resume bab 10, 11, 12

BAB 10, 11, 12

RESUME MATERI 8

Disusun untuk memenuhi tugas matakuliah Genetika II

yang dibimbing oleh Prof. Dr. A. Duran Corebima, M.Pd

Oleh

Afif Saifudin                          (120341421993)

Ayun Indariswati                     (120341421975)

   

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

JURUSAN BIOLOGI

Oktober 2014

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 membutuhkanfungsi 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 adalah hasil evolusi yang sangat spesifik terhadap enzim-enzim rekombinasi khusus yang dikode oleh gen int dan xis pada 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 akanterjadi pada banyak tapak lain tetapi dalam frekuensi rendah

Rekombinasi Spesfik Tapak Menjamin Penataan Kembali DNA yang Teliti

Pada umumnya peristiwa pindah silang tetap mempertahankan sususnan urut-urutan DNA pada kromosom-kromosom homolog, tetapi pada kasus tertentu sel-sel juga memanfaatkan semacam proses rekominasi yang tertata secara teliti untuk menata kembali urut-urutan DNA. Segmen DNA dapat dipindah dengan bantuan rekombinasi tapak spesifik yang berakibat timbulnya beragam gen atau perangkat gen yang diekspresikan. Contohnya adalah pembentukan gen antibody yang sangat banyak sebagai hasil penataan kembai DNA spesifik tapak yang terjadi atas suatu perangkat urut-urutan precursor

Rekominasi Spesifik Tapak Mengatur Ekspresi Gen

Rekombinasi yang melibatkan dua tapak pada molekul DNA yang sama akan berakibat terlepasnya segmen anatara atau terjadinya inverse segmen anaratersebut(Watson,1987). Sel memamng kadang memnfaatkan inverse hasil rekombinasi tersebut dalam rangka memilih anatar dua susunan DNA yangmemungkinkan dua protein atau perangkat protein untuk diekspresikan. Mekanisme ini sering mengatur protein yang tampak pada bagian luar akhluk hidup. Contohnya antara lain protein ekor dari Mu (mtator)fag, yang diatur olehsegmen gin yang tidak dapat dibalik,serta antigen flagel dari bakteri Salmonella.

Variasi fase Salmonella merupakan akibat dari ekspresi dua protein flagel yaituH1 dan H2, yang terjadi bergantian (Watson,1987). suatu sel mengekspresikansalah satu protein flagel itu,tidak pernah kedua proten flagel itu diekspresikansekaligus

Promotor untuk gen H2 terletak pada suatu segmen DNA yang dapat mengalami pembalikan di dekatnya, ukurannya kurang lebih 970 pasang nukleotida, dan diikat oleh urutan berulang seukuran 14 pasang nukleotida dalam arah berlawanan. Apabila segmen DNA yang mengandung promoter itu mengarah 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 didekatnya 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 untuk gen H1 juga tidak ditranskripsikan.

