Bab 10 Beberapa Hal Spesifik Tentang Rekombinasi

(1)

BAB 10 BEBERAPA HAL SPESIFIK TENTANG REKOMBINASI (TOPIK 8)

RESUME

Untuk Memenuhi Tugas Matakuliah Genetika II yang dibina oleh Bapak Prof. Dr. A. Duran Corebima, M.Pd

Oleh:

Kelompok 8 Hari Kamis, Offering B

Rizky Alfarizy (120341421984) Sinta Rofifah (120341421971)

The Learning University

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN BIOLOGI

(2)

BAB 10

BEBERAPA HAL SPESIFIK TENTANG REKOMBINASI Rekombinasi Spesifik Tapak

Rekombinasi spesifik tapak adalah rekombinasi yang selalu terjadi pada tapak-tapak khusus atau pada urut-urutan molekul DNA tertentu (Gardner,1991). Rekombinasi spesifik tapak pada E. coli tidak membutuhkan fungsi protein rec A, rec B dan rec C (Ayala,1984). Rekombinasi spesifik tapak integrasi DNA fag ke genom E. coli. Tapak attI dan attB pada genom E. coli merupakan hasil evolusi yang sangat spesifik terhadap enzim-enzim rekombinasi khusus yang dikode oleh gen ini dan xis genom fag. Integrasi fag hampir selalu terjadi pada tapak auB yang terletak anatar lokus gal dan bio. Jika tapak auB tersebut mengalami delesi, maka dampaknya adalah bahwa integrasi profag akan terjadi pada banyak tapak lain tetapi dalam frekuensi rendah.

Rekombinasi Spesfik Tapak Menjamin Penataan Kembali DNA yang Teliti Peristiwa pindah silang umumnya tetap mempertahankan sususnan urut-urutan DNA pada kromosom-kromosom homolog namun demikian pada kasus-kasus tertentu merupakan perkecualian, sel-sel juga memanfaatkan semacam proses rekominasi yang tertata secara teliti untuk menata kembali urut-urutan DNA (Watson,1987). Segmen DNA dapat dipindah dengan bantuan rekombinasi tapak spesifik, dan lihat yang seing timbul adalah bahwa sering beragam gen atau perangkat gen diekspresikan. Contoh fenomenanya adalah yang berkenaan dengan pembentukan demikian banyak gen antibody hasil penataan kembai DNA spesifik tapak yang terjadi atas suatu perangkat urut-urutan precursor.

Rekominasi Spesifik Tapak Mengatr Ekspresi Gen

Rekombinasi yang melibatkan dua tapak pada molekul DNA yang sama akan berakibat terlepasnya segmen antara atau terjadinya inverse segmen anara tersebut (Watson,1987). Sel memang kadang memanfaatkan inverse hasil rekombinasi tersebut dalam rangka memilih anatar dua susunan DNA yang memungkinkan dua protein atau perangkat protein untuk diekspresikan.

(3)

Mekanisme ini sering mengatur protein yang tampak pada bagian luar akhluk hidup. Contohnya antara lain protein ekor dari Mu (mtator)f ag, yang diatur oleh segmen gin yang tidak dapat dibalik,serta antigen flagel dari bakteri Salmonella. Variasi fase Salmonella merupakan akibat dari ekspresi dua protein flagel yaitu H1 dan H2, yang terjadi bergantian (Watson,1987). suatu sel mengekspresikan salah satu protein flagel itu,tidak pernah kedua proten flagel itu diekspresikan sekaligus.

Promotor untuk untuk gen H2 terletak pada suatu segmenDNA yang dapat mengalami pembalikan di dekatnya seukuran 970 pasang nukleotida, dan diikat oleh urutan berulang seukuran 14 pasang nukleotida dalam arah berlawanan.Apabila segmen DNA yang engandung promoter itumengarah dalam arah yang sama, maka letak promoter adalah di samping gen H2. Dalm kondisi semacam ini gen H2 ditranskripsikan dan demikian pula suatu gen lain di dekatnya yang mengkode suatu protein repressor dari gen pengkode proten flagel H1 yang letaknya jauh. Kerja gen H1 dihalangi sedangkan kerja gen H2 justru ditranskripsikan. Jika segmen tadi mengalami pembalikan, maka gen H2 tidak ditranskripsikan lagi dan gen untuk pengkode protein untuk repressor

Rekombinasi Memperbaiki Molekul DNA yang Rusak

Rekombinasi berwala dari upaya penutupan suatu celah pada mlekul DNA. Dalam halini celah diisi oleh DNA yang berasal dari salah satu unting pasangan homolog. Perbaikan tetpa terjadi tidak bergantung pada apakah perantara itu dipotong untuk menukar lengan samping ari kedua helix.sekalipun suatu celah sederhana dapat diisi oleh polymerase DNAsuatu persoalan yang lebih serius diperlihatkan oleh celah.

