GENETIKA DAN FISIOLOGI MIKROBIA MOLEKULER
Tujuan instruksional dan kompètensi matakuliah:
Memberi bekal kepada mahasiswa tentang arti penting genetika mikrobia yang merupakan refleksi dari fisiologi mikrobia, sehingga setelah selesai mengikuti kuliah ini mahasiswa mampu menjelaskan
• bagaimana DNA melayani sebagai informasi genetik
• bagaimana mutasi dapat diidentifikasi, dipertahankan atau diperbaiki • perbedaan mekanisme rekombinasi genetik pada bakteri
Arti penting RNA, DNA, sifat genom bakteri dan Fisiologi molecular
Genetika mikrobia mempelajari tentang sifat dasar dan ekspresi, perubahan dan mekanisme pewarisan bahan genetik. Informasi hereditair dari suatu sel hidup adalah suatu karakteristik yang dapat diwariskan dan sel induk ke sel anakannya. Informasi genetik tersebut terdapat dan tersandi di dalam molekul asam deoksiribonukleat (DNA). Informasi genetik di dalam DNA menentukan sifat metabolik dan struktural suatu jasad hidup.
Mengapa bakteri digunakan sbg model utk studi genetika? 1. Kualifikasi penting: kecepatan tumbuh yang sangat cepat 2. Bhn genetik lebih sederhana
3. Utk identifikasi mutagen yg berbahaya penyakit kanker 4. Strain atau klon?
Strain : Populasi sd yg identik secara gen Disebut sebagai kultur murni
Genetika moderen telah berkembang seiring dengan perkembangan biologi molekuler yang sangat tergantung pada mikrobia. Mikrobia, khususnya bakteri, merupakan jasad yang paling ideal untuk analisis genetik karena bakteri mampu tumbuh cepat dan hanya mempunyai kromosom tunggal.
BAB 6
Informasi hereditair
Molekul DNA pada umumnya berupa pita ganda terpilin yang sangat spesifik dan dapat menggandakan di
menemukan letak informasi genetik di dalam sel.
Oswald Avery (1944) telah membuktikan bahwa informasi genetik ada dalam inti dalam bentuk molekul asam deoksiribonukleat (DNA) dan molekul DNA bukan terdapat di dalam ptotein. Beberapa pendapat menyatakan bahwa dengan DNA mu dapat diketahui perubahan sifat dasar.
James Watson & Francis Crick (1953) telah menemukan struktur DNA yang berupa dua untai pita DNA terpilin (double helix). Penemuan
revolusi biologi karena penemuan struktur DNA
dan memahami bagaimana informasi genetik dapat dipindahkan dan satu generasi ke generasi berikutnya serta bagaimana DNA dapat mengendalikan replikasinya.
Gambar 8.1. Konfigurasi molekuler dan struktur kimia DNA Replikasi informasi hereditair di dalam sel bertujuan
DNA baru yang mempunyai urutan nukleotida sama seperti genom sel inangnya. Molekul DNA adalah makromolekul yang menyimpan informasi hereditair suatu sel. DNA ini tersusun oleh sub-unit
Urutan nukleotida menentukan kespesifikan suatu informasi hereditair dan berisi mekanisme untuk mengendalikan ekspresi genetik.
Molekul DNA pada umumnya berupa pita ganda terpilin yang sangat spesifik dan dapat menggandakan diri (replikasi). Beberapa pakar sejak abad ke 15 telah menemukan letak informasi genetik di dalam sel.
) telah membuktikan bahwa informasi genetik ada dalam inti dalam bentuk molekul asam deoksiribonukleat (DNA) dan molekul DNA bukan terdapat di dalam ptotein. Beberapa pendapat menyatakan bahwa dengan DNA mu dapat diketahui perubahan sifat dasar.
Watson & Francis Crick (1953) telah menemukan struktur DNA yang berupa dua untai pita DNA terpilin (double helix). Penemuan ini merupakan titik awal revolusi biologi karena penemuan struktur DNA ini sangat penting untuk mempelajari nformasi genetik dapat dipindahkan dan satu generasi ke generasi berikutnya serta bagaimana DNA dapat mengendalikan replikasinya.
Gambar 8.1. Konfigurasi molekuler dan struktur kimia DNA
Replikasi informasi hereditair di dalam sel bertujuan untuk dapat mensintesis molekul yang mempunyai urutan nukleotida sama seperti genom sel inangnya. Molekul DNA adalah makromolekul yang menyimpan informasi hereditair suatu sel.
unit- yang disebut nukleotida atau deoksiribonukleotida. Urutan nukleotida menentukan kespesifikan suatu informasi hereditair dan berisi mekanisme untuk mengendalikan ekspresi genetik.
