Genetika Yudi Yahya J1C111011.pdf
-
Upload
yudi-yahya -
Category
Documents
-
view
47 -
download
0
description
Transcript of Genetika Yudi Yahya J1C111011.pdf
TUGAS GENETIKA
BIOLOGI MOLEKULER GEN
GENETIKA VIRUS, BAKTERI, TRANSPOSON DAN GENETIKA
ORGANEL EUKARYOTIK
DOSEN:
Dr. Ir. H. BADRUZSAUFARI, M. Sc.
OLEH:
YUDI YAHYA / J1C111011
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT
FAKULTAS METEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
PROGRAM STUDI BIOLOGI
BANJARBARU
2013
BIOLOGI MOLEKULER GEN
Gen adalah bagian kromosom atau salah satu kesatuan kimia (DNA) dalam
kromosom, yaitu dalam lokus yang mengendalikan ciri genetis suatu makhluk
hidup. Gen diwariskan oleh satu individu kepada keturunannya melalui suatu
proses reproduksi. Dengan demikian, informasi yang menjaga keutuhan bentuk
dan fungsi kehidupan suatu organisme dapat terjaga. Gen terdapat berpasangan
dalam satu lokus pada kromosom homolog. masing-masing gen dalam pasangan
itu disebut alel. Kedua alel dapat membawa ciri sifat yang sama atau berbeda,
misalnya sifat tangkai panjang dan tangkai pendek.
Kromosom adalah suatu struktur makromolekul yang berisi DNA di mana
informasi genetik dalam sel disimpan. Kata kromosom berasal dari kata khroma
yang berarti warna dan soma yang berarti badan Kromosom terdiri atas dua
bagian, yaitu sentromer / kinekthor yang merupakan pusat kromosom berbentuk
bulat dan lengan kromosom yang mengandung kromonema & gen berjumlah dua
buah (sepasang). Kromosom adalah pembawa gen yang terdapat di dalam inti sel
(nukleus). Kromosom terdiri dari DNA, RNA (asam ribo nukleat) dan protein.
Kromosom homolog (2n) adalah kromosom yang terdapat berpasangan dan
memiliki struktur dan komposisi yang sama. sel yang memiliki 2n kromosom
(kromosom homolog) disebut sel diploid. Bila tidak berpasangan kromosom
diberi simbol n kromosom. Sel dengan n kromosom adalah sel haploid, misalnya
sel kelamin jantan saja atau sel kelamin betina saja.
DNA terdiri atas dua utas benang polinukleotida yang saling berpilin
membentuk heliks ganda (double helix). Model struktur DNA itu pertama kali
dikemukakan oleh James Watson dan Francis Crick pada tahun 1953 di Inggris.
Struktur tersebut mereka buat berdasarkan hasil analisis foto difraksi sinar X pada
DNA yang dibuat oleh Rosalind Franklin. Karena yang difoto itu tingkat
molekul, maka yang tampak hanyalah bayangan gelap dan terang saja. Bayangan
foto itu dianalisis sehingga mereka berkesimpulan bahwa molekul DNA
merupakan dua benang polinukleotida yang berpilin.
Seutas polinukleotida pada molekul DNA tersusun atas rangkaian
nukleotida. Setiap nukleotida tersusun atas (1) Gugusan gula deoksiribosa (gula
pentosa yang kehilangan satu atom oksigen) (2) Gugusan asam fosfat yang terikat
pada atom C nomor 5 dari gula) (3) Gugusan basa nitrogen yang terikat pada atom
C nomor 1 dari gula.
Basa nitrogen penyusun DNA terdiri dari basa purin, yaitu adenin (A) dan
guanin (G), serta basa pirimidin yaitu sitosin atau cytosine (C) dan timin (T).
