BAB 6 - eLisa UGM

GENETIKA DAN FISIOLOGI MIKROBIA
BAB
6
MOLEKULER
Tujuan instruksional dan kompètensi matakuliah:
Memberi bekal kepada mahasiswa tentang arti penting genetika mikrobia yang
merupakan refleksi dari fisiologi mikrobia, sehingga setelah selesai mengikuti kuliah ini
mahasiswa mampu menjelaskan
•
bagaimana DNA melayani sebagai informasi genetik
•
bagaimana mutasi dapat diidentifikasi, dipertahankan atau diperbaiki
•
perbedaan mekanisme rekombinasi genetik pada bakteri
Arti penting RNA, DNA, sifat genom bakteri dan Fisiologi molecular
Genetika mikrobia mempelajari tentang sifat dasar dan ekspresi, perubahan
dan mekanisme pewarisan bahan genetik. Informasi hereditair dari suatu sel hidup
adalah suatu karakteristik yang dapat diwariskan dan sel induk ke sel anakannya.
Informasi
genetik
tersebut
terdapat
dan
tersandi
di
dalam
molekul
asam
deoksiribonukleat (DNA). Informasi genetik di dalam DNA menentukan sifat metabolik
dan struktural suatu jasad hidup.
Mengapa bakteri digunakan sbg model utk studi genetika?
1. Kualifikasi penting: kecepatan tumbuh yang sangat cepat
2. Bhn genetik lebih sederhana
3. Utk identifikasi mutagen yg berbahaya penyakit kanker
4. Strain atau klon?
Strain : Populasi sd yg identik secara gen
Disebut sebagai kultur murni
Genetika moderen telah berkembang seiring dengan perkembangan biologi
molekuler yang sangat tergantung pada mikrobia. Mikrobia, khususnya bakteri,
merupakan jasad yang paling ideal untuk analisis genetik karena bakteri mampu
tumbuh cepat dan hanya mempunyai kromosom tunggal.
Informasi hereditair
Molekul DNA pada umumnya berupa pita ganda terpilin yang sangat spesifik
dan dapat menggandakan diri
di (replikasi). Beberapa pakar sejak abad ke 15 telah
menemukan letak informasi genetik di dalam sel.
Oswald Avery (1944)) telah membuktikan bahwa informasi genetik ada dalam
inti dalam bentuk molekul asam deoksiribonukleat (DNA) dan molekul DNA bukan
terdapat di dalam ptotein. Beberapa pendapat menyatakan bahwa dengan DNA mu
murni
dapat diketahui perubahan sifat dasar.
James Watson & Francis Crick (1953) telah menemukan struktur DNA yang
berupa dua untai pita DNA terpilin (double helix). Penemuan inii merupakan titik awal
revolusi biologi karena penemuan struktur DNA inii sangat penting untuk mempelajari
dan memahami bagaimana informasi
nformasi genetik dapat dipindahkan dan satu generasi ke
generasi berikutnya serta bagaimana DNA dapat mengendalikan replikasinya.
Gambar 8.1. Konfigurasi molekuler dan struktur kimia DNA
Replikasi informasi hereditair di dalam sel bertujuan untuk dapat mensintesis molekul
DNA baru yang mempunyai urutan nukleotida sama seperti genom sel inangnya.
Molekul DNA adalah makromolekul yang menyimpan informasi hereditair suatu sel.
DNA ini tersusun oleh sub-unit
unit- yang disebut nukleotida atau deoksiribonukleotida.
onukleotida.
Urutan nukleotida menentukan kespesifikan suatu informasi hereditair dan berisi
mekanisme untuk mengendalikan ekspresi genetik.
Bagaimana DNA mengendalikan sintesis protein?