Molekul DNA pada umumnya berupa pita ganda terpilin yang sangat spesifik (replikasi). Beberapa pakar sejak abad ke 15 telah ) telah membuktikan bahwa informasi genetik ada dalam inti dalam bentuk molekul asam deoksiribonukleat (DNA) dan molekul DNA bukan terdapat di dalam ptotein. Beberapa pendapat menyatakan bahwa dengan DNA murni Watson & Francis Crick (1953) telah menemukan struktur DNA yang i merupakan titik awal i sangat penting untuk mempelajari nformasi genetik dapat dipindahkan dan satu generasi ke generasi berikutnya serta bagaimana DNA dapat mengendalikan replikasinya.
untuk dapat mensintesis molekul yang mempunyai urutan nukleotida sama seperti genom sel inangnya. Molekul DNA adalah makromolekul yang menyimpan informasi hereditair suatu sel.
onukleotida. Urutan nukleotida menentukan kespesifikan suatu informasi hereditair dan berisi
Bagaimana DNA mengendalikan sintesis protein?
George Gamow (1954) telah menemukan bahwa trio dan 4 nukleotida menghasilkan 64 kombinasi untuk 20 macam asam amino. Marshall Nirenberg, Heinrich Matthaei, Philip Leder dan Har Gobind Khorana (1960) membuktikan bagaimana urutan nukleotida di dalam mRNA dapat mengatur sintesis protein spesifik. Genetika berkembang dengan pesatnya seiring dengan perkembangan biologi molekuler dan teknologi, sehingga para pakar mikrobiologi (1970-1980) dapat mempelajari mekanisme perpindahan DNA diantara sel-sel dan rekayasa genetika
Untuk mempelajari dan memahami mekanisme pemindahan bahan genetik tersebut memerlukan pengetahuan dasar bagaimana gen berfungsi. Gen berfungsi:
1. untuk memprediksi terjadinya penyakit tertentu
2. merupakan suatu alat atau metoda untuk mempertahankannya Oleh karena itu dalam kuliah ini ditekankan pada bahasan utama, yaitu
1. Fungsi DNA sebagai pembawa informasi biologi 2. Sintesis RNA dan sintesis protein
3. Pemindahan bahan genetik diantara jasad renik Konsep gen
Tiap jasad hidup mempunyai sekelompok sifat yang dapat diwariskan. Pembawa sifat karakteristik yang diturunkan adalah gen. Gen adalah urutan nukleotida di dalam DNA, atau dengan kata lain, gen adalah suatu segmen DNA yang berisi sandi-sandi dalam bentuk urutan nukleotida, secara kumulatif disebut genotipe. Sandi-sandi tersebut dapat ditranskripsikan kedalam RNA dan kemudian ditranslasikan meniadi polipeptida. Sifat bawaan ini diekspresikan sebagai sifat yang dapat dilihat, dan disebut fenotipe.
Apa hubungan antara gen dan fenotipe suatu mikrobia?
Percobaan dengan Neurospora crassa (jamur oncom) yang hampir sepanjang siklus hidupnya, bersifat haploid (hanya mengandung satu turunan dan tiap-tiap gen) dan biasanya Tipe liar N. crassa, yang disebut prototrof, mampu mensintesis semua asam amino yang diperlukan untuk pertumbuhannya pada medium minimal yang hanya mengandung sukrosa.
percobaan diawali dengan penyinaran spora aseksual yang disebut konidi dengan sinar X. Setelah penyinaran, konidi tersebut akan mengalami mutasi. Mutan dapat dideteksi berdasarkan kemampuan tumbuhnya pada medium minimum yang hanya mengandung sukrosa, tetapi jamur tersebut tumbuh dengan baik pada medium Iengkap (medium yang mengandung semua asam amino). Ketidakmampuan tumbuh pada medium minimal karena mutan tersebut tidak mempunyai ensim yang diperlukan untuk mensintesis asam amino tertentu. Oleh karena itu mutan tersebut kehilangan gen yang bertanggung jawab terhadap ensim tersebut. Mutan tersebut dapat diidentifikasi melalui percobaan penumbuhan pada medium yang hanya mengandung asam amino tertentu. Misalnya, mutan yang mampu tumbuh pada medium minimal dilengkapi dengan triptofan, disebut mutan trp. Tipe liar Neurospora mampu tumbuh pada medium minimal karena jamur tersebut dapat mensintesis semua asam amino dan sukrosa, ammonium dan garam lainnya.
Satu gen, satu ensim.
Untuk mengetahui mengapa mutan-mutan asam amino tidak mampu membuat asam amino yang diperlukan untuk pertumbuhannya, maka mutan tersebut perlu dianalisis secara biokimia. Telah ditemukan bahwa masing-masing mutan kehilangan salah satu ensim yang diperlukan untuk mensintesis asam amino. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa satu gen menyandi satu ensim.
