Tugas Gene-Evo III – Pelatnas II IBO 2011 – Pratiwi

Tugas Pra-Pembinaan Tahap II IBO 2011 – Pratiwi Indah Sayekti 11 Februari 2011

JAWABAN TUGAS GENETIKA & EVOLUSI III

Nama : Pratiwi Indah SayektiKelas : X

Asal Sekolah : SMAN 1 Wonogiri

1. Selain oleh infeksi dan pengaruh lingkungan, penyakit pada manusia juga dapat ditimbulkan oleh kelainan atau abnormalitas pada gen atau kromosom, misalnya karena mutasi titik, delesi, insersi, duplikasi, atau aberasi kromosom. Penyakit seperti ini disebut dengan kelainan genetis (genetic disorder). Kelainan genetis dapat diturunkan secara autosomal dominan, autosomal resesif, terpaut X dominan, terpaut X resesif, dan terpaut Y. Umumnya frekuensi gen yang rusak tersebut sangat jarang sehingga hanya menyerang satu dari ribuan atau jutaan orang pada suatu populasi.

Berikut ini adalah beberapa contoh kelainan genetis pada manusia:

Duchenne muscular distrophy Fenil keton uria (PKU)

Inconginentia pigmenti tipe 2

Penyakit Huntington

Sindrom Aicardi

Sindrom Lesch-Nyhan

Sindrom Marfan

Sindrom Rett

Sindrom Roberts

Sindrom XYY

Untuk setiap kelainan genetis di atas, jelaskanlah:

a) Pola penurunan penyakit (autosomal dominan, autosomal resesif, terpaut X dominan, terpaut X resesif, atau terpaut Y)

b) Gen atau kromosom yang mengalami kerusakan, jenis kerusakan, dan lokasi kromosomnya (untuk kerusakan gen)

c) Gejala penyakit yang ditimbulkan

d) Bagaimana kerusakan pada gen tersebut berkontribusi pada gejala penyakit yang ditimbulkan

e) Frekuensi gen penyebab penyakit pada populasi tertentu

Duchenne muscular distrophya) Pola penurunan penyakit: terpaut X resesif

1


b) Kerusakan: mutasi di kromosom X pada band Xp21c) Gejala penyakit: tidak dapat melompat, berlari, dan menaiki tangga; sering jatuh; susah

berdirid) Kontribusi kerusakan gen terhadap penyakit: hilangnya protein dystrophin pada membran

sel otot disebabkan karena mutasi gen.e) Frekuensi gen penyebab penyakit: 1 dari 3500 kelahiran laki-laki hidup

Fenil keton uria (PKU)a) Pola penurunan penyakit: autosomal resesifb) Kerusakan: delesi, insersi, mutasi missense, defek splicing, mutasi nonsense pada gen enzim

fenilalanin hidroksilase (PAH) yang terletak pada 12q24.1.c) Gejala penyakit: retardasi mental, mikrosefali, perkembangan berbicara lambatd) Kontribusi kerusakan gen terhadap penyakit: mutasi gen PAH menyebabkan enzim PAH tak

dapat diproduksi sehingga fenilalanin menumpuk dan menyebabkan gangguan.e) Frekuensi gen penyebab penyakit: 1 kejadian dari 10000 di kaukasian

Incontinentia pigmenti tipe 2a) Pola penurunan penyakit: sporadikb) Kerusakan:

a. Abnormalitas kromosom (52%)i. Mosaicism ii. Balanced X/autosome translocationsiii. Supernumerary X chromosome/ring fragmentiv. Ring chromosomes (10, 14, 22)v. Mosaic triploidyvi. Mosaic trisomies (8, 13, 14, 18, 22)vii. Mosaic translocationsviii. Mosaic deletionsix. Autosomal deletions and duplications involvingchromosomes 7, 12, 13, 14, 15, and 18b. X chromosome abnormalitiesi. Inactivationii. Activationiii. Mosaicism

c) Gejala penyakit: cutaneous pattern, erupsi, lesi unilateral, trichorrexis, rambut kasar dan keriting, alopesia difus, hipertrikosis fokal

d) Kontribusi kerusakan gen terhadap penyakit: perbedaan pola antar sel disebabkan ekspresi gen berbeda

e) Frekuensi gen penyebab penyakit: 1 dari 8000-10000 pasien di rumah sakit umum pediatrik