George Gamow (1954) telah menemukan bahwa trio dan 4 nukleotida menghasilkan
64 kombinasi untuk 20 macam asam amino. Marshall Nirenberg, Heinrich Matthaei,
Philip Leder dan Har Gobind Khorana (1960) membuktikan bagaimana urutan
nukleotida di dalam mRNA dapat mengatur sintesis protein spesifik. Genetika
berkembang dengan pesatnya seiring dengan perkembangan biologi molekuler dan
teknologi,
sehingga
para
pakar mikrobiologi
(1970-1980)
dapat mempelajari
mekanisme perpindahan DNA diantara sel-sel dan rekayasa genetika
Untuk mempelajari dan memahami mekanisme pemindahan bahan genetik tersebut
memerlukan pengetahuan dasar bagaimana gen berfungsi. Gen berfungsi:
1.
untuk memprediksi terjadinya penyakit tertentu
2.
merupakan suatu alat atau metoda untuk mempertahankannya Oleh karena itu
dalam kuliah ini ditekankan pada bahasan utama, yaitu
1.
Fungsi DNA sebagai pembawa informasi biologi
2.
Sintesis RNA dan sintesis protein
3.
Pemindahan bahan genetik diantara jasad renik
Konsep gen
Tiap jasad hidup mempunyai sekelompok sifat yang dapat diwariskan.
Pembawa sifat karakteristik yang diturunkan adalah gen. Gen adalah urutan nukleotida
di dalam DNA, atau dengan kata lain, gen adalah suatu segmen DNA yang berisi
sandi-sandi dalam bentuk urutan nukleotida, secara kumulatif disebut genotipe. Sandisandi tersebut dapat ditranskripsikan kedalam RNA dan kemudian ditranslasikan
meniadi polipeptida. Sifat bawaan ini diekspresikan sebagai sifat yang dapat dilihat,
dan disebut fenotipe.
Apa hubungan antara gen dan fenotipe suatu mikrobia?
Percobaan dengan Neurospora crassa (jamur oncom) yang hampir sepanjang
siklus hidupnya, bersifat haploid (hanya mengandung satu turunan dan tiap-tiap gen)
dan biasanya Tipe liar N. crassa, yang disebut prototrof, mampu mensintesis semua
asam amino yang diperlukan untuk pertumbuhannya pada medium minimal yang
hanya mengandung sukrosa.
percobaan diawali dengan penyinaran spora aseksual yang disebut konidi
dengan sinar X. Setelah penyinaran, konidi tersebut akan mengalami mutasi. Mutan
dapat dideteksi berdasarkan kemampuan tumbuhnya pada medium minimum yang
hanya mengandung sukrosa, tetapi jamur tersebut tumbuh dengan baik pada medium
Iengkap (medium yang mengandung semua asam amino). Ketidakmampuan tumbuh
pada medium minimal karena mutan tersebut tidak mempunyai ensim yang diperlukan
untuk mensintesis asam amino tertentu. Oleh karena itu mutan tersebut kehilangan
gen yang bertanggung jawab terhadap ensim tersebut. Mutan tersebut dapat
diidentifikasi melalui percobaan penumbuhan pada medium yang hanya mengandung
asam amino tertentu. Misalnya, mutan yang mampu tumbuh pada medium minimal
dilengkapi dengan triptofan, disebut mutan trp. Tipe liar Neurospora mampu tumbuh
pada medium minimal karena jamur tersebut dapat mensintesis semua asam amino
dan sukrosa, ammonium dan garam lainnya.
Satu gen, satu ensim.
Untuk mengetahui mengapa mutan-mutan asam amino tidak mampu membuat
asam amino yang diperlukan untuk pertumbuhannya, maka mutan tersebut perlu
dianalisis secara biokimia. Telah ditemukan bahwa masing-masing mutan kehilangan
salah satu ensim yang diperlukan untuk mensintesis asam amino. Dengan demikian
dapat disimpulkan bahwa satu gen menyandi satu ensim.
Kesimpulan tersebut merupakan sesuatu untuk memahami tentang genetika.