Kesimpulan tersebut merupakan sesuatu untuk memahami tentang genetika. Selain itu perlu diketahui bahwa perkembangan biokimia terbaru menyatakan bahwa ensim telah diketahui sebagai protein, tetapi betapa kompleknya suatu ensim belum diketahui dengan pasti. Berbagai ensim telah diketahui tersusun lebih dan satu polipeptida dan beberapa polipeptida, seperti peptida hormon dan protein ribosom, tidak menunjukkan aktivitas ensimatis. Oleh karena itu teori satu gen satu ensim telah dimodifikasi menjadi satu gen menyandi untuk satu polipeptida. Selain itu gen juga menyandi RNA, sedangkan RNA ini tidak ditranslasikan menjadi polipeptida. Oleh karena itu gen seluler adalah segmen DNA yang ditranskripsikan ke dalam RNA. Hampir semua gen ditranslasikan menjadi polipeptida, kecuali, gen untuk rRNA dan tRNA hanya membuat molekul RNA.
Fungsi gen dan mutasi: Genom bakteri dan arkhaea
DNA terpilin ganda tersusun rapi di dalam sel menjadi struktur yang disebut dengan kromosom. Koromosom mengandung informasi genetik sel. Transformasi genetik sel bakteri dan arkhaea selama terdapat pada kromosom, juga ada pada plasmid, sedangkan sel-sel eukariotik juga terdapat pada episom (unsur ekstrakromosomal). Keseluruhan total informasi genetik yang terdapat pada kromosom, plasmid atau episom disebut genom sel. Hampir semua bakteri kromosom tersusun dalam bentuk lup sirkuler. Demikian pula sel arkhaea, kromosomnya sangat tipikal berupa lup sirkuler tunggal. Beberapa contoh kromosom arkhaea adalah kromosom metanogen (arkhaea penghasil gas metan) dan kromosom arkhaea termofilik ekstrem (arkhaea yang mampu tumbuh pada temperatur di atas 80 °C).
Beberapa bakteri ada yang mempunyal kromosom linear seperti pada sel eukariotik. Misalnya,
a. Streptomyces mempunyai kromosom yang linear
b. Agrohacterium tumifaciens mempunyai satu kromosom linear, satu kromosom sirkuler dan beberapa plasmid.
Arkhae halofilik (arkhaea yang mampu tumbuh pada pada lingkungan yang mengandung konsentrasi garam sangat tinggi) mempunyai kromosom sirkuler dan dua plasmid raksasa yang sirkuler. Kromosom bakteri dan arkhaea mengandung banyak sekali DNA yang dikemas dan dikondensasi sedemikian rupa sehingga bisa tersusun rapi di dalam sel. Kondensasi DNA terjadi dengan pengumparan DNA (supercoiling), melalui protein khusus semacam histon (protein khusus yang hanya terdapat pada sel eukariotik) menjadi bentuk DNA kompleks dan padat seperti simpul-simpul terpilin. Pada bakteri dan arkhaea, interaksi protein seperti histon dengan DNA tidak membentuk kromatin. Kromosom bakteri sangat kecil yang mengandung hanya 4,6 Mbp (kromosom Escherichia coli) dan arkhaea lebih kecil lagi (1,6 Mbp pada kromosom Meihanococcus jannaschii). Oleh karena ukuran genom bakteri dan arkhaea sangat kecil, maka hampir semua gen bakteri maupun arkhaea harus diekspresikan dan tidak tersimpan dalam kromatin.
Genom sel eukariotik
Sel-sel eukariotik pada umumnya mempunyai kromosom majemuk yang berbentuk linear dan informasi genetiknya terletak pada kromosom dan episom. Dengan demikian sel eukariotik mempunyi genom yang besar. Kromosom majemuk yang berbentuk linear tersebut mempunyai banyak protein yang jumlahnya 2 kali jumlah DNA terdapat di dalam inti. Kromosom set eukariotik dikemas melalui pengumparan (supercoiling) DNA menjadi bentuk khusus yang disebut kromatin. Pengumparan DNA ini melibatkan protein khusus disebut histon.
Mengingat kromosom sel eukariotik dikemas menjadi kromatin, maka banyak gen yang tidak dapat diekspresikan karena DNA terasingkan sehingga tidak dapat dicapai. Genom set eukariotik sangat besar (5.000 mega base pairs=Mbp), sehingga sebagian gen nya masih dapat terekspresikan untuk membantu fungsi seluler. Pengumparan (supercoiling) DNA sel eukariotik distabilkan oleh histon dan protein non histon. Histon melipat DNA di dalam inti sedemikian rupa menjadi nukleosom yang kemudian dikondensasikan menjadi kromatin.
Sel eukariotik mempunyai 5 tipe molekul histon, yaitu Hi; H2A; H2B; H3; dan H4 yang memungkinkan DNA terkumpar dengan rapi di dalam nukleosom. Histon berinteraksi membentuk oktomer (8 subunit) yang terdiri dan 2 mol dan H2A, H2B, H3 dan H4. Oktomer ini merupakan dasar kumparan benang-benang DNA, bagaikan benang terkumpar pada gelendong.
