Tree of Life: Three Domain

Introduction
MOLECULAR BIOLOGY

Siswa Setyahadi

Sejarah klasifikasi mahluk hidup:
Aristoteles (- mid 1800-san) : Dunia Plantae;
Dunia Animalia
E. Haeckel (1866)

: Dunia Plantae;
Dunia Animalia;
Dunia Protista

E. Chatton (1937) : Prokaryotae;
Eukaryotae
R.H. Whittaker (1969): Dunia Monera
Dunia Protista
Dunia Fungi
Dunia Plantae
Dunia Animalia

Carl Woese (1978): Domain Bakteria
Domain Arkhaea
Domain Eukarya
Carol J. Bult (1996) : selesai sequencing genom
Methanococcus janashii (Arkhaea)
Solomon et al. (1999 - 2002): Dunia Bakteria
Dunia Arkhae(bakteria)
Dunia Protista
Dunia Fungi
Dunia Plantae
Dunia Animalia
Siswa Setyahadi

Five Kingdoms & Three Domain

Siswa Setyahadi

Tree of Life: Three Domain

Siswa Setyahadi

Dasar klasifikasi:
Aristoteles ( 400 SM – 1800-an) : kenampakan morfologi luar
E. Haeckel (1866): morfologi (mikroskopis) dan fisiologi
E. Chatton (1937) : struktur organisasi interna sel (prokaryotik &
eukaryotik)
R.H. Whittaker (1969) : organisasi internal sel;
nutrisi; struktur
organisasi selular
Carl. Woese (1978) : molekul RNA ribosomal (biologi molekular)
16S rRNA (Arkhaea & Bakteria)
18S rRNA (Eukarya)
Siswa Setyahadi

18S rRNA
• 18S ribosomal RNA (abbreviated 18S rRNA) is a part of
the ribosomal RNA. The S in 18S represents Svedberg units.
18S rRNA is a component of the small eukaryotic ribosomal
subunit (40S). 18S rRNA is the structural RNA for the small
component of eukaryotic cytoplasmic ribosomes, and thus

one of the basic components of all eukaryotic cells.
• The genes coding for 18S rRNA are referred to as 18S
rDNA. Sequence data from these genes is widely used in
molecular analysis to reconstruct the evolutionary history
of organisms, especially in vertebrates, as its slow
evolutionary rate makes it suitable to reconstruct ancient
divergences.
Siswa Setyahadi

16S rRNA
• 16S ribosomal
RNA (or
16S rRNA)
is
a
component
of
the 30S small
subunit
of prokaryotic ribosomes. It is approximately

1.5kb (or 1500 nucleotides) in length. The genes
coding for it are referred to as 16S rDNA and
are used in reconstructing phylogenies.
• Multiple sequences of 16S rRNA can exist within
a single bacterium
• It is the eukaryotic nuclear homologue of 16 S
ribosomal RNA in Prokaryotes and mitochondria.
Siswa Setyahadi

Biologi Molekuler
Biologi molekular :
Ilmu yang mempelajari fungsi dan organisasi jasad hidup
(organisme) ditinjau dari struktur dan regulasi molekular unsur atau komponen
penyusunnya.
Hal-hal yang dipelajari dalam biologi molekular:
• Struktur kimia materi genetik
• Organisasi makromolekul
• Aktivitas gen
• Interaksi antar komponen selular
Disiplin ilmu yang terlibat dalam biologi molekular

• Biologi sel
• Genetika
• Biokimia
• Kimia organik
• Biofisika

Siswa Setyahadi

Organisasi Biologis Jasad hidup
Jasad hidup secara umum dikelompokan
menjadi dua :
1.

Jasad hidup selular : mempunya satuan unit dasar
yaitu sel. Misalnya : bakteri, hewan tingkat tinggi,
tanaman tingkat tinggi

2.