Selain itu perlu diketahui bahwa perkembangan biokimia terbaru menyatakan bahwa
ensim telah diketahui sebagai protein, tetapi betapa kompleknya suatu ensim belum
diketahui dengan pasti. Berbagai ensim telah diketahui tersusun lebih dan satu
polipeptida dan beberapa polipeptida, seperti peptida hormon dan protein ribosom,
tidak menunjukkan aktivitas ensimatis. Oleh karena itu teori satu gen satu ensim telah
dimodifikasi menjadi satu gen menyandi untuk satu polipeptida. Selain itu gen juga
menyandi RNA, sedangkan RNA ini tidak ditranslasikan menjadi polipeptida. Oleh
karena itu gen seluler adalah segmen DNA yang ditranskripsikan ke dalam RNA.
Hampir semua gen ditranslasikan menjadi polipeptida, kecuali, gen untuk rRNA dan
tRNA hanya membuat molekul RNA.
Fungsi gen dan mutasi:
Genom bakteri dan arkhaea
DNA terpilin ganda tersusun rapi di dalam sel menjadi struktur yang disebut
dengan kromosom. Koromosom mengandung informasi genetik sel. Transformasi
genetik sel bakteri dan arkhaea selama terdapat pada kromosom, juga ada pada
plasmid,
sedangkan
ekstrakromosomal).
sel-sel
eukariotik
juga
terdapat
Keseluruhan total informasi genetik
pada
yang
episom
(unsur
terdapat
pada
kromosom, plasmid atau episom disebut genom sel. Hampir semua bakteri kromosom
tersusun dalam bentuk lup sirkuler. Demikian pula sel arkhaea, kromosomnya sangat
tipikal berupa lup sirkuler tunggal. Beberapa contoh kromosom arkhaea adalah
kromosom metanogen (arkhaea penghasil gas metan) dan kromosom arkhaea
termofilik ekstrem (arkhaea yang mampu tumbuh pada temperatur di atas 80 °C).
Beberapa bakteri ada yang mempunyal kromosom linear seperti pada sel
eukariotik. Misalnya,
a. Streptomyces mempunyai kromosom yang linear
b. Agrohacterium tumifaciens mempunyai satu kromosom linear, satu kromosom
sirkuler dan beberapa plasmid.
Arkhae halofilik (arkhaea yang mampu tumbuh pada pada lingkungan yang
mengandung konsentrasi garam sangat tinggi) mempunyai kromosom sirkuler dan dua
plasmid raksasa yang sirkuler. Kromosom bakteri dan arkhaea mengandung banyak
sekali DNA yang dikemas dan dikondensasi sedemikian rupa sehingga bisa tersusun
rapi di dalam sel. Kondensasi DNA terjadi dengan pengumparan DNA (supercoiling),
melalui protein khusus semacam histon (protein khusus yang hanya terdapat pada sel
eukariotik) menjadi bentuk DNA kompleks dan padat seperti simpul-simpul terpilin.
Pada bakteri dan arkhaea, interaksi protein seperti histon dengan DNA tidak
membentuk kromatin. Kromosom bakteri sangat kecil yang mengandung hanya 4,6
Mbp (kromosom Escherichia coli) dan arkhaea lebih kecil lagi (1,6 Mbp pada
kromosom Meihanococcus jannaschii). Oleh karena ukuran genom bakteri dan
arkhaea sangat kecil, maka hampir semua gen bakteri maupun arkhaea harus
diekspresikan dan tidak tersimpan dalam kromatin.
Genom sel eukariotik
Sel-sel eukariotik pada umumnya mempunyai kromosom majemuk yang
berbentuk linear dan informasi genetiknya terletak pada kromosom dan episom.
Dengan demikian sel eukariotik mempunyi genom yang besar. Kromosom majemuk
yang berbentuk linear tersebut mempunyai banyak protein yang jumlahnya 2 kali
jumlah DNA terdapat di dalam inti. Kromosom set eukariotik dikemas melalui
pengumparan (supercoiling) DNA menjadi bentuk khusus yang disebut kromatin.
Pengumparan DNA ini melibatkan protein khusus disebut histon.
Mengingat kromosom sel eukariotik dikemas menjadi kromatin, maka banyak
gen yang tidak dapat diekspresikan karena DNA terasingkan sehingga tidak dapat
dicapai. Genom set eukariotik sangat besar (5.000 mega base pairs=Mbp), sehingga
sebagian gen nya masih dapat terekspresikan untuk membantu fungsi seluler.