Replikasi DNA
Informasi genetik ditransfer dan induk ke sel anakannya melalui replikasi molekul DNA induknya. Peran utama dan replikasi adalah membuat duplikat urutan base dan molekul DNA induk dengan mekanisme yang berdasarkan kespesifikan pasangan base nukleotidanya (0-C atau A - T). Molekul DNA untai ganda mengalami replikasi dengan proses semikonservatif. Hal ini terbukti melalui percobaan yang dilakukan oleh Messelson and Stahl (1958). Ketika DNA untai ganda ini tereplikasi menghasilkan dua DNA untai ganda baru yang masing-masing untai mengandung satu untai DNA berasal dan induk dan satu untal DNA lainnya dan hasil sintesis.
Pada awalnya, untai ganda harus terbuka kemudian memisah menjadi untaian tunggal. Kedua untaian tunggal ini digunakan sebagai cetakan (template) untuk membuat untai DNA komplemennya. Tempat dimana untaian ganda DNA memisah dan DNA komplementnya disintesis disebut garpu replikasi (Gambar 8.2). Pada
molekul DNA induk terdapat base nukleotida bebas yang terpisah dan pasangannya. Pada garpu replikasi, ada empat untai DNA, dua adalah dan induknya dan dua dan hasil sintesis. Satu molekul DNA induk menghasilkan dua replika yang terdiri dan satu untai induk plus satu untai turunan. Masing-masing base pada untai turunan diseleksi sesuai dengan base yang diperlukan oleh pasangan base induknya. Untaian ganda induk membuka kemudian terpilin lagi menjadi untai ganda baru sehingga masing-masing turunan membawa satu untai dan induk dan satu untaian yang baru terbentuk. Mekanisme dasar replikasi DNA untai ganda meliputi beberapa langkah proses sebagai berikut;
1. Monomer nukleotida ditambahkan satu persatu pada ujung suatu untaian yang sedang tumbuh melalui ensim yang disebut polimerase DNA.
2. Urutan base yang ada pada masing-masing untaian anakan atau untaian baru merupakan untaian komplementer terhadap untaian base DNA yang dikopi. Apabila untai DNA induk mempunyai Adenin maka nukleotida Timin akan berada pada ujung untai DNA anakan yang sedang tumbuh.
3. Replikasi DNA memerlukan template, ATP, suatu replikasi kompleks; dan deoksinbonukleotida trifosfat-A,G, T dan C
Mekanisme replikasi kromosom sirkuler E. coli menurut pola Jacob & Brener Kromosom melekat pada suatu tempat awal replikasi yang disebut oriC pada mesosom yang terletak pada membran plasma. Tempat oriC merupakan suatu putaran. Kromosom bergerak melalui tempat tersebut. Salah satu untaian putus. Ujung 5’P04 untaian tersebut akan melekat pada tempat yang baru pada membran plasma. Kromosom berputar berlawanan arah jarum jam melalui tempat lekat pada mesosom, yang juga merupakan tempat sistem ensim untuk replikasi. Kemudian terbentuklah untaian baru pada untaian terpisah. Tempat perlekatan kedua untaian terpisah. Pemisahan kedua tempat tersebut terjadi karena adanya sintesis membran plasma baru dan terbentuk dinding sel diantara kedua tempat dimana DNA melekat.
Pada umumnya replikasi kromosom bakteri bergerak dengan dua arah (bidirection): garpu replikasi bergerak dan tempat replikasi dan bertemu di tengah-tengah lingkaran kromosom. Setelah replikasi selesai, terjadi penggabungan ujung-ujung bebas dan masing-masing untaian kromosom baru sehingga masing-masing kromosom baru terdiri dan untaian DNA lama dan satu untai DNA baru. Replikasi DNA ini dikenal sebagai replikasi semikonservatif (Meselson & Stahl, 1959) (Gambar 8.2).
REPLIKASI DNA DALAM SEL ARKHAEA
Replikasi DNA pada sel arkhaea belum diketahui dengan pasti apakah replikasi DNA kromosom terjadi pada tempat asal replikasi yang tunggal seperti bakteri atau pada asal replikasi yang majemuk seperti pada sel eukariotik. Berdasarkan sifat kromosom arkhaebakteri yang bentuknya sirkuler seperti pada bakteri, mempunyai genom relatif kecil, sehingga kemungkinan kromosom direplikasi dengan cepat dan hanya terjadi asal replikasi tunggal.
Protein yang terlibat dalam replikasi DNA arkhaea lebih mirip dengan protein sel eukariotik. Oleh karena itu replikasi kromosom arkhaea diduga mengikuti motif replikasi kromosom sel eukariotik dan mempunyal titik-titik asal replikasi banyak. Replikasi dna sel eukariotik
Replikasi kromosom sel eukariotik terjadi pada tempat awal replikasi yang majemuk terdapat di dalam masing-masing kromosom dan berlangsung dengan dua arah. Kecepatan sintesis DNA sepanjang garpu replikasi bervariasi dan berlangsung Iebih lamban daripada yang terjadi di dalam sel bakteri. Secara keseluruhan kecepatan replikasi DNA set eukariotik lebih cepat daripada pada sel bakteri. Hal ini disebabkan karena DNA eukariota mempunyai replikon (segmen makromol DNA yang mempunyai asal dan terminal replikasi sendiri-sendiri) majemuk.
