Download Free Medical Protein Synthesis PowerPoint Presentation

Protein Synthesis PowerPoint Presentation

DOWNLOAD MEDICAL POWERPOINT PRESENTATION

About This Presentation

Description : Microbiology about Protein Synthesis

Tags : Microbiology

Published on : Jan 05, 2021 | Views : 1464 | Downloads : 2

Shareable Url :

Embed Code :

Comment

Transcript

Slide 1-

Natural Science Microbiology Department Biology, Faculty of Mathmatics and Natural Sciences
Slide 2-

BAB III Aspek Biologi Molekuler Dan Bioinformatika Relevansinya Dalam Mikrobiologi Industri Dan Bioteknologi Disusun Oleh: ALDY TRIANDA (F1D018053) Nomor Absensi: 25
Slide 3-

PENDAHULUAN Belakangan ini, langkah besar telah diambil dalam hal memanfaatkan pengetahuan tentang dasar molekuler dari banyak fenomena biologis. Banyak teknik baru seperti Polymerase Chain Reaction (PCR) dan sekuensing DNA telah muncul di tempat kejadian. Selain itu proyek besar yang melibatkan banyak negara seperti proyek genom manusia telah terjadi. Ditambah dengan semua perkembangan teknologi yang mengasyikkan ini, kosakata baru seperti genomik kemudian muncul. Semua ini telah mengubah pendekatan yang digunakan dalam mikrobiologi industri. Pendekatan baru berlabuh pada perkembangan molekuler biologi telah diikuti dengan banyak proses dan produk mikrobiologi industri seperti vaksin, pencarian antibiotik baru, dan fisiologi mikroorganisme.Oleh karena itu, sekarang tampaknya penting bahwa setiap diskusi tentang mikrobiologi industri dan bioteknologi harus memperhitungkan perkembangan ini. Bab ini hanya akan membahas aspek biologi molekuler yang dipilih untuk memberikan latar belakang pemahaman beberapa arah terbaru dari mikrobiologi industri dan bioteknologi. Diskusi ini akan dibuat sesederhana dan sesingkat mungkin
Slide 4-

SUB-BAB MATERI 3.1 SINTESIS PROTEIN 3.2 POLYMERASE CHAIN REACTION 3.3 MICROARRAYS 3.4 URUTAN DNA 3.5 BINGKAI PEMBACAAN TERBUKA DAN IDENTIFIKASI GEN 3.6 METAGENOMIK 3.7 SIFAT BIOINFORMATIKA
Slide 5-

Protein sangat penting dalam metabolisme makhluk hidup. Letaknya pada hormon berfungsi sebagai pengangkut pesan ke seluruh tubuh, pada putih telur burung dan reptil sebagai tempat penyimpanan, pada sel darah berbentuk hemoglobin yang berfungsi untuk mengangkut oksigen ke seluruh tubuh, juga terlibat dalam pengaturan kontraktil yang memungkinkan pergerakan tubuh, dan juga sebagai protein kontraktil di otot, serta masih banyak lagi. Terlepas dari keanekaragaman makhluk hidup yang luar biasa, bervariasi dari bakteri hingga protozoa, alga, tumbuh-tumbuhan, juga manusia, 20 asam amino yang sama telah ditemukan pada semua makhluk hidup. Dalam hal ini, prinsip-prinsip yang mempengaruhi protein dan struktur serta sintesisnya adalah sama pada semua makhluk hidup. Makromolekul genetik (yaitu makromolekul yang terkait erat dengan faktor keturunan) adalah asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). Informasi genetik yang menentukan sifat potensial makhluk hidup dibawa dalam DNA yang ada di dalam nukleus, kecuali pada beberapa virus dapat membawa RNA. DNA juga ada di organel mitokondria dan kloroplas. (Fakta menarik tentang mitokondria DNA yaitu tiap individu mewarisi jenis gen dan DNA lain dari kedua orang tuanya secara bersama-sama. Namun, telur menghancurkan mitokondria sperma yang membuahi mereka. Oleh karena itu, DNA mitokondria seseorang hanya berasal dari ibu. 3.1 Sintesis Protein
Slide 6-

DNA terdiri dari empat nukleotida, Adenin, Sitosin, Guanin, Dan Timin. RNA sangat mirip kecuali Urasil menggantikan Timin. RNA terdapat di nukleus dan di sitoplasma, serta di ribosom. Berikut adalah gambar struktur dari DNA: 3.1 Sintesis Protein
Slide 7-