Penyakit Huntingtona) Pola penurunan penyakit: dominan autosom, atau pengulangan trinukleotida CAG di gen

HTT.b) Kerusakan: mutasi gen protein huntingtin (HTT) pada 4p16.3. c) Gejala penyakit: koordinasi gerak yang berkurang

2


d) Kontribusi kerusakan gen terhadap penyakit: Htt merupakan protein yang bekerja umum, yang berinteraksi dengan protein pengatur seperti pengatur transkripsi dan sinyal sel.

e) Frekuensi gen penyebab penyakit: 5-10 kasus pada 100000 orang di dunia

Sindrom Aicardia) Pola penurunan penyakit: terpaut X dominanb) Kerusakan: mutasi pada kromosom Xp22a) Gejala penyakit: pathognomonic chorioretinal lacunae (lesi kuning-putih), infantile seizure

yang asimetrik, agenesis korpus kalosumb) Kontribusi kerusakan gen terhadap penyakit: mutasi ini menyebabkan gangguan pada matac) Frekuensi gen penyebab penyakit: tidak diketahui

Sindrom Lesch-Nyhana) Pola penurunan penyakit: terpaut X resesifb) Kerusakan: substitusi, delesi, insersi pada gen HPRT1 yang terletak di Xq26-q27.2c) Gejala penyakit: overproduksi asam urat, retardasi mental, pertumbuhan yang terhambatd) Kontribusi kerusakan gen terhadap penyakit: menyebabkan defisiensi enzim hypoxanthine-

guanine phosphoribosyltransferase (HPRT), yang mengkatalisis konversi hypoxanthine ke inosine monophosphate dan guanine ke guanine monophosphate dalam hadirnya phosphoribosylpyrophosphate, yang mengatur pendauran asam urat.

e) Frekuensi gen penyebab penyakit: 1:380000

Sindrom Marfana) Pola penurunan penyakit: autosomal dominanb) Kerusakan: berbagai jenis mutasi di gen fibrillin 1 (FBN1) yang terletak di 15q21.1c) Gejala penyakit: dolikostenomelia, arachnodaktili, pektus carinatum, pektus ekskavatum,

berkurangnya rasio segmen badan atas dengan bawah, skoliosis > 200, pengurangan ekstensi siku <1700, protrusia asetabula.

d) Kontribusi kerusakan gen terhadap penyakit: kerusakan gen FBN1 bertanggungjawab atas kerusakan pada sistem kardiovaskuler, rangka, dan okular.

e) Frekuensi gen penyebab penyakit: 2-3 kejadian per 10000 individu.

Sindrom Retta) Pola penurunan penyakit: sporadik, pada beberapa keluarga ditemukan pola terpaut X

dominanb) Kerusakan: mutasi pada gen MECP2 (metil-CpG-binding protein 2) di Xq28c) Gejala penyakit: kemerosotan kemampuan berkomunikasi, fungsi motorik yang buruk,

perilaku autistik, gerakan tangan yang stereotipik, mikrosefali.d) Kontribusi kerusakan gen terhadap penyakit: kerusakan gen ini menyebabkan gangguan

pada sifat DNA-binding protein termetilasi pada protein ataupun mengganggu hubungan dengan korepresor transkripsional

e) Frekuensi gen penyebab penyakit: 1/10000 – 1/15000 kelahiran perempuan

Sindrom Robertsa) Pola penurunan penyakit: autosomal resesif

3


b) Kerusakan: mutasi pada gen ESCO2c) Gejala penyakit: malformasi kraniofasial, berbagai macam cacat pada lengan (phocomelia,

oligoadaktili, aplasia/displasia radial), retardasi pertumbuhan prenatald) Kontribusi kerusakan gen terhadap penyakit: gen ESCO2 berperan dalam menjaga kohesi

kromatid saudara. Kelainan ini menyebabkan gangguan chromatid pairing.e) Frekuensi gen penyebab penyakit: tidak diketahui