Pengumparan (supercoiling) DNA sel eukariotik distabilkan oleh histon dan protein non
histon. Histon melipat DNA di dalam inti sedemikian rupa menjadi nukleosom yang
kemudian dikondensasikan menjadi kromatin.
Sel eukariotik mempunyai 5 tipe molekul histon, yaitu Hi; H2A; H2B; H3; dan H4
yang memungkinkan DNA terkumpar dengan rapi di dalam nukleosom. Histon
berinteraksi membentuk oktomer (8 subunit) yang terdiri dan 2 mol dan H2A, H2B, H3
dan H4. Oktomer ini merupakan dasar kumparan benang-benang DNA, bagaikan
benang terkumpar pada gelendong.
Replikasi DNA
Informasi genetik ditransfer dan induk ke sel anakannya melalui replikasi molekul DNA
induknya. Peran utama dan replikasi adalah membuat duplikat urutan base dan
molekul DNA induk dengan mekanisme yang berdasarkan kespesifikan pasangan
base nukleotidanya (0-C atau A - T). Molekul DNA untai ganda mengalami replikasi
dengan proses semikonservatif. Hal ini terbukti melalui percobaan yang dilakukan oleh
Messelson and Stahl (1958). Ketika DNA untai ganda ini tereplikasi menghasilkan dua
DNA untai ganda baru yang masing-masing untai mengandung satu untai DNA berasal
dan induk dan satu untal DNA lainnya dan hasil sintesis.
Pada awalnya, untai ganda harus terbuka kemudian memisah menjadi untaian
tunggal. Kedua untaian tunggal ini digunakan sebagai cetakan (template) untuk
membuat untai DNA komplemennya. Tempat dimana untaian ganda DNA memisah
dan DNA komplementnya disintesis disebut garpu replikasi (Gambar 8.2). Pada
molekul DNA induk terdapat base nukleotida bebas yang terpisah dan pasangannya.
Pada garpu replikasi, ada empat untai DNA, dua adalah dan induknya dan dua dan
hasil sintesis. Satu molekul DNA induk menghasilkan dua replika yang terdiri dan satu
untai induk plus satu untai turunan. Masing-masing base pada untai turunan diseleksi
sesuai dengan base yang diperlukan oleh pasangan base induknya. Untaian ganda
induk membuka kemudian terpilin lagi menjadi untai ganda baru sehingga masingmasing turunan membawa satu untai dan induk dan satu untaian yang baru terbentuk.
Mekanisme dasar replikasi DNA untai ganda meliputi beberapa langkah proses
sebagai berikut;
1. Monomer nukleotida ditambahkan satu persatu pada ujung suatu untaian yang
sedang tumbuh melalui ensim yang disebut polimerase DNA.
2. Urutan base yang ada pada masing-masing untaian anakan atau untaian baru
merupakan untaian komplementer terhadap untaian base DNA yang dikopi. Apabila
untai DNA induk mempunyai Adenin maka nukleotida Timin akan berada pada
ujung untai DNA anakan yang sedang tumbuh.
3. Replikasi DNA memerlukan template, ATP, suatu replikasi kompleks; dan
deoksinbonukleotida trifosfat-A,G, T dan C
Mekanisme replikasi kromosom sirkuler E. coli menurut pola Jacob & Brener
Kromosom melekat pada suatu tempat awal replikasi yang disebut oriC pada
mesosom yang terletak pada membran plasma. Tempat oriC merupakan suatu
putaran. Kromosom bergerak melalui tempat tersebut. Salah satu untaian putus. Ujung
5’P04 untaian tersebut akan melekat pada tempat yang baru pada membran plasma.
Kromosom berputar berlawanan arah jarum jam melalui tempat lekat pada mesosom,
yang juga merupakan tempat sistem ensim untuk replikasi. Kemudian terbentuklah
untaian baru pada untaian terpisah. Tempat perlekatan kedua untaian terpisah.