Rekombinasi Tidak Selalu Bersifat Resiprok pada Tapak Pindah Silang: Konversi Gen

Kajian-kajian awal tentang pindah silang yang terjadi antara gen-gen yang berbeda menunjukkan bahwa tampaknya peristiwa itu bersifat resiprok. Namun demikian kemudian diketahui bahwa jika rekombinasi terjadi antara tapak-tapak berdekatan pada gen yang sama, maka dapat ditemukan perkecualian.

(4)

Perkembangan lebih lanjut kemudian menunjukkan bahwa rekombinasi yang tidak resiprok seriirg ditemukan. Rekombinasi tidak resiprok yang terjadi antara dua tapak berdekatan dalam satu gen yang sama, dewasa ini lazim disebut sebagai konversi gen atau gen conversion (Gardner, dkk., 1991). Dikatakan pula bahwa tampaknya konversi gen tersebut merupakan akibat pemotongan DNA dan sintesis perbaikan DNA yang terjadi pada daerah heterodupleks selama proses pemutusan dan penyambungan. Fenomena konversi gen ini paling baik dikaji misalnya pada khamir atau pada Neurospora (Watson, dkk., 1997; Gardner, dkk., l99l). Dalam hal ini misalnva dilakukan persilangan antara dua mutan khamir Saccharomyces cerevisiae (jarak tapak kedua mutan itu sangat dekat dalam satu gen yang sama). Lebih lanjut jika askus yang mengandung spora dianalisis, seringkali askus-askus tersebut tidak mengandung rekornbinasi mutan ganda yang resiprok sebagaimana yang diharapkan. Sebagai contoh dilakukan persilangan dengan penauda mutan m1 dan m2. Jika persilangan tersebut adalah m1 m2+ >< m1+ m2,

maka askus-askus yang sering kali dijumpai adalah yang mengandung pasangan spora: m1+ m2, m1+ m2+, serta m1 m2+ (Gardner, dkk., l99l). Dalam hal ini

spora-spora mutan ganda m1 m2 yang merupakan hasil rekombinasi resiprok tidak ada

dalam askus. Oleh karena itu rasio m2+ : rn2 = 3 : 1 dan.bukan 2 : 2 seperti yang diharapkan. Kenyataan seperti tersebut merupakan akibat rekombinasi yang tidak resiprok.

Rekombinasi Illegitimate (Illegitimate Recombination)

Rekombinasi illegitimate adalah rekombinasi yang terjadi antara molekul-molekui DNA yang non homolog (Gardner, dkk, l99l). Seperti halnya rekombinasi spesifik tapak, mekanisme rekombinasi illegitimate juga tidak sama dengan mekanisme rekonbinasi umum (lazim). Lebih lanjut pada E. coli. Macam rekombinasi itu juga tidak membutuhkan fungsi protein recA, recB, dan recC (Ayala, dkk., 1984). Contoh rekombinasi illegitimate antara lain yang berkenaan dengan insersi elemen transposabel (misalnya elemen Is) ke dalam sesuatu lokus gen (Strickberger, 1985). Pada peristiwa tersebut memang urut-urutan DNA lokus tersebut tidak sama dengan urut-urutan DNA elemen Is. Sebagaimana diketahui akibat rekombinasi illegitimate yang melibatkan insersi elemen tersebut, fungsi

(5)

gen akan terganggu atau hilang. Sebagai contoh misalnya insersi yang dilakukan oleh elemen Is ke dalam berbagai lokus (gen gal, E, K dan T) pada genom E. coli, yang terbukti menimbulkan mutasi-mutasi sehingga mengganggu metabolisme galaktose.