Sindrom XYY (Sindrom Jacobs)a) Pola penurunan penyakit: penambahan kromosom Y pada priab) Kerusakan: nondisjungsi meiosis II pada pembentukan sperma setelah meiosis kiasmata

normal sehingga menghasilkan sperma yang memiliki dua kromosom Y, yang kemudian membuahi sel telur normal (84%), kesalahan mitosis postzigotik atau nondisjungsi meiosis II setelah nullikiasmata meiosis I.

c) Gejala penyakit: pada sebagian kecil kasus, penderita sindrom ini seringkali dicirikan dengan kelainan mental, sering bertindak kriminal, dan berperilaku agresif.

d) Kontribusi kerusakan gen terhadap penyakit: penambahan dosis gene) Frekuensi gen penyebab penyakit: 1 dari 1000 laki-laki terlahir dengan 47XYY

(Chen, 2005)

4


2. Selama ini, virus dikenal sebagai suatu kesatuan non seluler karena tidak mampu melakukan metabolisme. Akan tetapi, beberapa ahli menyarankan bahwa virus sebaiknya dimasukkan ke dalam pohon kehidupan sebagai domain tersendiri, selain Bacteria, Archaea, dan Eukarya (Gambar 1). Hipotesis ini didukung oleh hasil pengurutan genom sejumlah virus yang ternyata memiliki ukuran yang sangat besar (hingga 1,2 mb) sehingga disebut juga dengan Nucleo-Cytoplasmic Large DNA viruses (NCLDV). Salah satu jenis NCLDV yang banyak dipelajari adalah Mimivirus, virus yang menyerang protista Amoeba.

Gambar 1: Skenario pohon kehidupan dengan empat domain, termasuk NCLDV (violet) (Filée et al, 2008)

Gunakan referensi yang disediakan atau referensi lainnya yang berhasil anda temukan untuk menjawab pertanyaan berikut:

a) Mengapa beberapa ahli menyarankan agar NCLDV dimasukkan sebagai domain terpisah dalam pohon kehidupan? Jelaskan bukti-bukti dan asumsi yang mereka gunakan.NCLDV memiliki gen untuk memproses DNA yang memiliki origin yang sama, yang bercabang dalam pohon diantara Archaea dan Eukarya.Pada gambar di bawah ini, frame di sebelah kanan merupakan langkah-langkah pengolahan DNA dengan enzim terkait yang ditemukan di NCLDV, dan frame di sebelah kiri dengan latar belakang abu-abu menunjukkan virus yang memiliki enzim yang sesuai. Yang pertama,frame dari kanan atas adalah biosintesis dNTP yang dikatalisis oleh RNR dan ThyA. Frame kedua menunjukkan empat enzim yang terlibat dalam replikasi DNA: DNAP B, TopoIIA, PCNA dan FEN. Protein yang terlibat dalam dua langkah biosintesis DNA ditemukan di beragam virus DNA besar, seperti NCLDV, Herpesviridae dan Myoviridae. Frame ketiga merupakan langkah transkripsi DNA, di mana RNAP II dan faktor transkripsi TFIIB terlibat; dan protein ini hanya ditemukan di NCLDV. Frame terakhir menunjukkan aminoasil tRNA sintetase Mimiviridae yang terlibat dalam translasi mRNA. Menariknya, garis keturunan virus mewakili langkah-langkah demikian dengan tidak sempurna, selain NCLDV.Sehingga dihipotesiskan bahwa genom inti dari NCLDV sama kunonya dengan tiga domain lainnya (Boyer et al, 2010).

5


(Boyer et al, 2010)

6


b) Beberapa ahli menolak dimasukkannya NCLDV dalam pohon kehidupan dengan mengajukan sejumlah bukti. Jelaskan bukti-bukti dan asumsi yang mereka gunakan.Bukti-bukti:- Virus bukanlah entitas hidup

Virus tidak memenuhi kriteria untuk digolongkan sebagai makhluk hidup, diantaranya adalah tidak adanya metabolisme karbon dan energi, serta tidak dapat bereproduksi atau berevolusi secara mandiri.