Meskipun di kromosom eukariotik mengandung lebih banyak DNA, genom eukariotik dapat direplikasikan Iebih cepat (25-30 menit di dalam sel khamir) daripada genom bakteri (genom E. coli dapat direplikasikan sekitar 40 menit). Keadaan ini disebabkan karena adanya titik-titik inisiasi yang jamak untuk sintesis DNA sehingga menghasilkan replikasi secara simultan pada bagian kromosom yang berbeda.
Perbedaan tempat asal replikasi tunggal dan majemuk untuk sintesis DNA merupakan perbedaan fundamental antara bakteri dan sel eukariotik. Oleh karena itu replikasi korosom sel eukariotik sangat lebih kompleks daripada sel bakteri.
Dalam sel eukariotik, repIikasi beberapa urutan DNA diinisiasi pada awal fase sintesis pada pertumbuhan, sedangkan replikasi urutan yang lain terjadi kemudian. Mekanisme dasar koordinasi asal replikasi DNA adalah identik untuk semua sel eukariotik. Koordinasi yang diperlukan untuk replikasi DNA di dalam sel eukariotik, dapat ditentukan berdasarkan percobaan pertumbuhan Saccharomyces cerevisieae, Koordinasi tersebut terletak pada interaksi antara protein spesifik dengan urutan pendek nukleotida DNA yang spesifik yang tersebar di dalam DNA kromosom. DNA di
dalam sel eukanotik mempunyai urutan replikasi otonom (ARCs) yang berfungsi sebagai awal replikasi dan merupakan counterpart awal replikasi bakteri (ori)
ARCs terdiri dari 11 pasang urutan base ditambah dengan 2 atau 3 urutan pendek nukleotida tambahan di dalam 100-200 base. Bagian pusatnya tersusun oleh 6 protein disebut komplek pengenal asal replikasi (the origin recognition complex ORC), antara lain Cdc7, protein MCM, bergabung dengan asal replikasi.
Langkah yang sangat penting di dalam inisiasi replikasi DNA adalah pembuatan komplek prareplikasi yang mengandung ORC dan beberapa protein lain. Bentuk komplek prareplikasi yang hanya terjadi selama fase S pada pertumbuhan, melibatkan satu seri cyclin-dependent kinases. Cyclin adalah protein yang mengatur kejadian yang berlangsung selama pembelahan mitotik; cyclin-dependent kinase aktivitas sangat memerlukan cyclin. ORC dan protein bergabung dan tersimpan selama evolusi Sel eukariotik. Mereka berfungsi untuk menenentukan replikasi DNA dengan waktu yang tepat selama sel tumbuh. Protein MCM terlibat dalam pembentukan kompleks prareplikasi yang diperlukan untuk menginisiasi replikasi DNA, juga terlibat di dalam licensing, licensing adalah waktu yang memungkinkan replikasi DNA terjadi di dalam sel eukariotik. Replikasi DNA eukariotik memerlukan beberapa faktor yang dapat hanya terjadi pada kromosom selama mitosis, yaitu ketika membran inti pecah.
Variasi fenotipe dan genotipe jasad haploid
Mikrobia pada umumnya selalu haploid karena hanya mempunyai satu set gen tunggal, mampu membentuk merozigot tetapi bukan merupakan fusi dan keseluruhan sel tetapi hanya sebagian bahan genetik dan sel donor ditransfer ke sel resipien. Kromosom resipien dan sebagian kromosom donor berpasangan kemudian terjadi pertukaran segmen DNA. Dengan demikian, setelah pembelahan sel menghasilkan sel yang mengandung hanya kromosom gabungan.
Mutasi dan mutan
Mutasi adalah perubahan urutan nukleotida pada suatu gen (segmen DNA) sehingga terjadi perubahan struktur yang bersifat permanen. Proses perubahan ini merupakan dasar dan evolusi. Hasil perubahan permanen pada DNA ini dapat diwariskan ke generasi berikutnya.
Perubahan tersebut terjadi karena beberapa faktor, antara lain, kesalahan selama replikasi DNA atau karena kerusakan pada kerangka DNA (gula-fosfat) akibat penyisipan, penghilangan dan penggantian segmen baru. Perubahan tersebut menyebabkan perubahan genotipe (komposisi genetik) yang spesitik berdasarkan urutan nukleotida DNA. Perubahan urutan nukleotida DNA dapat merubah gen tidak berfungsi semestinya sehingga kehilangan kemampuan untuk menghasilkan protein. Salah satu mekanisme mutasi adalah delesi atau penghapusan sejumlah pasangan base DNA. Proses delesi tersebut disebut defisiensi yang dapat menyebabkan hilangnya beberapa informasi genetik pada beberapa gen.
