Rekombinasi homolog

REKOMBINASI
Keragaman Hayati dan
Perubahan Struktur Genom
• Keragaman Hayati merupakan cerminan
dari keragaman genetik
• Keragaman Genetik mahluk hidup
merupakan hasil perubahan struktur gen
yang berlangsung melalui banyak generasi
• Perubahan struktur genom berlangsung
melalui dua proses : Rekombinasi dan
mutasi
REKOMBINASI
• Rekombinasi : penyisipan atau pertukaran
fragmen dari satu kromosom (DNA) ke
kromosom (DNA) lain
• Contoh: Pindah silang antar kromosom
• Rekombinasi terbagi menjadi:
– Rekombinasi Umum / Rekombinasi Homolog
– Rekombinasi Situs Khusus
– Rekombinasi Nirhomolog
Pertukaran & Penyisipan Fragmen
λ
Pindah silang antara
sepasang kromosom
homolog
Integrasi λ ke
dalam kromosom
bakteri
REKOMBINASI HOMOLOG
• Rekombinasi homolog: pertukaran fragmen
yang terjadi antara dua kromosom atau DNA
homolog
• Rekombinasi dikendalikan oleh enzim-enzim
RecABC
• Enzim RecABC akan mempertukarkan
semua bagian kromosom yang homolog
• Antara dua kromosom yang bukan
pasangan homolog, masih mungkin terjadi
rekombinasi senadinya masih terdapat
fragmen yang homolog (Translokasi)
Rekombinasi Berjalan Melalui
Pemotongan dan Penyambungan
Hipotesis : pemilihan
salinan
Hipotesis: Pemotongan
dan penyambungan
Mempersyaratkan
replikasi
Tidak perlu replikasi
Pembuktian Hipotesis
Rekombinasi Berjalan Melalui
Pemotongan dan Penyambungan
Hipotesis : pemilihan
salinan
Hipotesis: Pemotongan
dan penyambungan
Mempersyaratkan
replikasi
Tidak perlu replikasi
Rekombinasi Homolog Berjalan
secara resiprok
Rekombinasi Homolog Berjalan
secara resiprok
Susunan askospora N.crassa
menunjukan migrasi kromosom
Susuna askospora memperlihatkan
keresiprokan rekombnasi
Konversi: Penyimpangan
terhadap keresiprokan
Rekombinasi membentuk
heterodupleks pada DNA
Model Rekombinasi
• Model Holiday
• Model Masselson dan Radding
• Model Pemotongan dan Pemilihan Utas
ganda
Model Holiday
Model Maselson dan Radding
Model Pemotongan dan
Pemilihan Utas Ganda
Sistem Enzim pada Rekombinasi
Homolog
• RecBC membuat potongan nick dan
menghasilkan utas tunggal
• RecA mempertukarkan pasangan utas
tunggal hasil pemotongan RecBC dengan
dengan utasan DNA homolognya
RecBC
RecA
REKOMBINASI SITUS KHUSUS
• Rekombinasi situs khusus adalah rekombinasi
yang terjadi bukan antara kromosom homolog
• Rekombinasi masih memerlukan situs khusus
yang homolog
• Contoh rekombinasi situs khusus
– Integrasi dan Deintegrasi Fage λ
– Integrasi Plasmid F ke dalam Kromosom E. coli
– Delesi dan Inversi
Integrasi dan Deintegrasi λ
Integrasi λ ke dalam
kromosom E.coli
berlangsung dalam
siklus lisogenik
λ
POP’
Berlangsung
melalui rekombinasi
pada situs khusus
BOB’
λ
BOP’
POB’
Proses Integrasi dan Deintegrasi λ
dikatalisis oleh enzim integrase
Integrasi mempersyaratkan adanya molekul
Integrase akan
sirkular
mengenali situs
POP’
dan
BOB’
Rekombinasi pada situs
khusus
menghasilkan
POP’
danterintegrasi
melakukan
adanya dua situs mengapit ruas
Integrase
rekombinasi
BOP’
BOB’
λ
POB’
Situs Pengintegrasian λ
P’
O
P
-----------TTCAGCTTTTTTATACTAAGTTG------------------AAGTCGAAAAAATATGATTCAAC-------------------GCCTGCTTTTTTATACTAACTTG------------------CGGACGAAAAAATATGATTGAAC-------B
B’
O
B
P’
--GCCTGCTTTTTTATACTAAGTTG-------------------CGGACGAAAAAATATGATTCAAC--------------------------------GCCTGCTTTTTTATACTAACTTG-----------------CGGACGAAAAAATATGATTGAAC-P
O
B’
Integrasi Plasmid F Ke dalam
Kromosom Bakteri
Integrasi
berlangsung
Plasmid F
saat
pembentukan
Hfr
Berlangsung
pada situs
khusus
Kromosom
bakteri
Situs khusus
Proses integrasi
plasmid F ke dalam
kromosom
λ
Situs integrasi
Kromosom
DELESI & INVERSI
• Rekombinasi mungkin terjadi pada dua situs
yang terdapat pada satu kromosom yang sama
• Kedua situs tersebut homolog satu terhadap
yang lain
• Rekombinasi seperti ini dapat menyebabkan
terjadinya DELESI atau INVERSI
–Delesi=suatu fragmen hilang dari kromosom
–Inversi=suatu fragmen berbalik arah dalam
kromosom
• Merupakan penyimpangan rekombinasi
homolog (recABC), atau terprogram
DELESI: kehilangan suatu fragmen
Fragmen
hilang