- Virus adalah polifiletikPada pohon filogenetik, karakteristik dari anggota taksa diturunkan dari leluhur sebelumnya. Virus tidak dapat dimasukkan dalam pohon kehidupan dengan alasan mereka tidak berbagi kesamaan dengan sel, dan tidak adanya gen tunggal yang dimiliki oleh semua virus. Sel hidup memiliki satu asal usul evolusioner yang sama, akan tetapi virus tidak demikian-mereka polifiletik.

- Tidak ditemukannya garis silsilah keturunan virusTidak ada gen tunggal yang dimiliki oleh semua virus. Meskipun ada protein kapsid yang sama, namun sepertinya hal itu terjadi karena evolusi konvergen ataupun transfer gen horizontal.

- Garis silsilah virus tidak memiliki kontinuitas strukturalSel-sel yang hidup sekarang ini mewarisi membran dari sel pertama yang berevolusi, dan tidak demikian dengan virus.

- Host yang amat beragam tidak mencerminkan ‘kuno’Tidak dapat dibuktikan bahwa virus pendahulu ada bersamaan dengan sel pertama. Kemampuan virus untuk menginfeksi spesies-spesies yang sangat beragam dapat menimbulkan penarikan kesimpulan yang salah mengenai asal-usul virus.

- Gen metabolik virus berasal dari selBanyak genom virus yang mengkode protein dalam proses metabolisme. Kehadiran gen-gen ini dapat menjadi indikasi mengenai virus sebagai pendahulu sel. Sayangnya, gen metabolik ini tidak ditemukan pada leluhur dari virus-virus ini.

- Gen translasional virus berasal dari selGenom dari Mimivirus mengkode elemen-elemen dari mesin sintesis protein, sehingga ia tidak bergantung pada sel untuk translasinya. Akan tetapi, analisis sekuens menunjukkan bahwa gen-gen ini dimiliki virus melalui transfer gen horizontal dari sel.

- Virus ‘mencuri’ gen dari selGenom virus mengkode banyak gen yang tidak memiliki homolognya pada sel. Dimungkinkan bahwa virus mempengaruhi evolusi dari sel dengan mendonorkan gen baru. Namun analisis sekuens membuktikan hal yang sebaliknya, virus merupakan ‘gene robbers’ bukan ‘gene inventors’.

- Kebanyakan transfer gen horizontal terjadi dari sel ke virusPerpindahan gen pada umumnya terjadi dari sel ke virus dan pergerakan ke arah sebaliknya sangat kecil, sehingga virus tidak memiliki peran penting dalam pembentukan kandungan genom dari sel.

- Sederhana bukan berarti kunoSalah satu pandangan dalam evolusi adalah suatu proses dimana organisme yang sederhana menjadi lebih kompleks. Jika padangan ini dipakai dalam kasus ini, virus dapat dianggap

7


sebagai asal mula kehidupan. Namun hal tersebut mengabaikan kenyataan bahwa genom virus yang kecil ternyata menyesuaikan dengan laju replikasinya yang cepat. Sehingga dapat disimpulkan bahwa properti virus yang sederhana adalah konsekuensi dari mekanisme parasitisme dan bukan kekunoan.

(Moreira et al, 2009)

Referensi:

1. Boyer M, Madoui M, Gimenez G, La Scola B, & Raoult D. 2010. Phylogenetic and Phyletic Studies of Informational Genes in Genomes Highlight Existence of a 4th Domain of Life Including Giant Viruses. PLoS ONE 5 (12)

2. Chen H. 2005. Atlas of Genetic Diagnosis and Counseling. Humana Press.

3. Filée J, Pouget N, & Chandler M. 2008. Phylogenetic Evidence for Extensive Lateral Acquisition of Cellular Genes by Nucleocytoplasmic Large DNA Viruses. BMC Evolutionary Biology 8 (320)

4. Moreira D & Brochier-Armanet C. 2008. Giant Viruses, Giant Chimeras; The Multiple Evolutionary Histories of Mimivirus Genes. BMC Evolutionary Biology 8 (12)

5. Moreira D & Lopez-Garcia P. 2009. Ten reasons to exclude viruses from the tree of life. Nature Reviews Microbiology 7 (4)

8

Tugas Gene-Evo III – Pelatnas II IBO 2011 – Pratiwi

Documents

Transcript of Tugas Gene-Evo III – Pelatnas II IBO 2011 – Pratiwi