tipeBmempunyailekukanbesardanlekukankecil. • Dibandingkandengantipe A, lekukanbesarpadatipe B lebihmudahmengikat protein tertentukarenalekukanbesarpadatipe A lebihdalam. • BentukAlebihmenyerupaikonformasibagianuntai-gandamolekul RNA (misalnyapadatRNA).

29. Strukturzig-zag (Z) • DNA tipe Z adalahsatu-satunya DNA yang untaiannyamempunyaiorientasiputar-kiri (left-handed). • Molekul DNA tipesemacaminimempunyaikerangkagula-fosfat yang berbentuk zigzag(sehinggadisebut Z). • Struktur DNA Z tidakhanyaterjadipadamolekul yang mempunyaipoli(dC-dG), melainkanjugaterjadipadabagianpolinukleotida yang basa-basapurindanpirimidinnyabergantianmisalnya: ACACACAC. • Lebihjauhlagi, jikabasa-basapurindanpirimidin yang adasecarabergantiantersebutterletakpadamolekul DNA yang panjangmisalnya: TGATCCGCGCGCGCAGTCTT....

30. Replikasi DNA • Replikasiialahprosesperbanyakanbahangenetik • Pengkopianrangkaianmolekulbahangenetik (DNA atau RNA) sehinggadihasilkanmolekulanakan yang sangatidentik

31. Model semikonservatif • Model replikasi DNA secarasemikonservatifmenunjukkanbahwa DNA anakanterdiriataspasanganuntaian DNA indukdanuntaian DNA hasilsintesisbaru. • Model inimemberikangambaranbahwauntaian DNA indukberperanansebagaicetakan (template) bagipembentukanuntaian DNA baru. • Molekul DNA untai-gandaterdiriatasduauntaimolekul DNA yang berpasangansecarakomplementeryaituantarabasanukleotida A dengan T, danantara C dengan G.

32. Komponen utama replikasi • DNA cetakan, yaitu molekul DNA atau RNA yang akan direplikasi. • Molekul deoksiribonukleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP, dan dGTp. Deoksiribonukleotida terdiri atas tiga komponen yaitu: (i) basa purin atau pirimidin, (ii) gula 5-karbon( deoksiribosa) dan (iii) gugus fosfat. • Enzim DNA polimerase, yaitu enzim utama yang mengkatalisi proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA. • Enzim primase, yaitu enzim yang mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA. • Enzim pembuka ikatan untaian DNA induk, yaitu enzim helikase dan enzim lain yang membantu proses tersebut yaitu enzim girase. • Molekul protein yang menstabilkan untaian DNA yang sudah terbuka,yaitu protein SSB (single strand binding protein). • Enzim DNA ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk menyambung fragmen-fragmen DNA.

33. Replikasi DNA

34. Mekanisme dasar replikasi • Denaturasi (pemisahan) untaian DNA induk, • Peng-"awal"-an( initiation, inisiasi) sintesis DNA. • Pemanjangan untaian DNA, • Ligasi fragmen-fragmen DNA, dan • Peng-"akhir"-an (termination, terminasi) sintesis DNA.

35. Arahreplikasi DNA • Sintesisuntaian DNA yang baruakandimulaisegerasetelahkeduauntaian DNA indukterpisahmembentukgarpureplikasiPemisahankeduauntaian DNA indukdilakukanolehenzimDNA helikase • Sintesis DNA berlangsungdenganorientasi 5'-P  3'-OH. • Olehkarenaadaduauntaian DNA cetakan yang orientasinyaberlawanan, makasintesiskeduauntaian DNA barujugaberlangsungdenganarahgeometris yang berlawanannamunsemuanyatetapdenganorientasi 5'  3'

36. Kontinyu - Diskontinyu • Sebaliknyasintesisuntaian DNA yang berlawananarahgeometrinyadenganarahpembukaangarpureplikasidilakukansecaratahapdemitahap (sintesissecaradiskontinu). Hal initerjadikarenaprosespolimerisasipadauntaian DNA inihanyadapatdilakukansetelah DNA cetakannyamembukaseiringdenganmembukanyagarpureplikasi. Untaian DNA yang disintesissecaralambatsemacaminidisebutuntaian DNA lambat (lagging strand) • Sintesisuntaian DNA baru yang searahdenganpembukaangarpureplikasidapatberlangsungtanpaterputus (sintesissecarakontinu). Untaian DNA yang disintesissecarakontinusemacaminidisebutsebagaiuntaian DNA awal (leading strand).