Jasad hidup non selular : Tidak tersusun atas sel

tapi berupa satuan. Misalnya virus dan
bakteriofag. Virus satuan dasarnya adalah virion

Siswa Setyahadi

Jasad hidup non-seluler
VIRUS
Virus adalah suatu partikel yang mengandung bahan genetik berupa DNA
atau RNA yang diselubungi oleh protein yang disebut dengan kapsid dan
pada beberapa jenis virus ada juga komponen lain, misalnya lemak.
Satuan dasar virus disebut virion. Diameternya 20-300nm jauh lebih kecil
dari sel prokariot yang paling kecil.
Klasifikasi virus berdasarkan sel inangnya
• Virus hewan
• Virus tumbuhan
• Virus bakteri (bagteriofag)

Siswa Setyahadi

Disamping virus DNA atau RNA, ada partikel yang lebih sederhana dari virus yaitu

viroid dan prion
Viroid ---- molekul kecil RNA yang terdiri atas 359 basa nukleotida dan tidak
diselubungi oleh protein
contohnya viroid yang menyebabkan penyakit panda kentang
Prion ----- suatu partikel yang terdiri atas molekul kecil protein (ada yang terdiri
atas 250 asam amino) yang tidak mempunyai asam nukleat
Prion berasal dari istilah proteinaceous infectious particle (artikel atau molekul
protein sebagai agen penyebab penyakit) ----- oleh Stanley B Prusiner.
Contoh prion : Penyebab penyakit neurogeneratif
- Penyakit BSE (bovine spongiform encephalophaty), penyakit sapi gila
- Penyakit scrapie pada domba
- Penyakit creutzfeldt-jacob pada manusia
- Penyakit Gerstmann-Straussler-scheinker pada manusia
Siswa Setyahadi

Virus bersifat parasit. Bisa memperbanyak diri jika berada didalam
suatu sel inang yang sesuai. Jika berada diluar sistem selular, maka
virus tidak bisa memperbanyak diri karena tidak mempunyai suatu
sistem enzim yang dapat digunakan untuk sintesis partikel virus
baru.

Dibawah ini beberapa gambaran skematik beberapa jenis virus

Siswa Setyahadi

Meskipun bersifat parasit. Namun dalam perkembangan genetik
molekular, telah dilakukan exploitasi virus untuk kepentingan
kepentingan praktis.
Misalnya untuk kepentingan militer : senjata biologis
medis, pengobatan kanker, dll
Salah satu protein prion ada yang bisa menyebabkan apoptosis.
Apoptosis : Progam kematian sel secara normal, dengan cara
menghilangkan sel yang tidak diinginkan. Prinsip
inilah yang
digunakan dalam pencarian obat antikanker

Siswa Setyahadi

A

B

C

Contoh penggunaan
Virus yaitu virus NDV
Strain AF 2400 Pada
pengobatan
Kanker payudara
Mekanismenya yaitu
Menyerang protein
Filamen sel

A’

Siswa Setyahadi

B’

C’

Jasad Seluler
Doktrin sel
Istilah sel pertama kali dikemukakan oleh Robert Hooke (1635-1703).
Sel -------- merupakan satuan dasar minimum suatu jasad hidup
Doktrin sel : Semua sel berasal dari sel yang sudah ada sebelumnya dan masing
masing sel mempunyai suatu sistem kehidupan sendiri
Sel bersifat dinamis yang selalu mengalami perubahan ( adanya proses transformasi
selular yang melibatkan macam macam reaksi molekular
Pengaturan selular yang dilakukan oleh sel memiliki 2 fungsi utama
• Sebagai piranti kimiawi yang melakukan proses metabolisme
• Sebagai piranti yang menyimpan kode kode informasi biologis yang
akan diturunkan kepada keturunannya.

Siswa Setyahadi

Penggolongan jasad selular berdasarkan satuan dasar individu :
1. Jasad bersel tunggal (unicellular organism)
2. Jasad bersel banyak (multicellular organism)
Penggolongan jasad selular berdasarkan struktur dan organisasi sel :
1. Sel prokariot ------ tanpa membran inti