Ikatan antara gula pentosa dan basa nitrogen disebut nukleosida. Ada 4 macam
basa nukleosida yaitu:
1. Ikatan A-gula disebut adenosin deoksiribonukleosida (deoksiadenosin)
2. Ikatan G-gula disebut guanosin deoksiribonukleosida (deoksiguanosin)
3. Ikatan C-gula disebut sitidin deoksiribonukleosida (deoksisitidin)
4. Ikatan T-gula disebut timidin deoksiribonukleosida (deoksiribotimidin)
Replikasi DNA adalah proses penggandaan molekul DNA untai ganda dan
terjadi sebelum pembelahan sel. Pada eukariota, replikasi DNA terjadi pada fase S
dari siklus sel, sebelum mitosis atau meiosis I. Proses replikasi DNA dapat pula
dilakukan in vitro dalam proses yang disebut reaksi berantai polimerase (PCR).
Model Awal Replikasi DNA yaitu :
Semikonservatif : Kedua untai induk berpisah, dan setiap untainya
berfungsi sebagai cetakan “template” untuk mensintesis untai baru.
Konservatif : Kedua untai induk berpisah, sintesis untai terbentuk, DNA
induk bersatu kembali, salinan DNA baru bersatu.
Diversif : Kedua untai induk berpisah, kemudian sintesis untai lama &
baru terfragmentasi, untai baru terdiri dari campuraan bagian induk &
baru.
Langkah-langkah replikasi DNA pada bakteri yaitu inisiasi, unwinding,
elongasi, dan terminasi.
1. Replikasi dimulai ketika sebuah protein inisiator melekat pada titik ori dan
menginisiasi terbukanya untai DNA oleh enzim helicase.
2. Untaian DNA tunggal dilekati oleh protein-protein pengikat untaian tunggal
(SSBs/Single-strand binding protein) untuk mencegah DNA membentuk
heliks ganda kembali (reannealing).
3. DNA Primase membentuk oligonukleotida RNA yang disebut primer
4. DNA polimerase III melekat dan memperpanjang primer, membentuk
untaian tunggal DNA baru yang disebut leading strand.
5. ladding strand, DNA polymerase III mensintesis untai DNA baru berupa
polinukleotida diskontinu (fragmen Okazaki) .
6. DNA polymerase I mengganti RNA primer dengan DNA.
7. Enzim DNA ligase kemudian menyambungkan potongan-potongan lagging
strand tersebut.
Translasi dalam genetika dan biologi molekular adalah proses
penerjemahan urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi
rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein.
Transkripsi dan translasi merupakan dua proses utama yang menghubungkan gen
ke protein. Translasi hanya terjadi pada molekul mRNA, sedangkan rRNA dan
tRNA tidak ditranslasi. Molekul mRNA yang merupakan salinan urutan DNA
menyusun suatu gen dalam bentuk kerangka baca terbuka. mRNA membawa
informasi urutan asam amino.
Proses translasi berupa penerjemahan kodon atau urutan nukleotida yang
terdiri atas tiga nukleotida berurutan yang menyandi suatu asam amino tertentu.
Kodon pada mRNA akan berpasangan dengan antikodon yang ada pada tRNA.
Setiap tRNA mempunyai antikodon yang spesifik. Tiga nukleotida di anti kodon
tRNA saling berpasangan dengan tiga nukleotida dalam kodon mRNA menyandi
asam amino tertentu. Proses translasi dirangkum dalam tiga tahap, yaitu inisiasi,
elongasi (pemanjangan) dan terminasi (penyelesaian). Translasi pada mRNA
dimulai pada kodon pertama atau kodon inisiasi translasi berupa ATG pada DNA
atau AUG pada RNA. Penerjemahan terjadi dari urutan basa molekul (yang juga
menyusun kodon-kodon setiap tiga urutan basa) mRNA ke dalam urutan asam
amino polipeptida. Banyak asam amino yang dapat disandikan oleh lebih dari satu
kodon. Tempat-tempat translsasi ini ialah ribosom, partikel kompleks yang
memfasilitasi perangkaian secara teratur asam amino menjadi rantai polipeptida.
