BAB 7
REKOMBINASI: PENGERTIAN, HUBUNGAN
DENGAN MUTASI, PERAN TERHADAP PROSES EVOLUSI SERTA KEJADIANNYA
Pengertian Rekombinasi
Rekombinasi merupakan suatu peristiwa yang dapat
menjelaskan bagaimana suatu makhluk hidup terbentuk. Dugaan tentang rekombinasi
sudah diajukan sejak 1911, tetapi hukti fisik pertama tentang rekombinasi baru
ditemukan pada 1931. Sudah ada pendapat yang menyatakan bahwa rekombinasi
merupakan proses seluler esensial; dan dinyatakan pula bahwa semua molekul DNA
merupakan DNA rekombinan.
Peran rekombinasi terhadap proses
evolusi
Antara rekombinasi dan
mutasi tidak ada hubungan, sekalipun sama-sama menimbulkan perubahan materi
genetik. Di dalam proses evolusi, rekombinasi merupakan salah satu cumber
variasi genetik. Peran rekombinasi yang lain adalah memungkinkan sel
memperbaiki urut-urutan nukleotida yang hilang misélnya akibat radiasi atau
senyawa kimia. Rekombinasi tertentu juga ikut mengatur ekspresi gen. Salah satu
model kejadian rekombinasi yang umum dikenal adalah model Holliday, yang
berlaku bagi makhluk hidup prokariotik, eukariotik bahkan fag.
Pembentukan Struktur Holliday pada
makhluk hidup eukariotik
Model
holliday mempertimbangkan kejadian terputusnya satu unting yang berlanjut
dengan berlangsungnya pertukaran resiprok unting-unting tunggal yang
mengakibatkan terbentuknya DNA heteroduplex yang simetris pada kedua pihak yang
terlibat pada proses pertukaran. Pada model Meselson-Radding, rekombinasi
diawali hanya oleh satu pemutusan unting pada salah satu pihak dalam suatu
pertukaran. Sintesis DNA dalam rangka perbaikan itu mengganti suatu unting
tunggal yang menginvasi helix yang lain. Sintesis perbaikan bersama pada helix
donor serta degradasi unting DNA pada helix resipien menyebabkan terbentuknya
suatu struktur Holliday.
BAB 8
REKOMBINASI PADA MAKHLUK HIDUP
EUKARIOTIK
Pindah silang pada meiosis makhluk
hidup eukariotik
Peristiwa pindah silang
sudah jelas diketahui terjadi selama sinapsis dari kromosom-kromosom homolog
pada zygoten dan pachiten dari profane I meiosis (Gardner, dkk.,
1984). Gardner dkk. (1984) menyatakan pula bahwa karena
replikasi kromosom berlangsung selama interfase,maka peristiwa pindah silang
itu terjadi pada tahap tetrad pasca replikasi pada saat tiap kromosom telah
mengganda, sehingga telah terbentuk empat kromatid untuk tiap pasang kromosom
homolog. Peristiwa pindah silang terjadi antara keempat
kromatid itu, tetapi yang terjadi antara dua kromosom sesaudara (dari satu kromosom)
jarang dapat dideteksi.
Beberapa fungsi rekombinasi
genetik adalah memelihara perbedaan genetik, sistem perbaikan DNA khusus,
regulasi ekspresi gen tertentu, dan penyusunan kembali genetik yang diprogram
selama perkembangan. Secara garis besar ada tiga tipe rekombinasi genetik yang
sudah banyak diketahui, yaitu (1) rekombinasi homolog/ umum, (2) rekombinasi
khusus (site-specific rekombination), dan (3) rekombinasi transposisi/
replikatif pada makhluk hidup.
Pemetaan kromosom
Pertukaran
bagian-bagian antara kromosom-kromosom homolog, memang menyebabkan perubahan
posisi faktor (gen) tertentu dari suatu kromosom ke pasangan homolognya.
Keadaan semacam ini berakibat munculnya tipr turunan yang bukan tipe parental.
Tipe turunan yang bukan seperti tipe parental ini disebut tipe reombinan.
Interferensi Genetik
Interferensi
menunjuk kepada adanya pengaruh dari satu peristiwa rekombinasi atas peristiwa
rekombinasi lainnya. Ayala menyatakan bahwa apabila letak faktor-faktor (gen)
tidak terlalu jauh maka frekuensi rekombinan dapat dipandang sebagai suatu
perkiraan probabilitas bahwa suatu peristiwa rekombinasi akan terjadi antara
faktor-faktor itu. Nilai interferensi dapat dihitung dengan rumus I = 1-c.