2. Sel eukariot ------ ada membran inti
Penggolongan jasad selular
Satuan Dasar

Organisasi Sel

Contoh

Sel tunggal

Prokariot

Escheria coli

Eukariot

Saccharomyces
cerevisiae

Eukariot

Manusia, hewan,
tanaman tingkat
tinggi

Sel banyak

Siswa Setyahadi

Prokariot
•
•
•
•
•

•

•
•
•

Secara organisasi sel prokariot lebih sederhana dibandingkan dengan jasad
eukariot.
Sel prokariot terdiri atas struktur utama : dinding sel, membran plasma sel ,
ribosom dan bahan genetik (nukleoid)
Tidak adanya membran inti sel (nukleus)
Contohnya yaitu kelompok bakteri, berdasarkan lingkungan tempat hidup
dibagi 2 yaitu eubakteria dan archaebakteri
Berdasarkan dinding sel prokariot, misalnya bakteri, bakteri dibedakan
menjadi 2 kelompok yaitu bakteri gram positif (bacillus substilis) dan bakteri
gram negative (E. coli).
Beberapa jenis organisme prokariot pada bakteri ada struktur tambahan
diluar dinding sel ---- kapsulntuk. Sehingga memberikan bentuk yang
bermacam-macam seperti kokus batang, spiral dan lain lain
Memiliki satu/single molekul DNA dan berbentuk sirkular
Membran plasma terdiri dari campuran lemak dan protein
(lipoprotein).Berfungsi sebagai selaput sel yang bersifat semipermeable yang
mengatur keluar masuknya ion ion dan molekul.

Siswa Setyahadi

• Pada sel prokariot, jenis bakteri gram positif membran plasma
membentuk lipatan yang dikenal sebagai mesosom.Pada
bagian yang menghadap sitoplasma mesosom sering berasosiasi
dengan DNA sehingga sering diduga sebagai tempat pelekatan DNA
• Ribosom merupakan partikel kecil yang dominan terdiri dari RNA dan
protein yang berfungsi sebagai wadah tempat translasi protein (pada
sintesis protein.
• Satu sel dapat mengandung 600-1000 ribosom sehingga massanya
dapat mencapai 40% massa bakteri.
• Materi genetik selain DNA , seringkali ada materi genetik tambahan
yang disebut plasmid.
• Ukuran sel prokariot bervariasi, berdiameter 5 mm – 750 mm.
• Sama seperti eukariot. Beberapa bakteri juga membentuk struktur
khusus yaitu flagella atau endospora.
• Beberapa contoh bakteri yang telah digunakan dalam bidang biologi
molekular : Escherichia coli, salmonella typhimurium, streptomyces
sp, Rhizobium sp, Bacillus substilis, agrobacterium tumafaciens, dll

Siswa Setyahadi

Diagram sel prokariot

Siswa Setyahadi

Eukariot
• Mempunyai struktur dan organisasi yang lebih kompleks dibandingkan sel
prokariot.
• Pada jasad sel eukariot, bahan genetiknya (DNA) berada didalam suatu
membran nukleus sehingga memiliki struktur nukleus yang jelas.
• Membran nukleus eukariot memiliki 2 lapisan, membran luar dan
membran dalam. Struktur membran nukleus akan menjadi salah satu
pembeda antara eukariot dan prokariot.
• Pada eukariot, bahan genetik utamanya umumnya terdiri dari lebih dari
satu kromososm yang berbentuk linear yang dikemas dalam protein yang
disebut histon.
• Sudah memiliki pembagian ruang yang jeals dalam sel, sehingga memiliki
bermacam macam organel yang masing masing memiliki fungsi khusus.
• Pada sel eukariot dari sel tumbuhan, struktur sel terluarnya ada dinding
sel yang terdiri atas polimer selulosa (Jenis polisakarida).

Siswa Setyahadi

• Beberapa organel penting pada eukariot antara lain mitokhondria
(tempat produksi energi selular), retikulum endoplasma (RE)
kasar( berperan dalam proses sekresi protein dan tempat lekat
ribosom), RE halus (tempat detoksifikasi senyawa tertentu dan
sintesis lemak), badan golgi (berperan dalam sekresi dan
pemilahan protein), Pada tumbuhan ada kloroplas (tempat
berlangsungnya reaksi fotosintesis), vacuola (tempat
penyimpanan air dan produk metabolisme)
• Salah satu eukariot yang banyak digunakan dalam studi biology
molekular adalah khamir sacharomyces cerevisiae (jenis bersel
satu yang mudah ditumbuhkan untuk industri minuman
• Sebagai inang untuk memproduksi protein heterolog dan vaksin

Siswa Setyahadi

Siswa Setyahadi

Siswa Setyahadi

I. Membrane bound organelles
Structure

Description & Function

Found in
Animals?

Found in
Plants?