Asam amino yang akan dirangkaikan dengan asam amino lainnya dibawa oleh
tRNA. Setiap asam amino akan dibawa oleh tRNA yang spesifik ke dalam
kompleks mRNA-ribosom. Pada proses pemanjangan ribosom akan bergerak
terus dari arah 5'3P ke arah 3'OH sepanjang mRNA sambil merangkaikan asam-
asam amino. Proses penyelesaian ditandai denga bertemunya ribosom dengan
kodon akhir pada mRNA.
Walaupun mekanisme dasar transkripsi dan translasi serupa untuk
prokariot dan eukariot, terdapat suatu perbedaan dalam aliran informasi genetik di
dalam sel tersebut. Karena bakteri tidak memiliki nukleus (inti sel), DNA-nya
tidak tersegregasi dari ribosom dan perlengkapan pensintesis protein lainnya.
Transkripsi dan translasi dipasangkan dengan ribosom menempel pada ujung
depan molekul mRNA sewaktu transkripsi masih terus berlangsung. Pengikatan
ribosom ke mRNA membutuhkan situs yang spesifik. Sebaliknya, dalam sel
eukariot selubung nukleus atau membran inti memisahkan transkripsi dari
translasi dalam ruang dan waktu. Transkripsi terjadi di dalam inti sel dan mRNA
dikirim ke sitoplasma tempat translasi terjadi.
GENETIKA VIRUS, BAKTERI, TRANSPOSON DAN GENETIKA
ORGANEL EUKARYOTIK
GENETIKA VIRUS
Virus mampu bertahan hidup, tetapi tidak tumbuh, bila tidak di dalam sel
inang. Replikasi genom virus tegantung pada energi metabolik dan mesin sintesis
makromolekul pada inang. Sering, bentuk parasitisme genetik ini mengakibatkan
debilitas atau kematian sel inang. Oleh karena itu, keberhasilan perbanyakan virus
memerlukan (1) suatu bentuk stabil yang memungkinkan virus bertahan hidup di
luar inangnya, (2) suatu mekanisme invasi pada sel inang, (3) informasi genetik
untuk replikasi komponen virus dalam sel, dan (4) informasi tambahan yang
mungkin diperlukan untuk packaging (menyimpan) komponen virus dan
pengeluaran virus dari sel inang.
Molekul asam nukleat bacteriophage dikelilingi suatu mantel protein.
Beberapa faga juga mengandung lipid, tetapi hal ini adalah perkecualian. Asam
nukleat pada faga bervariasi. Banyak faga memiliki DNA rantai ganda, yang
memiliki RNA rantai tunggal. Basa yang tidak umum ditemukan seperti
hydroxylmethylcytosine kadang – kadang ditemukan pada asam nukleat faga.
Banyak faga memiliki struktur menyerupai alat injeksi syringe khusus yang dapat
mengikat reseptor pada permukaan sel dan menginjeksikan asam nukleat ke dalam
sel inang.
Fage dapat dibedakan berdasarkan pada cara perbanyakan dirinya. Lytic
phagers menghasilkan banyak salinan dirinya sebagai cara memastikan sel
inangnya. Kebanyakan laporan studi Lytic phagers, T-phages (misal T2, T4) pada
Escherichia coli, memerlukan waktu yang tepat untuk ekspresi gen virus untuk
koordinasi pembentukan faga. Temperate phages mampu masuk ke dalam suatu
prophage pada keadaan nonlitik, pada replikasi asam nukleatnya dikaitkan dengan
replikasi DNA sel inang. Bakteri yang membawa prophage disebut lysogenic,
karena suatu signal fisiologik dapat menjadi trigger suatu siklus litik yang
mengakibatkan kematian sel inang dan mengeluarkan banyak salinan phages.