Besaran c disebut koefisien koinsiden yang merupakan hasil bagi antara
frekuensi peristiwa rekombinasi ganda yang terjadi dan yang diharapkan. Rentang
nilai interferensi antara 0-1. Besarnya nilai interferensi bergantung pada
jarak antara faktor yang satu dengan yang lain. Semakin dekat jaraknya, maka
nilai interferensi akan semakin positif.
Pemetaan Gen pada Neurospora crassa, Khamir, dan Clamydomonas
reinhardi
Ketiga
organisme tersebut memiliki fase hidup haploid disamping fase hidup diploid.
Dalam pemetaan gen, cara yang digunakan untuk makhluk hidup diploid juga bisa
diterapkan pada ketiga organisme diatas. Bahkan pelaksanaan pemetaannya lebih
sederhana. Secara teknis, spora N. crassa
dan khaamir dapat diinduksi untuk tumbuh, sehingga individu haploid yang
dihasilkan itu dapat dianalisis. Demikian pula produk meiosis, yang
berkemampuan bergerak leluasa dalam air, dapat dianalisis secara langsung.
Rekombinasi Somatik
Terdapat
lima kelas antibodi pada mamalia yaitu IgA, IgD, IgE, IgG, dan IgM. Setiap
kelas antibodi ini memiliki rantai L dan rantai H. Diperkirakan bahwa satu
individu menghasilkan 106-108 antibodi yang berbeda. Jika
setiap antibodi memiliki satu macam rantai L dan satu macam rantai H, maka
antibodi sejumlah itu tadi paling tidak membutuhkan 103-104
rantai L yang berlainan maupun 103-104 rantai H yang
berlainan. Terjadi persoalan bahwa genom manusia hanya memiliki sekitar 105
gen. Lalu bagaimana keanekaragaman tersebut bisa terjadi. Setelah diteliti
lebih lanjut, ternyata keanekaragaman tersebut terjadi akibat adanya
rekombinasi genetik. Pada rekombinasi genetik terjadi penataan kembali molekul
DNA yang meliputi penyambungan berbagai segmen gen membentuk suatu gen yang
kemudian ditranskripsikan menghasilkan rantai Ig. Proses tersebut sudah
berlangsung sejak perkembangan sel B.
Rekombinasi Somatik Gen Pengkode
rantai L (daerah V)
Terdapat
tiga segmen gen pada DNA garis benih mencit pengkode polipeptida K rantai L.
Ketiga segmen itu adalah segmen L-Vk, segmen Ck, dan segmen Jk. Pada mencit
telah ditemukan sekitar 350 segmen gen Ck. Oleh karena itu jumlah daerah
variabel rantai K yang mungkin dibentuk melalui mekanisme rekombinasi somatik
adalah sebanyak 350X4 = 1400.
Terdapat
suatu enzim yang mengkatalisis peristiwa rekombinasi. Selama proses ini,
sejumlah kecil pasangan nukleotida dari Vk maupun dari Jk yang berada pada
daerah sambungan Vk-Jk hilang dari molekul DNA, dan akibatnya adalah
terbentuknya keragaman polipeptida k rantai L terjadi karena (1) berubah-ubanya
urutan dari banyak segmen gen Vk, (2) berubah-ubahnya urut-urutan dari keempat
segmen gen Jk, serta (3) berubah-ubahnya jumlah pasangan nukleotida yang hilang
atau terlepas pada daerah sambungan Vk-Jk.
Rekombinasi Somatik Gen Pengkode
Polipeptida Rantai H (daerah V)
Gen-gen
pengkode rantai H pada mencit dibentuk dari segmen Vh, Jh, dan Ch. Hanya saja
keragaman tambahan pada rantai H disebabkan oleh suatu segmen gen lain yang
disebut D. Segmen ini terletak antara Vh dan Jh. Seperti pada rantai L,
bertambahnya keragaman polipeptida antibodi juga terjadi karena penggabungan
yang tidak tepat dari segmen-segmen gen yang bertanggungjawab terhadap daerah
variabel dari rantai H.