Membran Plasma

Membran pembungkus cell, regulator transport sel

X

X

Nukleus

Large structure surrounded by double membrane;
species cellular proteins

X

X

Butiran inti pada nukleus; bagian of sintesis r-RNA

X

X

Reticulum
Endoplasma

Jaringan internal membran; bagian dari lipid membran
& sinthesis protein

X

X

Kompleks Golgi

Saluran membran berbentuk kantung datar ; modifies,
pemilihana & sekresi protein

X

X

Lisosom

Kantung membran; mengandung enzim untuk
mencernakan material

X

X

Vakuola

Kantung membran; transpor and penyimpanan air &
material lainnya

Mitochondria

Kantung, terdiri dari 2 membran; bagian siklus Krebs
cycle, sistem transport elektron, pabrik energi,
chemiosmosis.

Nukleolus

Plastida

Structur serupa kantung dengan membrane tilakoid
internal; tempat photosynthesis

Mikrobodi

Kantung membran yang mengandung enzim enzim,
untuk bermacam macam reaksi.

Siswa Setyahadi

X
X

X

X
X

X

II Particulate Structure
Structure

Description & Function

Found in
Animals?

Found in
Plants?

Kromosom

Kandungan DNA-protein komplex; mengandung gen - gen

X

X

Ribosom

Butiran organel terdiri dari RNA & protein; sintesis proteins

X

X

Cekungan dari tabung tubulin; struktur penyokong untuk
pergerakan organel

X

X

Padat, struktur batanagn dari actin, struktur penyokong

X

X

Lekukan silinder kecil; terlibat dalam pembelahan sel &
melekatnya flagellae & silia

X

Struktur berambut pendek; pergerakan, pengambilan
makanan, biasanya jumlahnya >>1 pada sel.

X

X

Proyeksi panjang /ekor; selular lokomotif, biasanya 1-5 pada
sell.

X

X

Mikrotubul
Mikrofilament
Sentriol
Silia
Flagella

Siswa Setyahadi

III. Extracellular Structures
Structure
Dinding sel

Siswa Setyahadi

Description & Function
Multiple-layers dari selulosa; struktur pendukung

Found in
Animals?

Found in
Plants?
X

Interaksi Makromolekul Genetik
ASAM NUKLEAT
Adalah polimer nukleotida yang berperanan dalam penyimpanan serta
pemindahan informasi genetik . Satu unit monomer terdiri dari ketiga
komponen dinamakan nukleotida terdiri atas tiga bagian yaitu :

Siswa Setyahadi

Struktur dasar nukleotida

1. Basa nitrogen : cincin purin atau pirimidin
Yaitu basa nitrogen yang terikat pada atom C no 1 suatu molekul gula (ribosa
atau deoksiribosa) melalui ikatan N-glikosidik. Ada dua macam basa nitrogen
yang menyusun asam nukleat yaitu
- Basa purin terdiri dari adenin (A) dan guanine (G)
- Basa pirimidin terdiri dari Thymine (T), cytosine (C ) dan Uracil (U).
Siswa Setyahadi

Baik DNA ataupun RNA tersusun atas A, G, C, tetapi T hanya ada pada DNA
sedangkan U hanya ada pada RNA. Ada pengecualian, ada beberapa molekul
tRNA terdapat basa T, sedangkan pada beberapa bakteriofag DNA-nya
tersusun ats U bukan basa T.

Beberapa struktur dasar basa nitrogen asam nukleat
Siswa Setyahadi

Abbr.
A

Base
Adenine

Nucleoside

Nucleic Acid

deoxyadenosine

DNA

adenosine

RNA

deoxyguanosine

DNA

guanosine

RNA

deoxycytidine

DNA

cytidine

RNA

G

Guanine

C

Cytosine

T

Thymine

deoxythymidine
(thymidine)

DNA

U

Uracil

uridine

RNA

2. Molekul gula dengan 5 atom C (pentosa)
Pasa DNA gulanya adalah gula pentosa yaitu 2-deoksirobosa dan pada RNA
gulanya adalah ribosa. Perbedaan anatar kedua bentuk gula tersebut yaitu
panda atom C no 2.Pada DNA atom C no 2 berikatan dengan atom H,
sedangkan panda RNA atom C no 2 berikatan dengan OH.

Siswa Setyahadi

3. Gugus fosfat
Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan
fosfodiester
antara atom karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon
kelima
pada gula lainnya. . Gugus fosfat inilah yang menyebabkan asam
nukleat
bermuatan negatif kuat.

