GENETIKA MIKROBA

GENETIKA• Mempelajari kesamaan atau sifat• kebakaan (inheritance) dan

perbedaan atau variasi penyimpangan (variabilitas) antara induk (progeny) dan turunan (offspring)

Hubungan antara DNA, RNA dan sintesis protein

GEN

• Elemen informasi yang spesifik menggambarkan urutan asam amino dari protein

• Sebuah segmen DNA yang mengandung urutan• nukleotida tertentu yang menentukan dalam

sintesis protein tertentu• Informasi dalam gen terdapat dalam urutan

basa-basa (purin dan pirimidin) DNA

• Gen : informasi yang tersimpan• Protein : keberadaan fungsional dari sel

KROMOSOM• Struktur fisik pembawa sifat dalam sel• Tiap sel bakteri mengandung 1 unit kromosom• DNA untai ganda sirkular• Terdedah tanpa membran• Struktur DNA lain (lebih kecil) berupa plasmid PROKARYOT EUKARYOT• Melingkar (sirkular) Linier• Lebih pendek 10 kali lebih panjang• Satu kromosom per sel Lebih dari satu kromosom• Plasmid (common) Plasmid (yeast)

KROMOSOM BAKTERI, PANJANGNYA 1200 X SEL

REPLIKASI DNA• Proses penyalinan urutan basa-basa nukleotida purin

dan pirimidin dalam untai ganda DNA inang ke sel turunan (replikasi semikonservatif : setengah untai asli setengah sintesis baru)

• Diawali dari pelepasan untai ganda oleh enzim DNA gyrase

• Terbentuk garpu repliakasi (replication fork)• Garpu bergerak dalam 2 arah berlawanan sampai

kedua ujung bertemu menghasilkan DNA baru• Masing untai DNA induk berperan sebagai cetakan• Untai baru dijamin komplementer dengan untai lama

oleh DNA polymerase• Untai baru memiliki polaritas berlawanan dengan

untai induk

Bidirectional Growth• Tiap nukleotida memiliki polaritas (ujung 3’

deoksiribosa dan ujung 5’ fosfat)• Pemanjangan terjadi ke 2 arah• Penambahan gugus hanya terjadi pada ujung 3’

bagaimana ujung 5’ tumbuh• DNA polimerase membuat segmen-segmen pendek,

lalu digabung untuk membuat segmen lengkap

• Diawali dengan terbentuk primer lalu terjadi proses penyalinan urutan sampai titik sebelumnya

• DNA polimerase melepaskan primer, DNA ligase menyambungkan segmen-segmen pendek menjadi untaian utuh

Pertumbuhan ujung 5’ (fosfat)

TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI• Informasi dalam gen dicetak ke dalam molekul

messenger Ribo Nucleic Acid (mRNA) melalui proses trankripsi

• mRNA membawa cetakan informasi ke ribosom dalam sitoplasma

• Ribosom kemudian melakukan proses penerjemahan (translation) dengan menggunakan informasi cetakan tersebut untuk mensintesis protein

Tahap Transkripsi• Transkripsi hanya pada satu untai DNA

• Enzim DNA-dependent RNA-polymerase mula- mula menempel pd daerah promotor

• Otomatis untai ganda terbuka, ensim polimerase bergerak maju untuk mensintesis mRNA sesuai urutan DNA (DNA mengandung Guanin maka untai mRNA akan mengandung Cytosin; atau Adenin-Uracil)

• Pencetakan berakhir pada daerah termination sequence

TRANSKRIPSI• Transkripsi melibatkan hanya satu untai DNA

• Enzim yang bertanggung jawab : DNA- dependent RNA polymerase• Mula-mula berikatan dengan daerah promotor

• Nukleotida untai mRNA yang disintesis komplementer dengan untai DNA (e.g. G-C, A-U Note : pirimidin DNA =T~ RNA =U)

• Ribonukleotida ditambahkan pada ujung 3’ (pertumbuhan mRNA arah 5’3’)

• DNA membuka ke depan menutup di belakang double helix bertahan

• Transkripsi berhenti pada untai terminasi

KODE GENETIK• Pesan yang disalin ke mRNA Kode Genetik (kodon)• Teridiri atas 3 pasangan basa (kombinasi A,G,C,U)

• Kombinasi ini (64) menentukan sintesis asam amino oleh ribosom (e.g. UGG : Triptofan)

