Enzim-Enzim Pada Proses Rekombinasi
Transcript of Enzim-Enzim Pada Proses Rekombinasi
-
8/2/2019 Enzim-Enzim Pada Proses Rekombinasi
1/6
ENZIM-ENZIM PADA PROSES REKOMBINASI
Resume
Disusun untuk memenuhi tugas matakuliah Genetika II
yang dibina oleh Prof. Dr. A. Duran Corebima, M. Pd, dan Prof. Dr. Hj. Siti Zubaidah, M. Pd
Oleh:
Kelompok 4
Off. A
Henyta Agustina (109341417202)
Ika Sukmawati (109341421811)
The Learning University
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN BIOLOGI
Oktober 2011
-
8/2/2019 Enzim-Enzim Pada Proses Rekombinasi
2/6
ENZIM-ENZIM PADA PROSES REKOMBINASI
Analisis genetic sudah mengungkap enzim-enzim yang berperan pada proses rekombinasi
yang umum pada E. coli. Skrining sel-sel F- E. coli yang mengalami mutasi dengan bantuan
teknik replica plating dapat digunakan untuk mengidentifikasi koloni-koloni mutan pada cawan
yang awalnya tidak dapat membentuk rekombinan setelah berkonjugasi denagn sel-sel Hfr pada
replica plate. Mutan-mutan yang tidak dapat melakukan rekombinasi tersebut bersangkut paut
dengan gen-gen recA, rebB, dan recC.
Enzim-Enzim yang Dikode Gen recA, recB, dan recC
Protein recA merupakan enzim yang berperan pada rekombinasi umum maupun
perbaikan DNA (Ayala, dkk, 1984) dan gen recA dibutuhkan untuk peristiwa rekombinasi umum
pada E. coli. Protein recA mengkatalisis pembentukan struktur Holliday. Protein tersebut
menggunakan energy dari hidrolisis ATP untuk membuka DNA unting ganda dan
memungkinkan terjadinya perpasangan dengan DNA unting tunggal, dan memungkinkan
terjadinya sinapsis molekul DNA yang memiliki urutan pasangan nukleotida yang mirip. Protein
ini juga mengkatalisis terbentuknya jembatan silang yang diikuti migrasi jembatan silang.
Gambar protein recA memperantarai dua kejadian transfer unting pembentukan
jembatan silang Holliday
-
8/2/2019 Enzim-Enzim Pada Proses Rekombinasi
3/6
Pada E. coli juga terjadi rekombinasi di lingkup plasmid, yang ditunjukkan dengan
bentukan molekul serupa angka delapan sebelum dipotong dengan endonuklease EcoRl. Namun
bentukan tersebut tidak ada pada DNA plasmid yang berasal dari E. coli yang tidak memiliki gen
recA. Hal ini menunjukkan bahwa bentukan serupa angka delapan itu merupakan perantara pada
rekombinasi yang dikatalisasi oleh protein recA antara molekul-molekul plasmid. Sebaliknya,
bentukan angka delapan tersebut ditemukan pada preparat DNA yang berasal dari sel E. coli
yang memiliki gen recB atau recC. Maka, produk kedua gen ini baru bekerja setelah protein recA
bekerja. Gen recB dan recC mengkode dua subunit suatu nuclease yang tergantung ATP.
Nuklease tersebut berperan sebagai resolvase yang memotong jembatan silang pada struktur
Holliday untuk menyempurnakan rekombinasi.
Protein recA juga memegang peran dalam perbaikan DNA. Fungsi perbaikan ini
diaktivasi oleh DNA unting tunggal. Protein recA memiliki aktivitas proteolitik yang distimulasi
oleh DNA unting tunggal, yang memotong sekurang-kurangnya dua macam molekul repressor,
yaitu repressor profag , dan produk gen lex A yang mengatur tingkat ekspresi gen recA maupun
sejumlah gen yang terlibat dalam mekanisme perbaikan DNA serta fungsi survival yang disebut
fungsi SOS. Meningkatnya produksi protein recA juga membantu pemulihan sel dengan cara
memperantarai perbaikan oleh rekombinasi daerah yang rusak dan tidak rusak dari molekul DNA
turunan pasca replikasi.