Pemisahan kedua tempat tersebut terjadi karena adanya sintesis membran plasma
baru dan terbentuk dinding sel diantara kedua tempat dimana DNA melekat.
Pada umumnya replikasi kromosom bakteri bergerak dengan dua arah
(bidirection): garpu replikasi bergerak dan tempat replikasi dan bertemu di tengahtengah lingkaran kromosom. Setelah replikasi selesai, terjadi penggabungan ujungujung bebas dan masing-masing untaian kromosom baru sehingga masing-masing
kromosom baru terdiri dan untaian DNA lama dan satu untai DNA baru. Replikasi DNA
ini dikenal sebagai replikasi semikonservatif (Meselson & Stahl, 1959) (Gambar 8.2).
REPLIKASI DNA DALAM SEL ARKHAEA
Replikasi DNA pada sel arkhaea belum diketahui dengan pasti apakah replikasi
DNA kromosom terjadi pada tempat asal replikasi yang tunggal seperti bakteri atau
pada asal replikasi yang majemuk seperti pada sel eukariotik. Berdasarkan sifat
kromosom arkhaebakteri yang bentuknya sirkuler seperti pada bakteri, mempunyai
genom relatif kecil, sehingga kemungkinan kromosom direplikasi dengan cepat dan
hanya terjadi asal replikasi tunggal.
Protein yang terlibat dalam replikasi DNA arkhaea lebih mirip dengan protein
sel eukariotik. Oleh karena itu replikasi kromosom arkhaea diduga mengikuti motif
replikasi kromosom sel eukariotik dan mempunyal titik-titik asal replikasi banyak.
Replikasi dna sel eukariotik
Replikasi kromosom sel eukariotik terjadi pada tempat awal replikasi yang
majemuk terdapat di dalam masing-masing kromosom dan berlangsung dengan dua
arah. Kecepatan sintesis DNA sepanjang garpu replikasi bervariasi dan berlangsung
Iebih lamban daripada yang terjadi di dalam sel bakteri. Secara keseluruhan kecepatan
replikasi DNA set eukariotik lebih cepat daripada pada sel bakteri. Hal ini disebabkan
karena DNA eukariota mempunyai replikon (segmen makromol DNA yang mempunyai
asal dan terminal replikasi sendiri-sendiri) majemuk.
Meskipun di kromosom eukariotik mengandung lebih banyak DNA, genom
eukariotik dapat direplikasikan Iebih cepat (25-30 menit di dalam sel khamir) daripada
genom bakteri (genom E. coli dapat direplikasikan sekitar 40 menit). Keadaan ini
disebabkan karena adanya titik-titik inisiasi yang jamak untuk sintesis DNA sehingga
menghasilkan replikasi secara simultan pada bagian kromosom yang berbeda.
Perbedaan tempat asal replikasi tunggal dan majemuk untuk sintesis DNA
merupakan perbedaan fundamental antara bakteri dan sel eukariotik. Oleh karena itu
replikasi korosom sel eukariotik sangat lebih kompleks daripada sel bakteri.
Dalam sel eukariotik, repIikasi beberapa urutan DNA diinisiasi pada awal fase
sintesis pada pertumbuhan, sedangkan replikasi urutan yang lain terjadi kemudian.
Mekanisme dasar koordinasi asal replikasi DNA adalah identik untuk semua sel
eukariotik. Koordinasi yang diperlukan untuk replikasi DNA di dalam sel eukariotik,
dapat ditentukan berdasarkan percobaan pertumbuhan Saccharomyces cerevisieae,
Koordinasi tersebut terletak pada interaksi antara protein spesifik dengan urutan
pendek nukleotida DNA yang spesifik yang tersebar di dalam DNA kromosom. DNA di
dalam sel eukanotik mempunyai urutan replikasi otonom (ARCs) yang berfungsi
sebagai awal replikasi dan merupakan counterpart awal replikasi bakteri (ori)
ARCs terdiri dari 11 pasang urutan base ditambah dengan 2 atau 3 urutan
pendek nukleotida tambahan di dalam 100-200 base. Bagian pusatnya tersusun oleh 6
protein disebut komplek pengenal asal replikasi (the origin recognition complex ORC),
antara lain Cdc7, protein MCM, bergabung dengan asal replikasi.