Proses sintesis protein akan diringkas secara singkat di bawah ini. Dalam sintesis protein, arus informasi dari DNA ke RNA akan melalui proses transkripsi, dan kemudian menjadi protein melalui proses terjemahan (translasi). Enzim, RNA polimerase, membuka bagian DNA untuk ditranskripsikan. Hanya satu untai DNA, untai cetakan atau template, yang akan ditranskripsikan menjadi RNA. Untai lainnya, untaian anti-sense tidak ditranskripsikan. Untaian anti-sense digunakan untuk membuatnya agar tetap keras. RNA yang ditranskripsi dari DNA adalah pembawa pesan atau mRNA (Gambar 3.3). 3.1 Sintesis Protein
Slide 8-

Pada tahap ini cukuplah untuk menyebutkan bahwa dalam analogi sebuah bangunan, messenger RNA, mRNA adalah cetak biru atau rencana pembangunan protein (bangunan), ribosom RNA rRNA tempat pembangunan (bidang tanah) tempat protein dibuat, sedangkan transfer RNA, tRNA, adalah kendaraan yang mengirimkan asam amino yang tepat (bangunan blok) ke situs (bangunan) pada waktu yang tepat. Ketika mRNA terbentuk, ia meninggalkan nukleus pada eukariot (pada prokariot tidak memiliki nukleus) dan selanjutnya pindah ke ribosom. Messenger RNA (mRNA) merupakan 'cetak biru' untuk sintesis protein dan ditranskripsi dari satu untai DNA gen. mRNA diterjemahkan di ribosom menjadi urutan polipeptida. Terjemahan adalah sintesis protein dari asam amino pada template messenger RNA yang berasosiasi dengan ribosom. Basis pada kode mRNA untuk asam amino dalam triplet atau kodon itu adalah kode tiga basa untuk asam amino. Terkadang berbeda basa triplet dapat mengkode asam amino yang sama. Jadi asam amino glisin dikodekan oleh empat kodon berbeda: GGU, GGC, GGA, dan GGG. Namun, kodon biasanya hanya mengkode untuk satu asam amino. Ada 64 kodon yang berbeda, tiga di antaranya adalah UAA, UAG, dan UGA yang merupakan stop kodon untuk menghentikan proses penerjemahan. 61 sisanya adalah asam amino dalam protein. (Tabel 3.1). Terjemahan pesan umumnya dimulai pada AUG, yang juga kode untuk metionin. Pada AUG, bertindak sebagai kodon start, dan harus didahului oleh sebuah situs pengikatan ribosom. 3.1 Sintesis Protein
Slide 9-

3.1 Sintesis Protein
Slide 10-

Polymerase Chain Reaction (PCR) adalah teknologi yang digunakan untuk memperbanyak sejumlah kecil DNA. Teknik PCR ditemukan pada tahun 1985 oleh Kary B. Mullis saat bekerja sebagai seorang ahli kimia di Cetus Corporation, sebuah perusahaan bioteknologi di Emeryville, California. Teknologi ini sangat berguna sehingga Mullis mendapatkan hadiah Nobel untuk penemuannya ini pada tahun 1993, Delapan tahun kemudian, alat ini mulai digunakan secara ekstensif dalam berbagai situasi, dari medis diagnosis ke sistematika mikroba dan dari courts of law ke studi untuk mempelajari tingkah laku hewan Persyaratan dilakukannya PCR adalah: DNA atau RNA yang akan diperbanyak Dua Primer Empat nukleotida yang terdapat di asam amino Sebuah DNA Polymerase termostabil yang terdapat pada bakteri termofilik, Thermus aquaticus Terdapat tiga langkah utama dalam PCR, yang diulangi selama 30 atau 40 siklus. Ini dilakukan pada sebuah mesin siklus otomatis, yang dapat memanaskan dan mendinginkan tabung dengan reaksi campuran pada interval tertentu. 3.2 Polymerase Chain Reaction (PCR)
Slide 11-

Denaturasi (94°C) DNA yang tidak diketahui dipanaskan hingga sekitar 94°C, yang menyebabkan DNA mengalami denaturasi dan untaian berpasangan DNA saling terlepas atau berpisah Annealing (54°C) Sejumlah besar primer berlebih relatif terhadap jumlah DNA yang diperkuat yang ditambahkan dan campuran reaksi didinginkan untuk memungkinkan untaian ganda menjadi anil; Karena banyaknya primer, untai tunggal DNA akan lebih terikat pada primer, bukan dengan satu sama lain. Extension (72°C) Ini adalah suhu kerja yang ideal untuk polimerase. Primer yang berada pada posisi yang tidak sama persis, lepas lagi (karena suhu yang lebih tinggi) dan tidak dapat melakukan perpanjangan fragmen. Basis (pelengkap template) digabungkan ke primer di sisi 3 '(polimerase menambahkan dNTP dari 5' ke 3’. 3.2 Polymerase Chain Reaction (PCR)
Slide 12-