Berkenaan dengan enzim recB dan recA ada sumber yang menyatakan bahwa jika kedua
enzim ini tidak ada, maka hasil rekombinan berkurang hingga ratusan kali lebih sedikit (Watson,
dkk, 1987). Kombinasi kedua aktivitas itu memunculkan DNA unting tunggal yang mempunyai
suatu ujung bebas dan kondisi inilah yang mendorong enzim recA mulai melaksanakan reaksi
perpasangan.
Enzim recBC mulai melakukan pembukaan lilitan hanya pada DNA yang memiliki ujung
dupleks bebas. Setelah berikatan, enzim recBC memanfaatkan energy ATP untuk bergerak
sepanjang dupleks sambil membuka lilitan DNA maupun melilitkannya kembali. Selama
pergerakan itu selalu ada segmen DNA yang terbuka dan terlihat sebagai dua lengkung unting
tunggal. Aktivitas nuclease yang dimiliki oleh enzim recBC yang bekerja selama membuka
lilitan DNA sangat penting fungsinya bagi rekombinasi.
-
8/2/2019 Enzim-Enzim Pada Proses Rekombinasi
4/6
Gambar enzim recBC mengadakan unting tunggal untuk rekombinasi
Enzim recBC paling sering mendorong terjadinya rekombinasi pada DNA yang
mengandung tapak yang disebut Chi, yang memiliki urutan 5-GTCGGTGG-3. Pada DNA yang
sedang terbuka lilitannya, suatu aktivitas nuclease spesifik dari enzim recBC memotong unting
tunggal DNA di dekat tapak Chi yang sedang terbuka. Terputusnya DNA itu menyebabkan
unting tunggal DNA tidak melilit kembali pada saat enzim recBC bergerak menyusuri unting
DNA. Sehingga terbentuk suatu untaian unting tunggal berujung bebas maupun suatu celah, dan
justru pada celah serta ujung bebas unting tunggal DNA ini kemudian enzim recA berikatanmulai mendorong terjadinya pertukaran unting DNA dengan suatu pasangan yang homolog.
Di samping recA, recB, dan recC ada juga beberapa gen lain yang produknya dibutuhkan
untuk terjadinya rekombinasi yang efisien, sekalipun fungsi khususnya belum diketahui. Satu
enzim lain yang ikut berperan pada proses rekombinasi yang homolog adalah enzim nuclease
maupun beberapa protein yang diperlukan dalam sintesis DNA. Enzim nuclease memotong
sambungan Holliday sehingga memisahkan molekul DNA rekombinan. Contoh protein pada
sintesis DNA antara lain protein SSB, enzim polymerase DNA, dan DNA ligase.
Enzim pada insersi ke dalam genom E. coli yang terjadi melalui rekombinasi
Fag mengkode enzim integrase yang berperan pada saat insersi DNA fag ke dalam
genom E. coli, yang terjadi melalui rekombinasi pada tapak-tapak spesifik yaitu attP (padagenom
fag ) dan attB (pada genom E. coli). Hasil insersi melalui rekombinasi ini adalah terbentuknya
-
8/2/2019 Enzim-Enzim Pada Proses Rekombinasi
5/6
satu molekul sirkuler baru yang lebih besar. Insersi genom fag ke dalam genom E. coli juga
membutuhkan protein IHF (Integration Host Factor) dan ion magnesium.
Gambar insersi fag ke dalam genom E. coli melalui rekombinasi spesifik tapak
Enzim integrase dapat berperan sebagai suatu enzim topoisomerase. Dalam hal ini, enzim
integrase membuat suatu pemutusan dalam posisi menyamping, dengan jarak tempat yang
terpotong 7 nukleotida. Pemutusan unting DNA terjadi pada tapak attP maupun tapak attB (jika
rekombinasi melibatkan genom fag maupun genom bakteri). Tapak attP terdiri dari 250 pasang
nukleotida sedangkan tapak attB terdiri dari sekitar 20 pasang nukleotida. Baik enzim integrase
maupun protein IHF berikatan pada posisi yang berbeda sepanjang tapak attP. Kebanyakan
daerah inti tapak attB maupun attP terdiri dari 15 pasang nukleotida.