Langkah yang sangat penting di dalam inisiasi replikasi DNA adalah pembuatan
komplek prareplikasi yang mengandung ORC dan beberapa protein lain. Bentuk
komplek prareplikasi yang hanya terjadi selama fase S pada pertumbuhan, melibatkan
satu seri cyclin-dependent kinases. Cyclin adalah protein yang mengatur kejadian yang
berlangsung selama pembelahan mitotik; cyclin-dependent kinase aktivitas sangat
memerlukan cyclin. ORC dan protein bergabung dan tersimpan selama evolusi Sel
eukariotik. Mereka berfungsi untuk menenentukan replikasi DNA dengan waktu yang
tepat selama sel tumbuh. Protein MCM terlibat dalam pembentukan kompleks
prareplikasi yang diperlukan untuk menginisiasi replikasi DNA, juga terlibat di dalam
licensing, licensing adalah waktu yang memungkinkan replikasi DNA terjadi di dalam
sel eukariotik. Replikasi DNA eukariotik memerlukan beberapa faktor yang dapat
hanya terjadi pada kromosom selama mitosis, yaitu ketika membran inti pecah.
Variasi fenotipe dan genotipe jasad haploid
Mikrobia pada umumnya selalu haploid karena hanya mempunyai satu set gen
tunggal, mampu membentuk merozigot tetapi bukan merupakan fusi dan keseluruhan
sel tetapi hanya sebagian bahan genetik dan sel donor ditransfer ke sel resipien.
Kromosom resipien dan sebagian kromosom donor berpasangan kemudian terjadi
pertukaran segmen DNA. Dengan demikian, setelah pembelahan sel menghasilkan sel
yang mengandung hanya kromosom gabungan.
Mutasi dan mutan
Mutasi adalah perubahan urutan nukleotida pada suatu gen (segmen DNA)
sehingga terjadi perubahan struktur yang bersifat permanen. Proses perubahan ini
merupakan dasar dan evolusi. Hasil perubahan permanen pada DNA ini dapat
diwariskan ke generasi berikutnya.
Perubahan tersebut terjadi karena beberapa faktor, antara lain, kesalahan
selama replikasi DNA atau karena kerusakan pada kerangka DNA (gula-fosfat) akibat
penyisipan, penghilangan dan penggantian segmen baru. Perubahan tersebut
menyebabkan perubahan genotipe (komposisi genetik) yang spesitik berdasarkan
urutan nukleotida DNA. Perubahan urutan nukleotida DNA dapat merubah gen tidak
berfungsi semestinya sehingga kehilangan kemampuan untuk menghasilkan protein.
Salah satu mekanisme mutasi adalah delesi atau penghapusan sejumlah pasangan
base DNA. Proses delesi tersebut disebut defisiensi yang dapat menyebabkan
hilangnya beberapa informasi genetik pada beberapa gen.
Proses pembentukan mutan disebut mutagenesis yang dapat berlangsung
secara spontan atau dengan diinduksi secara fisik atau kimia. Mutan dapat terbentuk
dengan (1) tanpa perlakuan; proses ini disebut mutagenesis spontan; (2)
penambahan bahan kimia atau mutagen, seperti asam nitrit (HNO2), hidroksilamina,
etilmetana sulfonat (EMS), mutagen kimia ini dapat mengubah susunan base
nukleotida atau bergabung dengan DNA sebagai analog base; (3) menggunakan
mutagen fisik yaitu menggunakan radiasi sinar ultra violet dan sinar X. Sinar ultra violet
menyebabkan terbentuknya dimer timin.