Ketersediaan genom lengkap dari banyak organisme merupakan pencapaian besar biologi. Selain dari genom manusia, genom lengkap dari banyak mikroorganisme telah diselesaikan dan sekarang tersedia di situs The Institue for Genomic Research (TIGR), sebuah organisasi nirlaba yang berlokasi di Rockville, MD dengan situs webnya di www.tigr.org. Pada saat penulisan, TIGR telah memiliki 294 genom dari mikroorganisme di situs webnya (268 bakteri, 23 Archae, dan 3 virus). Tantangan terbesarnya sekarang adalah menguraikan fungsi biologis dan regulasi dari sekuensing gen. Salah satu teknologi penting dalam mempelajari genomik mikroba fungsional adalah penggunaan Mikroarray DNA. Mikroarray adalah susunan mikroskopis dari rangkaian besar sekuens DNA yang telah terbentuk terpasang ke substrat padat menggunakan peralatan otomatis. Array ini juga disebut sebagai microchip, biochip, chip DNA, dan chip gen. Cara yang terbaik adalah dengan menyebutnya sebagai microarray agar tidak membingungkan dengan chip komputer. Mikroarray adalah DNA kecil, penyangga padat yang terletak di atasnya memiliki urutan ribuan gen yang berbeda dan tidak dapat bergerak di lokasi tetap. Dukungannya sendiri biasanya adalah kaca slide mikroskop, chip silikon atau membran nilon juga dapat digunakan. DNA dicetak, dilihat atau disintesis secara langsung ke penyangga secara mekanis di lokasi atau alamat tetap. Bintik itu sendiri bisa berupa DNA, cDNA atau oligonukleotida. 3.3 Microarrays
Slide 13-

Mikroarray memiliki keuntungan sebagai berikut, dibandingkan pendekatan berbasis asam nukleat lainnya: Through-put tinggi: ribuan elemen array dapat disimpan dalam jumlah yang sangat kecil dengan luas permukaan memungkinkan ekspresi gen dipantau pada tingkat genom. Juga terdapat banyak komponen komunitas mikroba yang dapat dipantau secara bersamaan pada satu percobaan. Sensitivitas tinggi: sejumlah kecil target dan probe dibatasi pada area kecil untuk memastikan konsentrasi tinggi dan reaksi yang sangat cepat. Tampilan diferensial: sampel target yang berbeda dapat diberi label dengan tag fluorescent berbeda dan kemudian dihibridisasi ke microarray yang sama, memungkinkan analisis simultan dari dua atau lebih sampel biologis Interferensi latar belakang rendah: ikatan non-spesifik pada permukaan padat sangat rendah sehingga mudah menghilangkan senyawa organik dan fluoresen yang menempel pada mikroarray selama pembuatan 3.3 Microarrays
Slide 14-

3.4.1 Urutan Fragmen DNA Pendek Pengurutan DNA adalah penentuan urutan nukleotida yang tepat dalam sampel DNA. Dua metode yang dikembangkan pada pertengahan 1970-an yaitu: metode Maxim dan Gilbert dan metode Sanger. Kedua metode menghasilkan fragmen DNA yang dipelajari dengan elektroforesis gel. Metode Sanger lebih umum digunakan dan akan dibahas di sini. Metode Sanger juga disebut metode dideoksi, atau metode enzim. Nama metode dideoksi berasal dari peran penting yang dimainkan oleh analog sintetik nukleotida yang kekurangan -OH pada atom karbon 3 '(posisi bintang): dideoksinukleotida trifosfat (ddNTP) (Gbr. 3.7). 3.4 Urutan DNA (Sequencing of DNA)
Slide 15-