Rekombinasi Memperbaiki Molekul DNA yang Rusak

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

Rekombinasi memperbaiki molekul DNA yang rusak 

Sumber: http://wiki.cstl.semo.edu/agathman/DNA%20Repair.ashx

Rekombinasi Tidak Selalu Bersifat Resiprok pada Tapak PindahSilang: Konversi Gen

Kajian-kajian awal tentang pindah silang yang terjadi antara gen-gen yang berbeda menunjukkan bahwa tampaknya peristiwa itu bersifat resiprok. Namundemikian kemudian diketahui bahwa jika rekombinasi terjadi antara tapak-tapak berdekatan pada gen yang sama, maka dapat ditemukan perkecualian. Perkembangan lebih lanjut kemudian menunjukkan bahwa rekombinasi yang  tidak resiprok seriirg ditemukan. Rekombinasi tidak resiprok yang terjadi antaradua tapak berdekatan dalam satu gen yang sama, dewasa ini lazim disebut sebagai konversi gen atau gen conversion (Gardner, dkk., 1991). Dikatakan pula bahwatampaknya konversi gen tersebut merupakan akibat pemotongan DNA dan sintesis perbaikan DNA yang terjadi pada daerah heterodupleks selama proses pemutusandan penyambungan. Fenomena konversi gen ini paling baik dikaji misalnya pada khamir atau pada Neurospora. Dalam hal ini misalnva dilakukan persilangan antara dua mutan khamir Saccharomyces cerevisiae (jarak tapak kedua mutan itu sangat dekat dalam satugen yang sama). Lebih lanjut jika askus-askus yang mengandung spora dianalisis,seringkali askus-askus tersebut tidak mengandung rekornbinasi mutan ganda yangresiprok sebagaimana yang diharapkan. Sebagai contoh dilakukan persilangan dengan penauda mutan m¹ dan m². Jika persilangan tersebut adalah m¹m²⁺><m¹+m², maka askus-askus yang sering kali dijumpai adalah yang mengandungpasangan spora: m¹⁺m², m¹⁺m^2+, serta m¹m^2+. Dalam halini spora-spora mutan ganda m¹m² 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 akibatrekombinasi yang tidak resiprok. 

Rekombinasi Illegitimate

Rekombinasi illegitimate adalah rekombinasi yang terjadi antara molekul-molekui DNA yang non homolog. Seperti halnya rekombinasi spesifik tapak, mekanisme rekombinasi illegitimate juga tidak samadengan mekanisme rekonbinasi umum (lazim). Lebih lanjut pada E. coli. Macam rekombinasi itu juga tidak membutuhkan fungsi protein recA, recB, dan recC. Contoh rekombinasi illegitimate antara lain yang berkenaandengan insersi elemen transposabel (misalnya elemen Is) ke dalam sesuatu lokusgen (Strickberger, 1985). Pada peristiwa tersebut memang urut-urutan DNA lokustersebut tidak sama dengan urut-urutan DNA elemen Is

Sebagaimana diketahuiakibat rekombinasi illegitimate yang melibatkan insersi elemen tersebut, fungsigen 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

Kajian saat ini menunjukkan kejadian rekombinasi independen atau tidak terkait dengan peristiwareplikasi DNA. Dalam hal ini bilamana dua genotip fag, rnisalnya a+ dan b+, dalam jumlah besar secara serempak menginfeksi suatu sel inang yang tumbuhpada medium ringan, pengamatan terhadap genotif partikel fag-fag yang tidak bereplikasi rnenunjukkan bahwa beberapa diantaranya bergenotip ++; danmemang inilah bukti bahwa rekombinasi genotip-genotip induk dapat berlangsungsecara independen terhadap replikasi DNA

BAB 11

TRANSFORMASI BAKTERI

Transformasi adalah suatu proses transfer informasi genetik dengan bantuan potongan DNA ekstraseluler. Fragmen DNA bakteri donor diambil kemudian di bawa ke bakteri resipien. Jika bakteri donor dan resipien ini berbeda maka akan memunculkan rekombinan genetik. Sel yang mengalami transformasi disebut transforman.

Transformasi alami dan transformasi buatan

Pada transformasi alami, bakteri memang memiliki kemampuan secara alami untuk melakukan transformasi. Sedangkan transformasi buatan, bakteri sengaja dibuat untuk bisa melakukan transformasi. Contoh bakteri yang mengalami transformasi alami adalah B. subtilis, contoh bakteri yang mengalami transformasi buatan adalah E. coli.

Tidak semua bakteri dapat mengalami transformasi alami. Hanya bakteri yang memiliki mekanisme enzimatik yang terlibat pada peristiwa pengambilan fragmen DNA maupun pada proses rekombinasi. Juga tidak semua sel mampu mengambil fragmen DNA, hanya sel-sel tertentu saja. Sel yang mampu mengambil fragmen DNA disebut sel kompeten.