Rekombinasi Mitosis
Bukti
bahwa terdapat rekombinasi mitosis pertama dikemukakan oleh C stern pada tahun
1936. Dia menyilangkan Drosophila
strain y dengan strain sn. Pindah silang pada mitosis terjadi pada suatu tahap
yang serupa atau mirip dengan tahap tetrad meiosis. Kejadian itu sangat jarang
terjadi. Pada Aspergillus juga
ditemukan fenomena yang sama. Selama tahap diploid, kadang pindah silang
terjadi antara gen-gen yang terpaut, sehingga menghasilkan sel-sel rekombinan.
Rekombinasi Pada Organel
Rekombinasi
tidak terjadi hanya dalam kromosom inti, tetapi juga terjadi pada gen-gen
sitoplasmik yang ada dalam organel semacam mitokondria dan sebagainya. Temuan
tentang hal itu dikemukakan oleh Sager dan Ramanis yang menunjukkan adanya
rekombinasi antara gen-gen sitoplasmik pada Clamydomonas.
Dalam hal ini, dilakukan persilangan antara strain yang peka terhadap
antibiotik dengan strain yang resisten.
BAB
9
ENZIM-ENZIM
PADA PROSES REKOMBINASI
Terdapat
beberapa mutan yang tidak bisa melakukan rekombinasi. Ketidakmampuan mutan
tersebut melakukan rekombinasi bersangkut paut dengan tiga gen yaitu recA,
recB, dan recC.
Enzim-enzim yang Dikode Gen recA,
recB, dan recC.
Protein
recA merupakan suatu enzim yang berperan pada rekombinasi. Protein recA juga
mengkatalisis suatu transfer unting berikutnya sehingga terbentuklah suatu
jembatan silang (struktur holliday) yang selanjutnya diikuti migrasi jembatan
silang tadi. Berkenaan dengan enzim recB dan recC, ada sumber yang menyatakan
jika kedua enzim ini tidak ada, maka hasil rekombinasi akan berkurang hingga
ratusan kali lebih sedikit. Kombinasi kedua enzim ini memunculkan DNA unting
tunggal yang mempunyai suatu ujung bebas, dan kondisi inilah yang mendorong
enzim recA mulai melaksanakan reaksi perpasangan.
Disamping
recA, recB, dan recC, ada juga beberapa gen yang berperan dalam rekombinasi.
Misalnya saja enzim nuklease maupun beberapa protein yang diperlukan dalam
sintesis DNA. Enzim nuklease memotong sambungan holliday sehingga memisahkan
molekul DNA rekombinan. Demikian pula enzim polimerase DNA yang mengisi bagian
yang hilang akibat DNA rekombinan terpotong dan DNA ligase yang menutup celah
yang tertinggal setelah enzim polimerase DNA bekerja.
Enzim pada Insersi lambda ke dalam
genom E.coli yang terjadi melalui Rekombinasi
Pada
saat insersi DNA fag ke dalam E.coli, fag mengkode enzim integrase. Insersi
tersebut terjadi melalui rekombinasi pada tapak-tapak spesifik di kedua genom
DNA. Dan hasil insersi melalui rekombinasi itu adalah terbentuknya satu molekul
sirkuler baru yang lebih besar. Selain enzim integrase, fag juga membutuhkan
protein IHF serta ion-ion magnesium.
Enzim
integrase dapat berperan sebagai suatu enzim topoisomerase. Dalam hal ini enzim
integrase membuat suatu pemutusan dalam posisi menyamping, jarak kedua tempat
yang terpotong adalah sejauh 7 nukleotida. Pemutusan unting DNA itu terjadi
pada tapak attP maupun tapak attB.
Pertanyaan:
1. Bagaimana
rekombinasi genetik dapat menyebabkan keragaman pada antibodi?
Jawab:
Pada rekombinasi genetik terjadi penataan kembali molekul DNA yang meliputi
penyambungan berbagai segmen gen membentuk suatu gen yang kemudian
ditranskripsikan menghasilkan rantai Ig. Proses tersebut sudah berlangsung
sejak perkembangan sel B.
2. Bagaimana
terbentuknya struktur Holliday?
Jawab:
Model holliday mempertimbangkan kejadian terputusnya satu unting yang berlanjut
dengan berlangsungnya pertukaran resiprok unting-unting tunggal yang
mengakibatkan terbentuknya DNA heteroduplex yang simetris pada kedua pihak yang
terlibat pada proses pertukaran. Terjadi proses sintesis DNA untuk memperbaiki
unting yang terputus
Tidak ada komentar:
Posting Komentar