Karakter terbaik temperate phages adalah E.coli phage λ (lambda). Gen – gen
penentu litik atau respons lysogenic pada infeksi λ telah diidnetifikasi dan
interaksi yang kompleks telah dieksplorasi secara teliti.
Filamenthous phages, contoh yang telah dipelajari dengan baik adalah
E.coli phage M13, filamennya mengandung DNA rantai tunggal yang kompleks
dengan protein dan diperoleh dari inangnya, dimana inang mengalami debilitas
(keadaan memburuk) tetapi tidak dimatikan oleh infeksi ini. Rekayasa DNA ke
dalam phage M13 menyediakan rantai – rantai tunggal yang sangat bernilai untuk
analisis dan manipulasi DNA.
GENETIKA BAKTERI
Ada dua fenomena biologi pada konsep hereditas yaitu:
1. Hereditas yang bersifat stabil di mana generasi berikut yang terbentuk dari
pembelahan satu sel mempunyai sifat yang identik dengan induknya
2. Variasi genetik yang mengakibatkan adanya perbedaan sifat generasi
berikut dari sel induknya akibat peristiwa genetik tertentu, misalnya mutasi
Pada bakteri, unit herediternya disebut genom bakteri. Genom bakteri
lazimnya disebut sebagai gen saja. Gen bakteri biasanya terdapat dalam molekul
DNA (asam deoksirinukleat) tunggal, meskipun dikenal pula adanya materi
genetik di luar kromosom (ekstra kromosomal), yang di sebut plasmid, yang
tersebar luas dalam populasi bakteri. Meskipun bakteri bersifat haploid, transimisi
gen dari satu generasi ke generasi berikutnya berlangsung secara linier, sehingga
pada setiap siklus pembelahan sel, sel anaknya menerima satu set gen yang identik
dengan sel induknya.
Kromosom bakteri yang terdiri dari DNA mempunyai berat lebih kurang
2-3% dari berat kering satu sel. Dengan mikroskop elektron, DNA tampak sebagai
benang-benang fibriler yang menempati sebgian besar dari volume sel. Molekul
DNA bila diekstraksi dari sel bakteri biasanya mempunyai bentuk yang sirkuler,
dengan panjang kira-kira 1 mm. DNA ini mempunyai berat molekul yang tinggi
karena terdiri dari heteropolimer dari deoksiribonukleotida purin yaitu Adenin dan
Guanin dan deoksiribonukleotida pirimidin yaitu Sitosin dan Timin.
Watson dan Crick, dengan sinar X menemukan bahwa struktur DNA
terdiri dari dua rantai poliribonukleotida yang dihubungkan satu sama lain oleh
ikatan hidrogen antara purin di satu rantai dengan pirimidin di rantai lain, dalam
keadaan antiparalel, dan disebut sebagai struktur double helix. Ikatan hidrogen ini
hanya dapat menhubungkan Adenin (6 aminopurin) dengan Timin (2,4 dioksi 5
metil pirimidin) dan antara Guanin (2 amino 6 oksipurin) dengan Sitosin (2 oksi 4
amino pirimidin). Singkatnya pasangan basa pada suatu sekuens DNA adalah A-T
dan S-G. Karena adanya sistem berpasangan demikian, maka setiap rantai DNA
dapat dijadikan cetakan/template untuk membangun rantai DNA yang
komplementer. Waktu terjadinya proses replikasi DNA dalam pembelahan sel,
molekul DNA dari sel anaknya terdiri dari satu rantai DNA yang komplementer
tapi dibuat baru, dengan kata lain, pemindahan materi genetik dari satu generasi
ke generasi berikutnya adalah dengan cara semikonservatif.