3.4.1 Urutan Fragmen DNA Pendek Saat (normal) deoksinukleotida trifosfat (dNTP) digunakan untai DNA yang terus tumbuh, tetapi ketika analog dideoksi digabungkan, pemanjangan rantai berhenti karena tidak ada 3 '-OH untuk nukleotida berikutnya yang akan dilekatkan. Oleh karena itu, metode dideoksi disebut juga dengan metode terminasi rantai. Untuk pengurutan Sanger, satu untai DNA yang akan diurutkan dicampur dengan primer, DNA polimerase I, kelebihan nukleotida trifosfat normal dan pembatas (sekitar 5%) dari dideoksinukleotida yang diberi label dengan pewarna fluoresen, masing-masing ddNTP diberi label dengan warna pewarna fluorescent yang berbeda. Primer ini akan menentukan titik awal dari urutan yang sedang dibaca, dan arah reaksi sekuensing. Sintesis DNA dimulai dengan primer dan berakhir dalam rantai DNA ketika ddNTP digabungkan sebagai pengganti dNTP normal. Karena keempat nukleotida normal ada, pemanjangan rantai berlangsung secara normal sampai, secara kebetulan, DNA polimerase memasukkan nukleotida dideoksi alih-alih deoksinukleotida normal. Hasilnya adalah serangkaian fragmen dengan panjang yang bervariasi. Masing-masing dari empat nukleotida dijalankan secara terpisah dengan yang sesuai ddNTP. 3.4 Urutan DNA (Sequencing of DNA)
Slide 16-

3.4.2 Urutan Fragmen DNA Besar Contoh terbaik dari urutan genom mungkin adalah genom manusia, yang diselesaikan beberapa tahun yang lalu. Selama pengurutan genom manusia, dua pendekatan diikuti: penggunaan kromosom buatan bakteri (BAC) dan pendekatan senjata pendek. 3.4 Urutan DNA (Sequencing of DNA)
Slide 17-

Daerah DNA yang menyandikan protein pertama kali ditranskripsikan menjadi messenger RNA dan kemudian diterjemahkan menjadi protein. Dengan memeriksa urutan DNA saja kita dapat menentukan urutan putatif asam amino yang akan muncul di protein akhir. Dalam kodon translasi dari tiga nukleotida menentukan asam amino mana yang akan ditambahkan selanjutnya dalam rantai protein yang sedang tumbuh. Kodon start biasanya AUG, sedangkan kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. Open reading frame (ORF) adalah bagian dari segmen DNA yang diduga akan mengkode protein, dimulai dengan kodon start dan diakhiri dengan kodon stop. Setelah gen diurutkan, penting untuk menentukan kerangka pembacaan terbuka yang benar. Setiap wilayah DNA memiliki enam kerangka pembacaan yang memungkinkan, tiga kerangka pembacaan di setiap arah karena kodon terdiri dari tiga nukleotida. Bingkai pembacaan yang digunakan menentukan asam amino mana yang akan dikodekan oleh sebuah gen. Biasanya hanya satu kerangka bacaan yang digunakan untuk menerjemahkan gen (pada eukariota), dan ini seringkali merupakan kerangka bacaan terbuka terpanjang. Setelah kerangka pembacaan terbuka diketahui, urutan DNA dapat diterjemahkan ke dalam urutan asam amino yang sesuai. 3.5 Bingkai Pembacaan Terbuka Dan Identifikasi Gen
Slide 18-

Gen dapat diidentifikasi dengan beberapa cara, yang dibahas di bawah ini: Menggunakan Program Komputer Seperti yang ditunjukkan di atas, open reading frame (ORF) disimpulkan dari kodon start dan stop. Dalam sel prokariotik yang tidak memiliki banyak ekstron (mengintervensi daerah non-pengkodean kromosom), ORF dalam banyak kasus akan menunjukkan suatu gen. Namun membosankan untuk menentukan ORF secara manual dan banyak program komputer yang sekarang ada yang akan memindai urutan dasar dari suatu genom dan mengidentifikasi gen yang diduga. Beberapa program disajikan pada Tabel 3.2. Dalam memindai genom atau urutan DNA untuk gen (yaitu, dalam mencari ORF fungsional) 3.5 Bingkai Pembacaan Terbuka Dan Identifikasi Gen
Slide 19-