Mutan dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok sebagai berikut:
1. Mutan kondisional yaitu mutan yang mempunyal karakter berdasarkan kondisi
dimana dapat diekspresikan
2. Mutan induksi, mutan yang tidak selalu dieksprsikan pada fenotipe
Sel yang mengandung semua bentuk urutan DNA asli disebut tipe liar (wild type)
Allele adalah bentuk-bentuk gene yang memberi respon terhadap mutasi. Bakteri dan
Arkhae hanya mempunyai satu set gen bersifat haploid dan kromosomnya hanya
mempunyai satu bentuk allele, sedangkan kromosom sel eukariotik mempunyai
sepasang maka bersifat diplod
Mekanisme mutasi meliputi
1. Penambahan (insersi) basa nukleotida pada DNA sehingga terjadi mutasi
kerangka
2. Pengurangan (delesi) basa nukleotida menyebabkan mutasi kerangka (frameshift).
3. Penggantian (substitusi) basa nukleotida pada DNA, menyebabkan mutasi titik
(point mutation) atau mutasi tersembunyi (silent mutation)
Tipe-tipe mutan:
a. mutan yang resistan terhadap antibiotika
b. mutan oksotrofik (mutan yang memerlukan vitamin, asam amino atau building
block tertentu yang harus ditambahkan ke dalam medium),
c. mutan yang peka terhadap suhu, mutan yang tidak mampu menggunakan substrat
d. mutan konstitutif untuk ensim katabolik atau anabolik
Rekombinasi genetik pada bakteri
Rekombinasi genetik adalah pembentukan genotipe baru yang terjadi melalui
pencampuran kembali gen-gen dan diikuti dengan pemindahan bahan genetik antara
dua kromosom yang berbeda tetapi mempunyai gen-gen yang serupa (kromosom
homolog). Turunan dan rekombinasi tersebut mempunyai kombinasi gen-gen berbeda
dan masing-masing induk.
Mekanisme rekombinasi genetik pada bakieri
1. Konyugasi
Konyugasi adalah suatu proses pemindahan gen di antara sel-sel
sel yang saling
bersentuhan langsung secara fisik
Hampir seluruh atau sebagian besar kromosom dipindahkan ke sel
s resipien melalui pili.
Faktor seks yang dimiliki oleh sel berupa DNA sirkuler yang bukan merupakan bagian
dan kromosom dan dianggap sebagai penentu seks, terdapat pada di sitoplasma,
Faktor seks inii disebut pula faktor kesuburan (fertility factor).
Sel yang mengandung faktor F diberi
d
simbol F+ dan sel tidak mempunyai faktor F
ditulis dengan simbol F-. faktor F ini disebut sebagai episom (unsur genetik
ekstrakromosom) untuk bereplikasi. Gabungan ini disebut sel-sel
sel
Hfr (High
High frequency
recombination) (Gambar 8.4)
integrasi
F+
F+
reversi
Segmen
DNA
homolog
dari
berpasangan dengan faktor F
kromosom
Unsur genetik ekstrakromosom lain yang terdapat pada sel bakteri adalah
plasmid. Plasmid berupa DNA berbentuk sirkuler terdapat di luar kromosom dan
mampu melakukan replikasi sendiri di dalam sitoplasma.
Fungsi plasmid adalah me
merupakan DNA tambahan dan berperan sebagai faktor
bakteriosinogenik (yang menentukan pembentukan protein pembunuh bakteri sejenis
atau yang mempunyai kekerabatan dekat = bakteriosin). Bakteriosin terbukti sangat
berguna untuk membedakan strain-strain
strain
dan jenis bakteri
teri yang sama khususnya di
dalam diagnosis bakteriologi
iologi di bidang kedokteran. Misal : piosin dihasilkan oleh
Pseudomonas, kolisin dihasilkan oleh Escherichia coli.
co
Plasmid juga berperan sebagai faktor pemindah resistensi atau faktor R
menimbulkan resistensi
si terhadap antibiotika tertentu.