Jika urut-urutan inti pada tapak attP ataupun attB mengalami perubahan sendiri-sendiri,
laju rekombinasi sangat berkurang, tetapi jika perubahan yang terjadi pada tapak attP maupun
attB identik, rekombinasi masih berlangsung efisien (Watson, dkk, 1987). Hal ini menunjukkan
bahwa enzim integrase membutuhkan suatu homologi urut-urutan pada daerah inti seperti halnya
urut-urutan khas yang merupakan tempat perlekatannya.
Bila profag diinduksi untuk tumbuh, maka keadaannya akan beralih dari terintegrasi
melalui peristiwa eksisi, di mana DNA fag maupun bakteri terlepas dan bebas satu sama lain.
Profag memulai eksisi dengan mengekspresikan protein eksionase yang memungkinkan enzimintegrase mengkatalisis rekombinasi yang melibatkan tapak-tapak perlekatan hybrid dari profag.
Kemudian gabungan enzim integrase dan eksionase berikatan erat pada tapak hybrid bakteri
profag dan mendukung kemampuan enzim melaksanakan reaksi yang sebaliknya (reverse).
-
8/2/2019 Enzim-Enzim Pada Proses Rekombinasi
6/6
Pertanyaan
1. Bagaimana peranan protein recA dalam perbaikan DNA?Jawab: Protein recA juga memegang peran dalam perbaikan DNA yang diaktivasi oleh
DNA unting tunggal. Protein recA memiliki aktivitas proteolitik yang memotong
sekurang-kurangnya dua macam molekul repressor, yaitu repressor profag , dan produk
gen lex A yang mengatur tingkat ekspresi gen recA maupun sejumlah gen yang terlibat
dalam mekanisme perbaikan DNA serta fungsi survival yang disebut fungsi SOS.
Meningkatnya produksi protein recA juga membantu pemulihan sel dengan cara
memperantarai perbaikan oleh rekombinasi daerah yang rusak dan tidak rusak dari
molekul DNA turunan pasca replikasi.
2. Jelaskan proses rekombinasi yang didorong oleh enzim recBC pada tapak Chi!Jawab: Enzim recBC mendorong terjadinya rekombinasi pada DNA yang mengandung
tapak Chi, yang memiliki urutan 5-GTCGGTGG-3. Pada DNA yang sedang terbuka
lilitannya, suatu aktivitas nuclease spesifik dari enzim recBC memotong unting tunggal
DNA di dekat tapak Chi yang sedang terbuka. Terputusnya DNA itu menyebabkan
unting tunggal DNA tidak melilit kembali pada saat enzim recBC bergerak menyusuri
unting DNA. Sehingga terbentuk suatu untaian unting tunggal berujung bebas maupun
suatu celah, dan justru pada celah serta ujung bebas unting tunggal DNA ini kemudian
enzim recA berikatan mulai mendorong terjadinya pertukaran unting DNA dengan suatu
pasangan yang homolog.
3. Jelaskanperalihan keadaan profag dari keadaan terintegrasi melalui proses eksisi!Jawab: Bila profag diinduksi untuk tumbuh, maka keadaannya akan beralih dari
terintegrasi melalui peristiwa eksisi, di mana DNA fag maupun bakteri terlepas dan bebas
satu sama lain. Profag memulai eksisi dengan mengekspresikan protein eksionase yang
memungkinkan enzim integrase mengkatalisis rekombinasi yang melibatkan tapak-tapak
perlekatan hybrid dari profag. Kemudian gabungan enzim integrase dan eksionase
berikatan erat pada tapak hybrid bakteri profag dan mendukung kemampuan enzim
melaksanakan reaksi yang sebaliknya (reverse).