Berikut ini diperhitungkan dalam program komputer: Biasanya, ORF fungsional cukup panjang dan biasanya tidak mengandung kurang dari 100 asam amino (yaitu, 300 asam amino) Jika jenis kodon yang ditemukan dalam ORF yang dipelajari juga ditemukan dalam ORF fungsional yang diketahui, maka ORF yang sedang dipelajari kemungkinan besar berfungsi. ORF juga cenderung berfungsi jika urutannya mirip dengan urutan fungsional dalam genom organisme lain Pada prokariota, terjemahan ribosom tidak dimulai pada kodon pertama (paling awal 5 '). Sebaliknya itu dimulai pada kodon segera di bawah aliran urutan situs mengikat ShineDalgardo. Urutan Shine-Dalgardo adalah urutan pendek nukleotida di hulu dari situs awal translasi yang mengikat RNA ribosom dan dengan demikian membawa ribosom ke kodon inisiasi pada mRNA. Program komputer mencari urutan Shine-Dalgardo dan menemukan itu membantu untuk menunjukkan tidak hanya kodon start mana yang digunakan, tetapi juga bahwa ORF kemungkinan besar berfungsi. Jika ORF didahului oleh promotor umum (jika urutan promotor konsensus untuk organisme tertentu diketahui, periksa keberadaan wilayah hulu yang serupa) Jika ORF memiliki kandungan GC yang khas, frekuensi kodon, atau komposisi oligonukleotida dari gen penyandi protein yang diketahui dari organisme yang sama, maka kemungkinan ORF tersebut fungsional. 3.5 Bingkai Pembacaan Terbuka Dan Identifikasi Gen
Slide 20-

b. Perbandingan dengan Gen yang Ada Kadang-kadang dimungkinkan untuk menyimpulkan tidak hanya fungsionalitas atau tidak dari suatu gen (yaitu ORF fungsional), tetapi juga fungsi suatu gen. Hal ini dapat dilakukan dengan membandingkan urutan yang tidak diketahui dengan urutan gen yang diketahui tersedia dalam database seperti The Institute for Genomic Research (TIGR) di Maryland. 3.5 Bingkai Pembacaan Terbuka Dan Identifikasi Gen
Slide 21-

Metagenomics adalah analisis genom dari genom kolektif dari kumpulan organisme atau 'metagenom.' Metagenomik menggambarkan analisis fungsional dan berbasis urutan dari genom mikroba kolektif yang terkandung dalam sampel lingkungan. Istilah lain telah digunakan untuk mendeskripsikan metode yang sama, termasuk perpustakaan DNA lingkungan, perpustakaan zoolibrary, perpustakaan DNA tanah, perpustakaan eDNA, perpustakaan lingkungan rekombinan, seluruh harta genom, genom komunitas, sekuens senapan seluruh genom. Definisi yang diterapkan di sini mengecualikan penelitian yang menggunakan PCR untuk memperkuat kaset gen atau primer PCR acak untuk mengakses gen yang diinginkan karena metode ini tidak memberikan informasi genom di luar gen yang diperkuat. Banyak lingkungan telah menjadi fokus dari metagenomik, termasuk tanah, rongga mulut, tinja, dan habitat akuatik, serta metagenom rumah sakit, istilah yang dimaksudkan untuk mencakup potensi genetik organisme di rumah sakit yang berkontribusi pada masalah kesehatan masyarakat seperti resistensi antibiotik dan infeksi nosokomial. 3.6 Metagenomik
Slide 22-

Bioinformatika adalah ilmu baru dan berkembang yang dapat didefinisikan sebagai penggunaan komputer untuk menyimpan, membandingkan, mengambil, menganalisis, memprediksi, atau mensimulasikan komposisi atau struktur makromolekul genetik, DNA dan RNA dan produk utamanya, protein. Upaya penelitian penting dalam bioinformatika meliputi penyelarasan urutan, penemuan gen, perakitan genom, penyelarasan struktur protein, prediksi struktur protein, prediksi ekspresi gen dan interaksi protein-protein, serta pemodelan evolusi. Bioinformatika menggunakan alat matematika untuk mengekstrak informasi berguna dari berbagai data yang dihasilkan oleh teknik biologi throughput tinggi. Peningkatan peran bioinformatika belakangan ini dalam bioteknologi disebabkan oleh peningkatan besar dalam kecepatan komputasi dan kemampuan penyimpanan memori, sehingga memungkinkan untuk melakukan masalah yang tidak terpikirkan tanpa bantuan komputer. Masalah tersebut termasuk sekuensing genom skala besar dan pengelolaan database terintegrasi besar melalui Internet. Kemampuan komputasi yang ditingkatkan ini terintegrasi dengan miniaturisasi skala besar dari teknik biokimia seperti PCR, BAC, elektroforesis gel, dan chip microarray telah mengirimkan sejumlah besar data genomik dan proteomik kepada para peneliti. 3.7 Sifat Bioinformatika
Slide 23-

DAFTAR PUSTAKA Okafor, Nduka. 2007. Modern Industrial Microbiology and Biotechnology. New Hampshire USA: Science Publisher