Rekombinasi Independen terhadap Replikasi DNA

Telaah-telaah rekombinasi yang telah dilakukan selama ini menunjukkan bahwa kejadian rekombinasi independen atau tidak terkait dengan peristiwa replikasi DNA. Dalam hal ini bilamana dua genotip fag, rnisalnya a+ dan b+, dalam jumlah besar secara serempak menginfeksi suatu sel inang yang tumbuh pada medium ringan, pengamatan terhadap genotif partikel fag-fag yang tidak bereplikasi rnenunjukkan bahwa beberapa diantaranya bergenotip ++; dan memang inilah bukti bahwa rekombinasi genotip-genotip induk dapat berlangsung secara independen terhadap replikasi DNA.

PERTANYAAN DAN JAWABAN

1. Bagaimana rekombinasi spesifik tapak menjamin penataan kembali DNa yang diteliti?

Jawaban: Fungsi ini termasuk fungsi regulasi ekspressi gen tertentu , promosi penyusunan kembali gen yang diprogram berikatan pada lingkaran replikasi beberapa viral dan DNA plasmid, seperti yang akan diilustrasikan kemudian. Sistem rekombinasi daerah spesifik terdiri atas enzim yang disebut rekombinase dan sebuah pendekan (20-200 pasangan basa, tergantung sistem) susunan DNA unik dimana rekombinase berperan (daerah rekombinasi). Beberapa sistem juga termasuk protein tambahan yang mergulasi pemilihan waktu atau hasil reaksi.

(6)

BAB 11 TRANSFORMASI BAKTERI (TOPIK 9)

RESUME

Oleh:

(7)

BAB 11

TRANSFORMASI BAKTERI

Transformasi adalah suatu proses transfer genetic dengan bantuan potongan DNA ekstraseluler. Transformasi bakteri pertama kali diamati oleh F.Griffith dan Oswald Avery dkk yang membuktikan bahwa DNA bertanggung jawab terhadap perubahan genetic yang terjadi akibat transformasi.

Transformasi Alami dan Transformasi Buatan

Pada transformasi alami, bakteri mampu mengambil fragmen DNA secara alami sehingga mengalami transformasi secara genetic, contohnya Bacillus subtilis. Sedangkan transformasi buatan, secara genetic bakteri diubah terlebih dahulu agar memungkinkan mengalami transformasi, contohnya E. coli.

Spesies yang dapat mengalami transformasi adalah yang memiliki mekanisme enzimatik yang terlibat pada peristiwa pengambilam fragmen DNA maupun proses rekombinasi.

Proses Transformasi

Tahap 1 : Molekul DNA unting ganda berikatan pada tapak reseptor yang terdapat di permukaan sel

Tahap 2 : Pengambilan DNA donor yang bersifat irreversible.

Tahap 3 : Konversi molekul DNA donor yang berupa unting ganda menjadi molekul tunggal melalui degradasi nukleotida

Tahap 4 : Integrasi seluruh atau sebagian unting tunggal DNA donor tersebut ke dalam kromosom resipien.

Tahap 5 : Segregasi dan ekspresi fenotipik gen donor yang telah terintegrasi. Ukuran minimum fragmen DNA donor pada transformasi tampaknya sekitar 500 pasang nukleotida; ada pula ukuran fragmen; mencapai 20.000 pasang nukleotida.

Pemetaan Kromosom Bakteri melalui Kejadian Transformasi

Dewasa ini data frekuensi rekombinan rekombinasi transformasi pada bakteri dapat dimanfaatkan untuk pemetaan kromosom bakteri. Pemanfaatan transformasi

(8)

untuk pemetaan kromosom bakteri bersangkut paut dengan pautan gen, urutan gen, dan jarak peta atau jarak gen.

1. Jelaskan yang dimaksud dengan sel-sel kompeten?

Jawaban: Sel-sel kompeten adalah sel-sel yang mampu secara aktif mengambil fragmen DNA sehingga memungkinkan terjadinya proses transformasi. Sel-sel kompeten memiliki factor kompeten yang diduga merupakan suatu protein permukaan sel atau suatu enzim yang terlibat dalam pengikatan atau pengambilan DNA. Sel-sel kompeten tersebut merupakan sel-sel resipien.