Proses transformasi

Proses transformasi meliputi:

Tahap 1: molekul DNA unting ganda berikatan pada tapak reseptor yang terdapat di permukaan sel. Perikatan ini bersifat reversibel

Tahap 2: pengambilan DNA donor yang bersifat irreversibel. Pada saat ini DNA donor menjadi resisten terhadap enzim DNAse di dalam medium.

Tahap 3: konversi molekul DNA donor yang berupa unting ganda menjadi molekul unting tunggal melalui degradasi nukleotida terhadap salah satu unting.

Tahap 4: integrasi (insersi kovalen) seluruh atau sebagian unting tunggal DNA donor tersebut ke dalam kromosom resipien

Tahap 5: segregasi dan ekspresi fenotip gen donor yang telah terintegrasi.

Ketiga tahap pertama tidak bersifat spesifik untuk DNA yang homolog. Sedangkan tahap keempat bersifat spesifik untuk DNA yang homolog. Pada sebagian transformasi yang telah diketahui, ukuran fragmen DNA donor adalah sekitar 20.000 pasang nukleotida.

Pemetaan kromosom bakteri melalui kejadian transformasi

Secara operasional, transformasi dapat dimanfaatkan untuk mengungkap pautan gen, urutan gen, serta jarak peta. Penanda genetik pada kromosom yang digunakan selalu berdekatan. Jika penanda tersebut letaknya berjauhan, maka penanda itu tidak akan pernah terbawa molekul DNA pentransformasi yang sama.

Urutan gen pada kromosom bakteri dapat juga ditetapkan atas dasar data transformasi. Sebagai contoh, jika gen p dan q sering mengalami kotransformasi, lalu gen q dan o juga sering mengalami kotransformasi, tetapi gen o dan p jarang mengalami kotransformasi, maka tentu saja urutan gen pada kromosom bakteri itu adalah p-q-o.

BAB 12

TRANSDUKSI PADA BAKTERI

Transduksi adalah rekombinasi genetik pada bakteri yang diperantarai oleh fag. Transduksi terjadi setelah terlebih dahulu suatu partikel fag membawa sebuah kromosom dari satu bakteri (donor) ke bakteri lain (resipien).

Fag virulen dan Virulen Sedang

Terdapat dua macam fag yang terlibat pada proses transduksi. Fag yang pertama yaitu fag virulen, dan yang kedua adalah fag virulen sedang. Fag virulen selalu memperbanyak diri dan merobek sel inang setelah infeksi. Sedangkan fag virulen sedang memiliki dua alternatif, bisa menjalani fase litik atau bisa menjalani fase lisogenik. Selama fase litik, fag melakukan reproduksi dan memecahkan sel inang. Sedangkan selama fase lisogenik, fag mengintegrasikan kromosomnya ke kromosom sel inang dan memperbanyak diri. Kromosom fag yang terintegrasi ini disebut profag. Terintegrasinya kromosom fag ke dalam kromosom inang terjadi melalui mekanisme rekombinasi spesifik tapak.

Macam tranduksi

Terdapat dua macam tranduksi yaitu tranduksi umum dan transduksi khusus atau transduksi terbatas.

Transduksi umum

Pada transduksi umum, potongan DNA dari bakteri donor akan dibawa ke bakteri resepien. Pembawaan DNA tersebut berupa potongan-potongan acak. Proses transduksi umum dapat teramati pada strain-strain E. coli yang diperantarai oleh fag P1. Pertama, fag P1 menginfeksi sel donor E. coli. Kemudian, DNA sel inang akan terpotong-potong selama fase litik. DNA yang terpotong-potong tadi akan berintegrasi dengan DNA fag. Sehingga dihasilkan keturunan fag pentransduksi. Lalu sel inang akan mengalami lisis dan fag akan keluar menuju bakteri resipien yang bersifat auksotrofik. Fag tersebut akan menginfeksi sel resipien dan melakukan pertukaran gen dengan cara pindah silang. Hingga akhirnya terbentuk suatu transduktan stabil.