Proses pembentukan mutan disebut mutagenesis yang dapat berlangsung secara spontan atau dengan diinduksi secara fisik atau kimia. Mutan dapat terbentuk dengan (1) tanpa perlakuan; proses ini disebut mutagenesis spontan; (2) penambahan bahan kimia atau mutagen, seperti asam nitrit (HNO2), hidroksilamina, etilmetana sulfonat (EMS), mutagen kimia ini dapat mengubah susunan base nukleotida atau bergabung dengan DNA sebagai analog base; (3) menggunakan mutagen fisik yaitu menggunakan radiasi sinar ultra violet dan sinar X. Sinar ultra violet menyebabkan terbentuknya dimer timin.
Mutan dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok sebagai berikut:
1. Mutan kondisional yaitu mutan yang mempunyal karakter berdasarkan kondisi dimana dapat diekspresikan
2. Mutan induksi, mutan yang tidak selalu dieksprsikan pada fenotipe
Allele adalah bentuk-bentuk gene yang memberi respon terhadap mutasi. Bakteri dan Arkhae hanya mempunyai satu set gen bersifat haploid dan kromosomnya hanya mempunyai satu bentuk allele, sedangkan kromosom sel eukariotik mempunyai sepasang maka bersifat diplod
Mekanisme mutasi meliputi
1. Penambahan (insersi) basa nukleotida pada DNA sehingga terjadi mutasi kerangka
2. Pengurangan (delesi) basa nukleotida menyebabkan mutasi kerangka (frameshift). 3. Penggantian (substitusi) basa nukleotida pada DNA, menyebabkan mutasi titik
(point mutation) atau mutasi tersembunyi (silent mutation) Tipe-tipe mutan:
a. mutan yang resistan terhadap antibiotika
b. mutan oksotrofik (mutan yang memerlukan vitamin, asam amino atau building block tertentu yang harus ditambahkan ke dalam medium),
c. mutan yang peka terhadap suhu, mutan yang tidak mampu menggunakan substrat d. mutan konstitutif untuk ensim katabolik atau anabolik
Rekombinasi genetik pada bakteri
Rekombinasi genetik adalah pembentukan genotipe baru yang terjadi melalui pencampuran kembali gen-gen dan diikuti dengan pemindahan bahan genetik antara dua kromosom yang berbeda tetapi mempunyai gen-gen yang serupa (kromosom homolog). Turunan dan rekombinasi tersebut mempunyai kombinasi gen-gen berbeda dan masing-masing induk.
Mekanisme rekombinasi genetik pada bakieri
1. Konyugasi
Konyugasi adalah suatu bersentuhan langsung secara fisik
Hampir seluruh atau sebagian besar kromosom dipindahkan ke s
Faktor seks yang dimiliki oleh sel berupa DNA sirkuler yang bukan merupakan bagian dan kromosom dan dianggap sebagai penentu seks, terdapat pada di sitoplasma, Faktor seks ini disebut pula faktor kesuburan (fertility factor).
Sel yang mengandung faktor F d
ditulis dengan simbol F-. faktor F ini disebut sebagai episom (unsur genetik ekstrakromosom) untuk bereplikasi. Gabungan ini disebut sel
recombination) (Gambar 8.4)
F+
Mekanisme rekombinasi genetik pada bakieri
Konyugasi adalah suatu proses pemindahan gen di antara sel-sel yang saling bersentuhan langsung secara fisik
Hampir seluruh atau sebagian besar kromosom dipindahkan ke sel resipien melalui pili. Faktor seks yang dimiliki oleh sel berupa DNA sirkuler yang bukan merupakan bagian dan kromosom dan dianggap sebagai penentu seks, terdapat pada di sitoplasma,
i disebut pula faktor kesuburan (fertility factor).
Sel yang mengandung faktor F diberi simbol F+ dan sel tidak mempunyai faktor F . faktor F ini disebut sebagai episom (unsur genetik ekstrakromosom) untuk bereplikasi. Gabungan ini disebut sel-sel Hfr (High frequency
integrasi F+ reversi
Segmen DNA homolog dari kromosom berpasangan dengan faktor F
sel yang saling
resipien melalui pili. Faktor seks yang dimiliki oleh sel berupa DNA sirkuler yang bukan merupakan bagian dan kromosom dan dianggap sebagai penentu seks, terdapat pada di sitoplasma, dan sel tidak mempunyai faktor F . faktor F ini disebut sebagai episom (unsur genetik
High frequency
Unsur genetik ekstrakromosom lain yang terdapat pada sel bakteri adalah plasmid. Plasmid berupa DNA berbentuk sirkuler terdapat di luar kromosom dan mampu melakukan replikasi sendiri di dalam sitoplasma.