2. Transduksi
pemindahan materi genetik satu sel bakteri ke sel bakteri lainnnya dengan
perantaraan organisme yang lain yaitu bakteriofage (virus bakteri)
bakteri
Mekanisme transduksi:
Bakteriofag atau Fag menginfeksi sel bakteri kemudian penetrasi masuk ke dalam sel
bakteri inang dan menyebabkan kromosom bakteri rusak terpotong-potong
potong menjadi
fragmen-fragmen. Selama
ma maturasi,
maturasi partikel virus, beberapa kepala fag terbungkus
oleh fragmen DNA bakteri. Apabila DNA bakteri yang
yang dibawa fag tadi diintroduksi ke
sel inang baru, segera berintegrasi dengan kromosom bakteri tersebut yang akhirnya
terjadi pemindahan beberapa gen dan satu inang ke sel yang lain.
3. Transformasi
Transformasi adalah proses pengambilan atau pemindahan DNA bebas dan sel
atau potongan DNA yang ada disekitar medium dan bergabung dengan genom
suatu sel. Sejumlah bakteri,
bakte Bacillus, Streptococcus, neisseria dan Haemophilus
aemophilus,
mampu melakukan transformasi di alam. Kemampuan sel eukaniotik mengambil
mengamb
DNA disebut transfection.
Kemampuan sel mengambil DNA sangat tergantung pada sel yang dalam
keadaan kompeten. Kompetensi berkaitan adanya reseptor yang dipakai untuk
menangkap DNA
bebas yang terletak dipermukaan sel. Escherichia coli dapat diinduksi me
menjadi
kompeten dengan menggunakan bahan kimia dan disimpan pada suhu rendah.
Pengambilan dan nasib DNA dan lingkungan tergantung pada jenis mikrobia.
DNA terikat dan ditransfer ke dalam sel mungkin
ungkin dengan urutan spesi
spesifik atau
nonspesifik. Pada umumnya
a potongan DNA yang dapat masuk ke dalam sel adalah
dalam bentuk untai ganda (ds) dan untai tunggal (ss). Haemophilus influenzzae mampu
mengambil ds DNA. DNA tersebut kemudian berintegrasi ke dalam kromosom dan
terjadilah rekombinasi.
Hanya sebagian kecil informasi genetik dapat dipindahkan melalui transformasi.
Ringkasan
1.
Mikrobia mampu menyimpan dan memindahkan informasi genetik ke turunannya
2.
Pewarisan sifat karakteristik mikrobia menunjukkan variasi yang berkaitan dengan
fenotipe dan genotipenya
3.
Perubahan fenotipe disebabkan karena faktor lingkungan (modifikasi)
ikasi) atau
perubahan genom (mutasi)
4.
Mutasi ditinjau dan aras molekuler terdiri dan mutasi titik dan mutasi kerangka
5.
Sel mempunyai ensim yang digunakan untuk memperbaiki DNA yang rusak
6.
Ada tiga cara
ara pemindahan bahan genetik sehingga terjadi rekombinasi bakteri:
•
Konjugasi pemindahan gen yang sangat tergantung pada kontak fisik
langsung dan berlangsung dengan adanya faktor F atau episom (unsur DNA
ekstrakromosom). Unsur DNA ekstrakromosom yang lain adalah
adala plasmid
sebagai faktor pemindah resistensi (faktor R)
•
Transduksi pemindahan gen dan sel donor ke sel resipien melalui bakte
bakteriofag
•
Transformasi : pengambilan DNA bebas oleh set resipientan/ian soal-soal:
soal
1.
Jelaskan apa yang dimaksud dengan konsep gen?
2.
Bagaimana perbedaan antara perubahan fenotipe dan perubahan genotipe
3.
Sebutkan tipe-tipe plasid yang terdapat dalam sel bakteri
4.
Bagaimana perbedaan karakteristik yang terjadi pada pemindahan gen pada
mikrobia
5.
Apa yang dimaksud dengan unsur DNA ekstrakromosom?
6.
Sebutkan fungsi keberadaan unsur-unsur DNA ekstrakromosom
7.
Apa yang dimaksud dengan:
8.
a. Oksotrof
b. Sel HFR
d. transformasi genetik bakteri
e. Episom
Apakah perbedaan antara episom dan plasmid?
c. Plasmid R