37. Polimerasi • Padauntaian DNA awal, polimerisasi DNA berlangsungsecarakontinusehinggamolekul DNA baru yang disintesismerupakansatu unit. • Sebaliknya, padauntaian DNA lambatpolimerisasidilakukanfragmendemifragmen. • Fragmen-fragmen DNA pendektersebutpadaakhirnyadisambung (ligasi) denganenzim DNA ligasesehinggamenjadi unit yang utuh. • Fragmen-fragmen DNA pendek yang disintesistersebutdisebutfragmen Okazaki, karenafenomenasintesis DNA secaradiskontinutersebutpertama kali iungkapkanoleh Reiji Okazaki padatahun 1968

38. Transkripsi : DNA  RNA (mRNA) • Transkripsiadalahprosespenyalinankode-kodegenetik yang adapadaurutan DNA menjadimolekul RNA. • Tianskripsiadalahproses yang mengawaliekspresisifat-sifatgenetik yang nantinyaakanmunculsebagaifenotipe. • Urutannukleotidapadasalahsatuuntaianmolekul RNA digunakansebagaicetakan (template) untuksintesismolekul RNA yang komptementer

39. Molekul RNA • Mololekul RNA yang disintesis dalam proses transkripsi dapat dibedakan menjadi tiga yaitu;(1) mRNA (messenger RNA), (2) tRNA (transfer RNA); dan (3) rRNA (ribosomol RNA). • Molekul mRNA adalah RNA yang merupakan salinan kode-kode genetik pada DNA yang dalam proses selanjutnya (yaitu proses translasi),akan diterjemahkan menjadi urutan asam-asam amino yang menyusun suatu, polipeptida yaitu protein tertentu. • Molekul tRNA adalah RNA yang berperan membawa asam-asam amino sfesifik yang akan digabungkan dalam proses sintesis protein (tranlasi). • Molekul rRNA adalah RNA yang digunakan untuk menyusun ribosom yaitu suatu partikel di dalam sel yang digunakan tempat untuk sintesis protein

40. Prosestranskripsi • Beberapa komponen utama yang terlibat adalah: • Urutan DNA yang akan ditranskripsi (cetakan/template) • Enzim RNA polimerase, • Faktor-faktor transkripsi, dan • Prekursor untuk sintesis RNA. • Urutan DNA yang ditranskripsi adalah gen yang diekspresikan. Gen dapat diberi batasan sebagai suatu urutan DNA yang mengkode uruton lengkap asam amino suatu polipeptida atau molekul RNA tertentu. • Gen yang lengkap terdiri atas tiga bagian urama,yaitu: • Daerah pengendali (regulatory region) yang secara umum disebut promoter, • Bagian struktural,dan • Terminator.

41. Promoter, Gen, Terminator • Promoter adalahbagian gen yang berperanandalammengendalikanprosestranskripsidanterletakpadaujung 5'. • Bagianstrukturaladalahbagian gen yang terletakdisebelahhilir (downstream) dari promoter. Bagianinilah yang mengandungurutan DNA spesifik (kode-kodegenetik) yang akanditranskripsi. • Terminator adalahbagian gen yang terletakdisebelahhilirdaribagianstruktural yang berperanandalampengakhiran (terminasi) prosestranskripsi