• Kodon AUG (metionin) selalu merupakan start codon, signal gen yang akan ditranslasi (Formylmethionin pada Archaeobacteria)

• Kodon nonsense (UAA, UAG dan UGA) menghentikan proses translasi

• Beberapa asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon (Leusin : UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG)

• KODE : AUG-AGA-AAA-UUU-AGU-GGG-ACU-ACU- UAA Æ Met-Arg-Lys-Phe-Ser-Gly-Thr-Ser--STOP

TRANSLASI

• Kode genetik dari mRNA diterjemahkan oleh ribosom• Ribosom mensintesis protein sesuai pesanan mRNA• Asam amino teraktivasi oleh ATP / AMP AA*• Asam amino berikatan dengan ujung tRNA• Ada spesifik tRNA untuk tiap AA yang disintesis• Tiga ‘unpaired’ basa pada tRNA berperan sebagai

antikodon• Kodon UUG (leusin) mRNA antikodon AAC (tRNA)

SINTESIS PROTEIN

RINGKASAN SINTESIS PROTEIN

VARIABILITAS MIKROBA• Genotipe : keberadaan genetik pada DNA

• Fenotipe : Keberadaan sifat yang terekspresikan

dalam kondisi tertentu

• Fenotipe dipengaruhi oleh genotipe dan lingkungan (e.g. Azomonas : gummy colony in sucrose, Serratia marsecens pigmen prodigiosin merah pada 25C)

• Perubahan genotip : Mutasi dan Rekombinasi

MUTASI• Sembarang gen dapat mengalami mutasi• Sel / organisma dengan gen termutasi mutan• Organisma induk yang tak termutasi wild type• Mutasi di alam sangat jarang (1 dalam jutaan sel)• Tipe mutasi point (neutral, missense dan nonsense)• Tipe mutasi frameshift (penambahan / pengurangan)• Mutagen (UV, X ray, nitrous acid, acridine orange

dye, ethyl methane sulfonate, nitrosoguanidine)

MUTASI TITIK

• Netral : AAU AAC tetap sintesis

asparagin

• Missense : AAU (asparagin) AAG (lisin)

• Non-sense : UAU (tirosin) UAG (Stop)

MUTASI PERGESERAN FRAME

see the cat and the rat tersisip dsee thd eca tan dth era t…

Penyisipan

Penghilangan

see the cat and the rat hilang e

seet hec ata ndt her at..

MUTAGEN

• Sinar X : menghilangkan elektron dalam atom dan molekul perubahan basa purin & pirimidin

• UV : dimerisasi timin deformasi susunan DNA

• Nitrous acid : abnormalisasi purin & pirimidin

REKOMBINASI• Rekombinasi terjadi antara 2 kromosom yang

homolog• Antar kromosom homolog terdapat gen yang

serupa pada titik yang bersesuaian (allel : gen yang berbeda)

• Pada eukaryot rekombinasi gen terjadi pada proses meiosis (titik pindah silang : chiasma)

• Pada prokaryot terjadi perpindahan gen (donor ke resipien) melalui : transformasi, transduksi dan konjugasi

TRANSFORMASI

• Bentuk paling sederhana dari rekombinasi• Bakteri resipien memperoleh gen dari fragmen

DNA bebas• Sel penerima harus dalam kondisi kompeten• Biasanya terjadi pada fase pertumbuhan

eksponensial akhir• DNA plasmid tidak mengalami seperti ini di alam

TRANSDUKSI• Perpindahan gen dengan perantaraan virus• Virus yang menginfeksi bakteri : bakteriofaga (faga)• Faga meninjeksikan DNA, replikasi, DNA inang

terdegradasi• Faga mengendalikan sintesis protein faga baru• Kombinasi acak terjadi antara DNA inang dengan

transducing phage (faga tertransduksi)• Faga dilepas setelah sel inang lisis• Faga transduksi menginfeksi sel inang baru• Sel inang baru memperoleh rekombinasi gen baru

Lysogeny

KONJUGASI• Proses perpindahan gen dari kontak sel ke sel• Dikenal sebagai reproduksi seksual primitif

(Note : berbeda dengan eukaryot i.e plasmogami)• Hanya materi genetik yang berpindah, dapat

berupa plasmid, fragmen (besar) kromosom atau seluruh kromosom

• Berbeda dengan transformasi atau transduksi hanya terjadi perpindahan fragmen (kecil) kromosom)

• Pili seks berperan