(9)

BAB 12 TRANSDUKSI PADA BAKTERI (TOPIK 10)

RESUME

Oleh:

(10)

BAB 12

TRANSDUKSI PADA BAKTERI

Pada tahun 1952, transduksi ditemukan oleh N. Zinder, Joshua Lederberg, Ester Lederberg. Transduksi merupakan rekombinasi genetik pada bakteri yang diperantarai oleh fag yang telah membawa kromosom dari satu bakteri (bakteri donor) ke bakteri lain (bakteri resipien).

Fag Virulen dan Virulen Sedang

Fag virulen (contoh: T2, T4) selalu memperbanyak diri dan memecahkan (merobek) sel inang. Fag yang bersifat virulen sedang (contoh: fag ) setelah infeksi dapat menjalani siklus litik, yaitu fag bereproduksi dan memecahkan sel inang, atau siklus lisogenik, yaitu kromosom fag diintegrasikan ke dalam kromosom inang (profag) melalui mekanisme rekombinasi spesifik tapak dan bereplikasi seperti segmen kromosom inang yang lain. Pada siklus lisogenik, kromosom fag kadang terpisah dari kromosom inang lagi sehingga fag mengalami siklus litik mengalami transisi spontan. Hal ini terjadi karena diinduksi oleh faktor lingkungan (contoh: radiasi sinar UV).

Macam Transduksi

Fenomena transduksi ditemukan pada mekanisme konjugasi bakteri Salmonella typhimurium. Ada dua macam (tipe) transduksi, yaitu:

1. Transduksi umum (generalized transduction)

Potongan acak DNA (kromosom) pada bakteri yang ditangkap oleh fag lalu dipindahkan ke bakteri resipien ini tidak diintegrasikan pada tapak pelekatan khusus kromosom inang (berada bebas dalam sitoplasma) sehingga transduksi ini dapat diperantarai oleh jenis tertentu dari fag virulen dan fag virulen sedang. Partikel fag yang terlibat pada transduksi umum diproduksi selama siklus litik. Semua gen dapat ditransduksikan. Tahapan transduksi umum: a. sel donor E. coli yang wild-type terinfeksi fag P1 (virulen sedang) b. DNA sel inang terpotong selama siklus litik

c. perakitan fag turunan, terbentuk fag pentransduksi yang berasal dari beberapa potongan kromosom dicakupkan ke dalam beberapa fag turunan

(11)

d. sel lisis sehingga terjadi pelepasan fag turunan pada lisat fag.

e. fag pentransduksi menginfeksi bakteri resipien yang bersifat auksotrofik f. pindah silang ganda, terjadi pertukaran gen sel donor dan sel resipien g. terbentuk transduktan stabil, semua turunan dari sel yang bergenotip sama Transduktan abortif terbentuk dari sel yang berasal dari fragmen pentransduksi yang tidak terintegrasi sehingga, secara parsial, sel bersifat diploid dan dapat digunakan untuk uji komplementasi, pengungkapan jarak gen taksiran.

2. Transduksi khusus (specialized transduction) atau transduksi terbatas (restricted transduction)

Transduksi khusus diperantarai oleh fag bersifat virulen sedang yang hanya mentransduksi fragmen tertentu dari kromosom bakteri. Contoh: fag  menginfeksi E. coli. Kromosom fag dapat berintegrasi pada satu atau beberapa tapak pelekatan khusus dari kromosom bakteri. Kromosom fag pada fag virulen sedang mempunyai sifat mirip episom, yaitu dapat bereplikasi secara otonom dan replikasi saat terintegrasi dengan kromosom inang. Pada saat profag (bersifat lisogenik), gen litik mengalami repressi dimana gen litik ikut terlibat pada reproduksi virus maupun proses lisis sel inang. Mekanisme represi mirip operon pada bakteri.

1. Apa perbedaan antara transduksi umum dan transduksi khusus? Jawaban:

Pembeda Transduksi Umum Transduksi Khusus fag yang dapat

terlibat

Fag virulen dan fag virulen sedang (pada jenis tertentu)

Fag virulen sedang

yang

ditransduksi

Potongan acak kromosom/DNA

Fragmen tertentu dari kromosom

terintegrasi/tidak Tidak terintegrasi pada tapak pelekatan khusus kromosom inang

Dapat berintegrasi pada 1/beberapa tapak pelekatan khusus

(12)

Terjadi saat Siklus litik, karena partikel fag yang terlibat diproduksi saat siklus litik

Siklus lisogenik, karena adanya profag pada bakteri