Setelah fag pentransduksi menyuntikan fragmen DNA ke sel resipien, fragmen tersebut dapat terintegrasi dengan kromosom sel resipien atau bisa tidak terintegrasi dan bebas dalam sitoplasma. Fragmen yang tidak terintegrasi tidak akan melakukan replikasi dan akan diwariskan hanya ke satu sel turunan selama tiap pembelahan sel. Fragmen pentransduksi yang tidak terintegrasi ini disebut transduktan abortif. Transduksi umum dapat digunakan untuk memetakan letak gen, misalnya pada E. coli. Letak gen pada strain E. coli dapat ditentukan melalui kotransduksi, yaitu dengan membuat penanda yang diseleksi dan yang tidak diseleksi.

Transduksi khusus

Transduksi khusus diperantarai oleh fag yang bersifat virulen sedang, semacam fag lambda. Fag ini hanya mentransduksi fragmen tertentu dari kromosom bakteri. Kromosom dari fag ini dapat melakukan replikasi secara otonom (tidak tergantung pada replikasi inang) serta dapat pula melakukan replikasi dalam keadaan terintegrasi dengan kromosom inang. Integrasi kromosom fag semacam lambda diperantarai oleh suatu rekombinasi antara bentukan kromosom fag intraseluler yang sirkuler di satu pihak dengan kromosom bakteri yang juga sirkuler. Peristiwa ini terjadi pada tapak pelekatan spesifik di kedua kromosom terkait.

Di saat fase profag, gen-gen litik pada kromosom virus mengalami represi. Mekanisme represi itu berlangsung dalam suatu sistem represor-represor-promotor, mirip dengan yang dijumpai pada operon bakteri. Suatu  bakteri yang mengandung profag dinyatakan bersifat lisogenik, dan hubungan antara profag-inang disebut lisogeni. Sebuah sel yang lisogenik kebal terhadap infeksi kedua oleh fag yang sama. Hal itu karena gen-gen litik fag yang sudah menginfeksi mengalami represi.

Fag yang tergolong virulen sedang jarang mengalami transisi spontan dari lisogenik menjadi lisis. Proses terbebasnya profag dari kromosom terjadi sangat teliti dalam arti pemotongannya dalam ukuran yang tepat. Tapi tidak jarang juga pemotongan terjadi pada tapak yang lain, bukan pada tapak awal. Kesalahan pemotongan ini dapat disebabkan oleh terbentuknya partikel pentransduksi khusus. Kesalahan itu dapat terjadi pada gen yang letaknya berdekatan.

Rekombinasi pada transduksi umum dan transduksi khusus berbeda. Jika pada transduksi umum rekombinasi mengganti suatu segmen kromosom resipien dengan suatu segmen kromosom donor, pada transduksi khusus segmen DNA donor dan kromosom fag ditambhakan kepada kromosom resipien sehingga menghasilkan suatu tranduktan yang diploid parsial.

Pertanyaan

1.      Apakah rekombinasi selalu terjadi pada urut-urutan yang homolog?

Tidak, rekombinasi juga bisa terjadi pada urut-urutan yang non-homolog. Macam rekombinasi itu seperti rekombinasi spesifik tapak, rekombinasi yang tidak resiprok, dan rekombinasi illegitimate.

2.      Mengapa tidak semua bakteri dapat melakukan transformasi alami?

Transformasi alami hanya dapat dilakukan oleh bakteri yang memiliki mekanisme enzimatik yang terlibat pada peristiwa pengambilan fragmen DNA maupun pada proses rekombinasi. Kemampuan mengambil fragmen DNA dipengaruhi adalanya sel-sel kompeten.

3.      Bagaimana kelanjutan dari fragmen DNA hasil dari integrasi fag dengan bakteri donor?

Fragmen DNA dapat diintegrasikan atau tidak diintegrasikan pada bakteri resipien. Jika fragmen tidak diintegrasikan, maka fragmen tersebut tidak akan melakukan replikasi dan hanya diwariskan ke satu sel turunan selama tiap pembelahan sel.