Fungsi plasmid adalah me
bakteriosinogenik (yang menentukan pembentukan protein pembunuh bakteri sejenis atau yang mempunyai kekerabatan dekat = bakteriosin). Bakteriosin terbukti sangat berguna untuk membedakan strain
dalam diagnosis bakteriologi di bidang kedokteran. Misal : piosin dihasilkan oleh Pseudomonas, kolisin dihasilkan oleh Escherichia co
Plasmid juga berperan sebagai faktor pemindah resistensi atau faktor R menimbulkan resistensi terhadap antibiotika
2. Transduksi
pemindahan materi genetik satu sel bakteri ke sel bakteri lainnnya dengan
perantaraan organisme yang lain yaitu bakteriofage (virus bakteri
Unsur genetik ekstrakromosom lain yang terdapat pada sel bakteri adalah plasmid. Plasmid berupa DNA berbentuk sirkuler terdapat di luar kromosom dan mampu melakukan replikasi sendiri di dalam sitoplasma.
Fungsi plasmid adalah merupakan DNA tambahan dan berperan sebagai faktor bakteriosinogenik (yang menentukan pembentukan protein pembunuh bakteri sejenis atau yang mempunyai kekerabatan dekat = bakteriosin). Bakteriosin terbukti sangat berguna untuk membedakan strain-strain dan jenis bakteri yang sama khususnya di iologi di bidang kedokteran. Misal : piosin dihasilkan oleh Pseudomonas, kolisin dihasilkan oleh Escherichia coli.
Plasmid juga berperan sebagai faktor pemindah resistensi atau faktor R si terhadap antibiotika tertentu.
pemindahan materi genetik satu sel bakteri ke sel bakteri lainnnya dengan
perantaraan organisme yang lain yaitu bakteriofage (virus bakteri)
Unsur genetik ekstrakromosom lain yang terdapat pada sel bakteri adalah plasmid. Plasmid berupa DNA berbentuk sirkuler terdapat di luar kromosom dan DNA tambahan dan berperan sebagai faktor bakteriosinogenik (yang menentukan pembentukan protein pembunuh bakteri sejenis atau yang mempunyai kekerabatan dekat = bakteriosin). Bakteriosin terbukti sangat teri yang sama khususnya di iologi di bidang kedokteran. Misal : piosin dihasilkan oleh Plasmid juga berperan sebagai faktor pemindah resistensi atau faktor R
Mekanisme transduksi:
Bakteriofag atau Fag menginfeksi
bakteri inang dan menyebabkan kromosom fragmen-fragmen. Selama maturasi
oleh fragmen DNA bakteri. Apabila DNA bakteri y
sel inang baru, segera berintegrasi dengan kromosom bakteri tersebut yang akhirnya terjadi pemindahan beberapa gen dan satu inang ke sel yang lain.
3. Transformasi
Transformasi adalah proses pengambilan
atau potongan DNA yang ada disekitar medium dan bergabung dengan genom suatu sel. Sejumlah bakte
mampu melakukan transformasi di alam. Kemampuan sel eukaniotik mengamb DNA disebut transfection.
Kemampuan sel mengambil DNA sangat tergantung pada sel yang dalam keadaan kompeten. Kompetensi berkaitan adanya reseptor yang dipakai untuk menangkap DNA
Bakteriofag atau Fag menginfeksi sel bakteri kemudian penetrasi masuk ke dalam sel bakteri inang dan menyebabkan kromosom bakteri rusak terpotong-potong menjadi ma maturasi, partikel virus, beberapa kepala fag terbungkus oleh fragmen DNA bakteri. Apabila DNA bakteri yang dibawa fag tadi diintroduksi ke sel inang baru, segera berintegrasi dengan kromosom bakteri tersebut yang akhirnya terjadi pemindahan beberapa gen dan satu inang ke sel yang lain.
Transformasi adalah proses pengambilan atau pemindahan DNA bebas dan sel atau potongan DNA yang ada disekitar medium dan bergabung dengan genom suatu sel. Sejumlah bakteri, Bacillus, Streptococcus, neisseria dan Haemophilus
mampu melakukan transformasi di alam. Kemampuan sel eukaniotik mengamb DNA disebut transfection.
Kemampuan sel mengambil DNA sangat tergantung pada sel yang dalam keadaan kompeten. Kompetensi berkaitan adanya reseptor yang dipakai untuk kemudian penetrasi masuk ke dalam sel potong menjadi partikel virus, beberapa kepala fag terbungkus ang dibawa fag tadi diintroduksi ke sel inang baru, segera berintegrasi dengan kromosom bakteri tersebut yang akhirnya
atau pemindahan DNA bebas dan sel atau potongan DNA yang ada disekitar medium dan bergabung dengan genom
aemophilus,
mampu melakukan transformasi di alam. Kemampuan sel eukaniotik mengambil Kemampuan sel mengambil DNA sangat tergantung pada sel yang dalam keadaan kompeten. Kompetensi berkaitan adanya reseptor yang dipakai untuk
bebas yang terletak dipermukaan sel.
kompeten dengan menggunakan bahan kimia dan disimpan pada suhu rendah. Pengambilan dan nasib
DNA terikat dan ditransfer ke dalam sel nonspesifik. Pada umumnya
dalam bentuk untai ganda (ds) dan untai tunggal (ss).
mengambil ds DNA. DNA tersebut kemudian berintegrasi ke dalam kromosom dan terjadilah rekombinasi.