Fungsi primer DNA pada hakikatnya adalah sebagai sumber perbekalan
informasi genetik yang di miliki oleh sel induk. Proses replikasi di kerjakan
dengan amat lengkap sehigga sel anaknya mendapatkan pula informasi genetik
yang lengkap, sehingga terjadi kesetabilan genetik dalam suatu populasi
mikroorganisme. Satu benang kromosom biasanya terdiri dari 5 juta pasangan
basa dan terbagi atas segmen atau sekwens asam amino tertentu. Dari akan
terbentuk stuktur protein. Protein ini kemudian menjadi enzim-enzim, komponen
membran sel dan struktur sel yang lain yang secara keseluruhan menentukan
karakter dari sel itu.
Mekanisme yang menunjukan bahwa sekuen nukleotida di dalam gen
menentukan sekuens asam amino pada pembentukan protein adalah sebagai
berikut:
1. Suatu enzim amino sel bakteri yang disebut enzim RNA polimerase
membentuk satu rantai oliribonukleotida (= messesnger RNA = mRNA)
dari rantai DNA yang ada. Proses ini diseut transkripsi. Jadi pada
transkripsi DNA, terbentuk satu rantai RNA yang komplementer denagan
salah satu rantai double helix dari DNA.
2. Secara enzimatik asam amino akan teraktifasi dan di transfer kepada
transfer kepada transfer RNA (= tRNA yang mempunyai daptor basa yang
komplementer dengan basa mRNA di satu ujungnya dan mempunyai asam
amino spesifik di ujung lainnya tiga buah basa pada mRNA di sebut triplet
basa yang lazim disebut sebagai kodon untuk suatu asam amino.
3. mRNA dan tRNA bersama-sama menuju kepermukaan ribosom kuman,
dan disinilah rantai polipeptida terbentuk sampai seluruhkodon selesai
dibaca menjadi menjadi suatu sekwen asam amino yang membentuk
protein tertentu. Proses ini disebut translasi.
Bakteri memiliki kekurangan unsur-unsur yang mengacu pada stuktur
komplek yang terlibat dalam pemisahan kromsom-kromosom eukariota menjadi
nukleid anak yang berbeda. Replikasi dari DNA bakteri dimulai pada satu titik
dan bergerak ke semua arah. Dalam prosesnya, dua pita lama DNA terpisah dan
digunakan sebagai model untuk mensistensiskan pita-pita baru (replikasi
semikonservatif). Strukur dimana dua pita terpisah dan sintesis baru terjadi
disebut sebagai percabangan replikasi. Replikasi kromosom bakteri sangat
terkontrol, dan kromosom tiap sel yang tumbuh berkisar antara satu dan empat.
Beberapa plasmida bakteri bias memiliki sampai 30 tiruan dalam satu sel bakteri,
dan mutas yang menyebabkan control bebas dari relikasi plasmida bahkan bias
menghasilkan tirun yang lebih banyak.
Replikasi pita DNA ganda sirkular dimulai pada locus ori dan
membuuhkan interaksi dengan beberapa protein. Dalam E coli, replikasi
kromosom berakhir pada suatu tempat yang disebut “ter“. Dua kromosom anak
terpisah, atau terpecah sebelum pembagian sel, sehingga tiap-tiap keturunan
memiliki satu DNA anak. Hal ini dapat disempurnakan dengan bantuan
topoisomerase atau melakukan pengkombinasian. Proses serupa yang mengacu
pada replikasi DNA plasmida, kecuali pada beberpa kasus, replikasinya adalah
tidak terarah.
TRANSPOSON
Transposon (transposable elements) atau jumping gene dalam genetika
adalah seberkas DNA yang memiliki kemampuan untuk berpindah-pindah tempat
dari suatu tempat ke tempat lainnya, dalam kromosom yang sama maupun
berbeda. Proses perpindahan transposon disebut transposisi. Transposon tidak
membawa informasi genetika yang dibutuhkan untuk memasangkan replikasi
sendiri terhadap pembagian sel, sehingga perkembangbiakannya tergantung pada
penyatuan fisiknya dengan replika bakteri. Penyatuan ini dibantu oleh
kemampuan transposon untuk membentuk tiruannya sendiri, yang mungkin
disisipkan dalam replika yang sama atau mungkin disatukan pada replika lainnya.