42. Mekanisme dasar transkripsi • Transkripsi (sintesis RNA) dilakukanmelaluibeberapatahapanyaitu: • Faktor-faktor yang mentendalikantranskripsimenempelpadabagian promoter. • Penempelanfaktor-faktorpengendalitranskripsimenyebabkanterbentuknyakompleks promoter yang terbuka (open promoter complex). • RNA polimerasemembacacetakan (DNA template) danmulaimelakukanpengikatannukleotida yang komplementerdengancetakannya. • Setelahterjadiprosespemanjanganuntaian RNA hasilsintesis, selanjutnyadiikutidenganprosespengakhiran (terminasi) transkripsi yang ditandaidenganpelepasan RNA polimerasedari DNA yang ditranskripsi

44. Karakter kimiawi transkripsi • Prekursor untuk sintesis RNA adalah empat macam ribonukleotida yaitu 5'-trifosfat ATP GTP CTP dan UTP (pada RNA tidak ada thymine). • Reaksi polimerisasi RNA pada prinsipnya sama dengan polimerisasi DNA, yaitu dengan arah 5'  3'. • Urutan nukleotida RNA hasil sintesis ditentukan oleh cetakannya yaitu urutan DNA yang ditranskripsi. Nukleotida RNA yang digabungkan adalah nukleotida yang komplementer dengan cetakannya. Sebagai contoh, jika urutan DNA yang ditranskripsi adalah ATG, maka urutan nukleotida RNA yang digabungkan adalah UAC. • Molekul DNA yang ditranskripsi adalah molekul untai-ganda tetapi yang berperanan sebagai cetakan hanya salah satu untaiannya. • Hasil transkripsi berupa molekul RNA untai tunggal.

45. TRASLASI

46. How Cells Read the Genome: From DNA to Protein • Genes can be expressed with different efficiencies. • In this example, gene A is transcribed and translated much more efficiently than gene B. • This allows the amount of protein A in the cell to be much greater than that of protein B.

47. FROM RNA TO PROTEIN • An mRNA Sequence Is Decoded in Sets of Three Nucleotides • Once an mRNA has been produced by transcription and processing, the information present in its nucleotide sequence is used to synthesize a protein. • Transcription is simple to understand as a means of information transfer: since DNA and RNA are chemically and structurally similar, the DNA can act as a direct template for the synthesis of RNA by complementary base-pairing.

48. Genetic code • In contrast, the conversion of the information in RNA into protein represents a translation of the information into another language that uses quite different symbols. • Moreover, since there are only 4 different nucleotides in mRNA and 20 different types of amino acids in a protein, this translation cannot be accounted for by a direct one-to-one correspondence between a nucleotide in RNA and an amino acid in protein. • The nucleotide sequence of a gene, through the intermediary of mRNA, is translated into the amino acid sequence of a protein by rules that are known as the genetic code

49. Genetic code • Any series of three bases (or nucleotides) in the DNAprescribes for an amino acid in the protein chain, or gives a ‘stop transcribing’ signal. The bases are always read from left to right. The chain usually starts with ATG or methionine (Met). Abbreviations used: A, adenine; G, guanine; C, cytosine; T, thymine (or U, uracil in RNA). Ala, alanine; Arg, arginine; Asn, asparagine; Asp, aspartic acid; Cys, cysteine; Gln, glutamine; Glu, glutamic acid; Gly, glycine; His, histidine; Ile, isoleucine; Leu, leucine; Lys, lysine; Met, methionine; Phe, phenylalanine; Pro, proline; Ser, serine; Thr, threonine; Trp, tryptophan; Tyr, tyrosine; Val, valine

50. Kode genetik • Di alam ada 20 macam asam amino yang umum terdapat di dalam struktur polipeptida jasad hidup. • Masing-masing asam amino mempunyai kodon yang spesifik sedangkan nukleotida hanya ada 4 macam yaitu A, U, G, dan C (Tabel1 2.2). • Jika suatu kodon hanya terdiri atas dua nukleotida maka hanya akan ada 42 = 16 asam amino, tetapi apabila kodon disusun oleh 3 nukleotida maka akan diperoleh 43 (= 64) asam amino. S • Sedangkan jumlah asam amino yang umum diketahui ada pada jasad hidup hanya 20 macam. • Beberapa kodon diketahui mengkode asam amino yang sama. Fenomena ini dikenal sebagai genetic code redundancy (degeneracy)