Hanya sebagian kecil informasi genetik dapat dipindahkan melalui transformasi. Ringkasan
1. Mikrobia mampu menyimpan dan memindahkan informasi genetik ke turunannya 2. Pewarisan sifat karakteristik mikrobia menunjukkan variasi yang berkaitan dengan
fenotipe dan genotipenya
3. Perubahan fenotipe disebabkan karena perubahan genom (mutasi)
4. Mutasi ditinjau dan aras molekuler terdiri dan mutasi titik dan mutasi kerangka 5. Sel mempunyai ensim yang digunakan untuk memperbaiki DNA yang rusak 6. Ada tiga cara pemindahan bahan genetik sehingga terjadi rekombinasi bakteri:
• Konjugasi pemindahan gen yang sangat tergantung pada kontak fisik langsung dan berlangsung dengan adanya faktor F atau episom (unsur DNA ekstrakromosom). Unsur DNA ekstrakromosom yang lain
sebagai faktor pemindah resistensi (faktor R)
• Transduksi pemindahan gen dan sel donor ke sel resipien melalui bakte • Transformasi : pengambilan DNA bebas oleh set resipientan/ian soal bebas yang terletak dipermukaan sel. Escherichia coli dapat diinduksi me kompeten dengan menggunakan bahan kimia dan disimpan pada suhu rendah.
Pengambilan dan nasib DNA dan lingkungan tergantung pada jenis mikrobia. DNA terikat dan ditransfer ke dalam sel mungkin dengan urutan spesi
a potongan DNA yang dapat masuk ke dalam sel adalah dalam bentuk untai ganda (ds) dan untai tunggal (ss). Haemophilus influenz
mengambil ds DNA. DNA tersebut kemudian berintegrasi ke dalam kromosom dan
kecil informasi genetik dapat dipindahkan melalui transformasi.
Mikrobia mampu menyimpan dan memindahkan informasi genetik ke turunannya Pewarisan sifat karakteristik mikrobia menunjukkan variasi yang berkaitan dengan fenotipe dan genotipenya
Perubahan fenotipe disebabkan karena faktor lingkungan (modifikasi) atau perubahan genom (mutasi)
Mutasi ditinjau dan aras molekuler terdiri dan mutasi titik dan mutasi kerangka Sel mempunyai ensim yang digunakan untuk memperbaiki DNA yang rusak
ara pemindahan bahan genetik sehingga terjadi rekombinasi bakteri: Konjugasi pemindahan gen yang sangat tergantung pada kontak fisik langsung dan berlangsung dengan adanya faktor F atau episom (unsur DNA ekstrakromosom). Unsur DNA ekstrakromosom yang lain adala
sebagai faktor pemindah resistensi (faktor R)
Transduksi pemindahan gen dan sel donor ke sel resipien melalui bakte Transformasi : pengambilan DNA bebas oleh set resipientan/ian soal
dapat diinduksi menjadi kompeten dengan menggunakan bahan kimia dan disimpan pada suhu rendah.
DNA dan lingkungan tergantung pada jenis mikrobia. ungkin dengan urutan spesifik atau potongan DNA yang dapat masuk ke dalam sel adalah
zae mampu mengambil ds DNA. DNA tersebut kemudian berintegrasi ke dalam kromosom dan
kecil informasi genetik dapat dipindahkan melalui transformasi.
Mikrobia mampu menyimpan dan memindahkan informasi genetik ke turunannya Pewarisan sifat karakteristik mikrobia menunjukkan variasi yang berkaitan dengan
ikasi) atau Mutasi ditinjau dan aras molekuler terdiri dan mutasi titik dan mutasi kerangka Sel mempunyai ensim yang digunakan untuk memperbaiki DNA yang rusak
ara pemindahan bahan genetik sehingga terjadi rekombinasi bakteri: Konjugasi pemindahan gen yang sangat tergantung pada kontak fisik langsung dan berlangsung dengan adanya faktor F atau episom (unsur DNA adalah plasmid Transduksi pemindahan gen dan sel donor ke sel resipien melalui bakteriofag Transformasi : pengambilan DNA bebas oleh set resipientan/ian soal-soal:
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan konsep gen?
2. Bagaimana perbedaan antara perubahan fenotipe dan perubahan genotipe 3. Sebutkan tipe-tipe plasid yang terdapat dalam sel bakteri
4. Bagaimana perbedaan karakteristik yang terjadi pada pemindahan gen pada mikrobia
5. Apa yang dimaksud dengan unsur DNA ekstrakromosom? 6. Sebutkan fungsi keberadaan unsur-unsur DNA ekstrakromosom 7. Apa yang dimaksud dengan:
a. Oksotrof b. Sel HFR c. Plasmid R d. transformasi genetik bakteri e. Episom