Terjadi akibat pindahsilang antara dua situs
dengan urutan basa
yang searah pada satu
kromosom
Kromosom terdelesi
PROSES DELESI
Terjadi perpasangan situs homolog yang diikuti
pindah silang
Menghasilkan satu DNA
sirkular yang terlepas
dari kromosom
INVERSI
Inversi: merupakan hasil pindah-silang antara
dua situs homolog yang mempunyai urutan
basa yang berlawanan
Dihasilkan:terbaliknya arah ruas kromosom
yang diapit oleh kedua situs homolog
Inversi dapat terjadi akibat penyimpangan
rekombinasi umum, atau terjadi sebagai
proses regulasi seperti pada Salmonella
thypimurium
Proses INVERSI
1 Perpasangan
situs homolog
2 Pindah silang
antar situs
Proses INVERSI
1 Perpasangan
situs homolog
2 Pindah silang
antar situs
3 Pemutaran arah ruas antara
dua situs homolog
REKOMBINASI NIRHOMOLOG
(Elemen Loncat)
• Rekombinasi ini tidak memerlukan
kehomologan antara situs yang
berekombinasi
• Tidak terdapat keresiprokan
• Akibat rekombinasi ini akan terjadi
perpindahan lokasi fragmen pada DNA
• Dikendalikan oleh enzim khusus
(Transposase)
• Enzim mengenali situs -situs elemen loncat
dan situs sasaran perpindahan elemen
Elemen loncat: Akan meninggalkan lokasi
awal dan menyisip pada situs sasaran
DNA Donor
Enzim Transposase
akan mengenali situs
penanda dan
memindahkan elemen
ke situs sasaran
Situs sasaran
Ruas
pengapit
DNA penerima
Elemen loncat: Akan meninggalkan lokasi
awal dan menyisip pada situs sasaran
DNA Donor
Enzim Transposase
akan mengenali situs
penanda dan
memindahkan elemen
ke situs sasaran
Situs sasaran
Ruas
pengapit
DNA penerima
Contoh : Penyisipan IS1 pada gen lak-i
--ACGAT GTCGCAGAG TATGC---TGCTA CAGCGTCTC ATACG--IS1
ACGATGTCGCAGAG
TGCTACAGCGTCTC
IS1
GTCGCAGAGTATGCCAGCGTCTCATACG
Ruas pengapit, Ruas sisipan, Transposon
Elemen loncat diapit oleh ruas pengapit yang
akan dikenali oleh enzim transposase
Ruas pengapit tersusun oleh ruas ulang terbalik
Enzim transposase disandikan oleh gen trp
Ruas sisipan: elemen loncat kecil yang hanya
membawa gen trp
Transposon : elemen loncat besar yang selain
membawa gen trp juga mengandung gen lain
trp
trp
gen-x
Contoh Ruas Sisipan pada Bakteri
Nama
IS1
IS2
IS3
IS4
IS5
γ−δ
IS101
IS903
# Eksemplar
Ukuran/pb Pengapit
4-10 krom E.coliK12
768
20/23
4-13 kromE.coliK12, 1F 1327
32/41
5-6 kromE.coliK12, 2 F 1400
32/38
1-2 kromE.coliK12
1426
16/18
10-11 krom E.coli
1250
1-3 krom E.coliK12, 1 F 5700
35/35
plasmid pSC101
201
31/37
R6, IS903 pada Tn903 1397
17/22
Contoh Transposon prokariot
Nama
Gen Penanda
Ukuran/kb Pengapit
Tn3
Ampisilin
4,957 38/38
Tn4
Ampisilin,streptomisin, 20.5
pendek
sulonamid
Tn5
Kanamisin
5.4
1500
Tn7
Trimetofrin,stretomisin 14.0
Tn9
Khloramfenikol
2.63
18/23
Tn10 Tetrasiklin
9.3
1400
Tn501 Ion-ion merkuri
8.2
35/38
Tn551 Eritrmisin
5.3
35/35
IS1(768)
IS3(1400)
IR(20) trp IR(20)
IR(32)
Tn10
6500
IS3(1400)
IR(1500)
Contoh
elemen
loncat
trp IR(32)
IR(140)
IS3(1400)
Tn5
2400
Tn2
4250
IR(1500)
IR(140)
Tn9
IS1(768)
1100
IS1(768)
Sifat Transposase
Akan memindahkan ruas antara ruas pengapit
Mengenali satu ruas sasaran (Tn7), atau banyak
sasaran (Tn5)
trp
trp di antara pengapit
trp
trp di luar pengapit
Mekanisme
Rekombinasi Nirhomolog
1 Melibatkan replikasi : akan terjadi penggandaan
elemen loncat sebelum perpindahanelemen;
sehingga pada DNA donor akan tetap ada
elemen loncat
2 Tidak melibatkan replikasi : tidak terjadi
penggandaan, sehingga akibat lompatan
elemen DNA donor akan kehilangan elemen
loncat
Dua jenis proses transposisi
Transposase
Polimerase DNA,Resolvase
Ligase
Transposisi melibatkan
replikasi
Transposase
Pemotongan, Polimerase
DNA, Ligase
Transposisi tidak
melibatkan replikasi
Teknologi DNA Rekombinan
• Teknologi DNA rekombinan adalah teknik
rekombinasi buatan dari beberapa molekul
DNA; misal plasmid bakteri disisipi DNA
tumbuhan atau hewan
• Teknik ini digunakan untuk pengklonan gen,
dalam usaha analisis atau rekayasa genetik
• Teknik ini terdiri dari isolasi gen dari DNA
donor, menyisipkannya ke dalam vektor
pembawa seperti plasmid, dan memasukan
vektor rekombinan kedalam sel
Enzim Restriksi sebagai alat
Teknologi DNA Rekombinan