Untaian nukleotida =
polinukleotida
DNA dan RNA disintesis dalam
sel oleh DNA polymerase and RNA polymerases.
Untaian pendek dari asam nukleat juga dihasilkan tanpa enzyme oleh
oligonucleotida synthesizers
PASANGAN BASA DAN DOUBLE STRANDED ASAM NUKLEAT
Sebagian besar DNA berada dalam bentuk double helix, yang mana terdiri dari 2
linear DNA yang berikatan berputar satu sama lainnya. Ikatan utama yang
membentuk formasi helix ini adalah ikatan antara pasangan basa : bentuk basa A
berikatan hydrogen dengan basa T (or U in RNA), dan basa G berikatan hydrogen
dengan C. Jika kita campurkan dua ATGC bersamaan , bentuk duplex akan
terbentuk
Siswa Setyahadi

Siswa Setyahadi

PENEMUAN STRUKTUR MOLEKULAR DARI DNA DOUBLE HELIX
Struktur molekular dari DNA
Struktur dari
Deoxyribose Nucleic Acid (DNA)
pertama kali dipublkasikan oleh James D. Watson
and Francis crick dalam jurnal : scientific jurnal
Nature volume 171 pada halaman 737-738 (tanggal
25 April 1953).
Publicasi pertama yang
menggambarkan penemuan struktur double helix
DNA. Penemuan ini memberikan impact yang
utama pada bidang genetik khususnya dan biologi
secara umumnya

Siswa Setyahadi

Interaksi Molekuler
Semua molekul dalam sel alkan berinteraksi satu sama lain. Interaksi
antar molekul akan menentukan sifat sifat biologis molekul molekul
didalam sel. Ineraksi milekular tersebut berupa :
1. Ikatan kovalen : Ikatan yang ada diantara atom atom yang menyusun
suatu
molekul, misalnya ikatan antara C – H pada CH 4. Ikatan ini paling kuat
dan paling stabil antara atom.
2. Ikatan non kovalen : Interaksi antara atom yang tidak teriakt secara
kovalen. Ikatan nya tidak sekuat ikatan kovalen, namun berperan
penting dalam menstabilkan struktur makromolekul dalam sel misalnya
asam nukleat dan protein
Beberapa ikatan nonkovalen yang penting
2. Ikatan hidrogen
Suatu bentuk interaksi lemah antara suatu atom elektronegatif (atom
akseptor) dengan hidrogen yang terikat secara kovalen dengan atom
lain (donor atom)
Siswa Setyahadi

Ikatan hidrogen banyak terdapat panda sistem biologis. Pada asam
nukleat ikatan hidrogen menyebabkan terjadinya pasangan antar
untaian (interstrand) antar basa nukleotida
Misalnya antara adenine dan tymine (A-T) dan antara guanosine dengan
cytosine (G-C)
2. Ikatan ionik
Ikatan antara atom yang terjadi karena adanya perbedaan muatan pada
atom atom yang berinteraksi. Contoh amino aspartat dan glutamat yang
bermuatan –, sedangkan lisin, histidin, dan arginin bermuatan + , muatan
yang berbeda ini menyebabkan asam amino berikatan ionik. Hal ini yang
menyebabkan rantai polipeptida protein dapat berlipat sedemikian rupa,
sehingga menjadi lebih bedekatan
3. Interaksi van der waals
Terjadi pada jarak atom yang sangat berdekatan 1-2 oA. Terjadi karena
distribusi muatan yang tidak simetris. Energi ikatan panda van der waals
panda sepasang atom < 1 kcal/mol. Energi ini lebih kecil dibandingkan
ikatan hidrogen
Contohnya : molekul antibodi dengan molekul antigen spesifiknya
antara enzim dengan substratnya yang spesifik.
Siswa Setyahadi

4. Interaksi hidrofobik.
Molekul hidrofobik merupakan molekul molekul nonpolar yang tidak larut
dalam air. Gugus samping alifatik dan aromatik suatu protein dan basa
basa pada asam nukleat mempunyai sifat nonpolar. Interaksi hidrofobik
merupakan kekuatan utama yang menyebabkan terjadinya pelipatan
makromolekul misalnya protein dan pembentukan membran.

Siswa Setyahadi