Kehadiran transposon pada suatu bagian kromosom yang berekspresi dapat
menyebabkan perubahan fenotipe pada suatu individu.
GENETIKA MITOKONDRIA DAN KLOROPLAS
Struktur genom mitokondria akan berbeda pada setiap spesies berkisar
208-2400 kb. Genom mitokondria terdiri dari gen-gen yang digunakan pada
proses resprasi rantai protein, protei n ribosom rRNAs dan tRNA. Genom
mitokondria memiliki dua bagian umum yaitu bagian pengkodean (coding region)
yang bertanggungjawab da lam produksi berbagai molekul biologi s pada respirasi
selular dan bagian kontrol ( control region) yang bertanggungjawab pada regulasi
molekul DNA mitokondria (mtDNA). mt DNA dari saudara sekandung akan
cocok sama lain dan ditemukan dala m keadaan sin gel berbentuk melingkar
dengan ukuran 120-160 kb. mtDNA dapai dite mukan berkali-kali dan pada sel
manusia dapat terdiri dari ratusan sampai ribuan mitokondria. Genom mitokondria
terdiri dari bagian large single copy (LSC) dan bagian small single copy (SSC).
Large inverted repeat (LIR) biasanya 20-30 kb, bagian genom yang tersisipi ini
me rupakan bagian yang aktif melakukan rekombinan. Perbedaan ukuran genom
mitoko ndria antara spesies yang berbeda sangat bervariasi. Tanaman tersusun
dari lebih banyak protein diba nding spesies-spesies tersebut. Sebagai contoh, gen
untuk ribosom, subunit I dan subunit II dari sitokrom oksidase dan subunit
ATPase berlokasi dal am genom mitokondria tanaman. Dari penelitian mengenai
genom mitokondria diketahui bahwa mitokondria terdiri dari molekul-mol ekul
yang lebih sederhana berupa lingkaran-lingkaran dengan ukuran yang berbeda-
beda. Mekanisme terbentuknya molekul-molekul ini merupa kan hasil
rekombinasi intramolekuler sehingga membentuk molekul-molekul yang lebih
kecil.
Struktur dan replikasi genom kloroplas, seperti diketahui, DNA tersusun
atas utas ganda, berpilin dan terdiri dari struktur protein DNA klor oplas lebih
besar dari pada DNA mitokondria hewan, dengan ukuran antara 80 kb hingga 600
kb. Barisan DNA dari genom kloroplas dari setiap individu sudah terdeteksi. Pada
individu uniseluler seperti alga hijau Chlomydomonos, satu kloroplas dalam sel
terdiri antara 5 0 sampai 1500 molekul DNA kloroplas. Semua genom kl oroplas
terdiri dari banyak barisan DNA yang tidak bertenda. Kloroplas DNA, dapat
diperoleh dari suatu jenis tanaman hijau, dari alga sampai tumbuhan
angiospermae, perbedaa nnya sangat kecil dari mtDNA kecuali dari bentuknya.
Biasanya berbentuk bundar atau lingkaran, dengan panjang sekitar 37 m - 44 m,
ukuran dari berat molekul kira-kira 1 x 107 dalton. Ekstrak atau sari dari DNA
kloroplas dari selada, kacang polong, gandum, Euglena, dan Chlamidomonas
menunjukkan kesamaan ukuran dalam bentuk lingkaran, tetapi untuk alga laut,
Acetabularia mediterranea, dihasilkan panjang molekul di atas 200 m dan dengan
berat molekul kira-kir a 1 x 109 dalton. Molekul lurus sudah ditemukan dalam
pengujian seluruh spesies, tetapi itu kelihatannya merupak an hasil dari siklus
pemecahan.