1 mol of 16S

Filogenetik
Siti K. Chaerun
Komponen makromolekul (E. coli)
(Molekul per sel; proportion of dry cell mass)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Wall: 1 (10%)
Membrane: 2 (10%)
DNA: 1 (1.5%)
mRNA: 1500 (1%)
tRNA: 200,000 (3%)
rRNA: 38,000 (16%)
Ribosomal protein: 106 (9%)
Soluble protein: 2 X 106 (46%)
Small molecules: 7.5 x 106 (3%)
•
•
•
•
•
•
•
•
1 bp = 660 gr/mol
1 16S RNA gene = 1500 bp
1 rRNA gene = 1500 bp x 660 gr/mol
= 990,000 g/mol
~ 1,000,000 g/mol
Dalam genome - 1:1000 adalah rRNA
Untuk genomic DNA  1 mol of 16S rRNA per 106 g x 1000
•
•
•
•
1 ng = 1 mol of 16S x 10-9 g = 10-18 mol.
109 g
= 10-18 mol x 6.22 x 1023 molekul/mol
~ 6 x 105 molekul/ (per ng of genomic DNA)
1 mol of 16S per 109 g of genomic DNA
• Molekul = gene
• Ribosom adalah partikel ribonucleoprotein
yang besar yang mengandung RNA lebih
dari padapada protein dan terbagi dalam
subunit besar dan kecil sbb:
Ribosomes
Subunits
50S
Prokariot
70S
66% RNA
30S
60S
Eukariot
80S
60% RNA
40S
rRNAs
23S = 2904 bases
5S = 120 bases
16S = 1541 bases
28S = 4718 bases
5.8S = 160 bases
SS = 120 bases
18S = 1874 bases
Proteins
31
21
49
33
Filogenetik
• Filogenetik?
– Sistematik molekuler: menggunakan data
molekuler untuk menyimpulkan hubungan
antara organisma. Contohnya menggunakan
RNA untuk membuat pohon filogentik untuk
melihat hubungan antara organisma tersebut.
– Evolusi molekuler: menggunakan pohon
filogentik untuk menyimpulkan molekul,
protein dan gen berkembang (insertion,
deletions, substitutions)
Asumsi yang dibuat dalam
algoritma filogenetik
• Sekuen harus benar
• Sekuen harus homolog (diturunkan dari satu
nenek moyang)
• Sikuen harus memikili sejarah yang sama
• Setiap posisi harus homolog
• Sampling taxa atau gen harus cukup untuk
memecahkan permasalahan
• Variasi sekuen harus representatif dari kelompok
yang luas
• Setiap sekuen harus berkembang bebas
Algorithms: definition
Webster’s definition:
“a procedure for solving a mathematical problem in a
finite number of steps that frequently involves a
repetition of an operation; or broadly: a step-bystep procedure for solving a problem or
accomplishing some end”
In our case, the algorithm MUST reflect the
biology!
Similarity and Homology
• Similarity is a measure of “sameness”. It is expressed as a
percentage, and it does not imply any reasons for the
observed sameness, it is simply a measure of the observed
likeness.
• Homology is an evolutionary term used to describe
relationship via descent from a common ancestor.
Homologous things are often similar, but not always, for
example the flipper of a whale and your arm, or the DNA
sequence for Actin in humans and chickens. Homology is
NEVER expressed as a percent, either you are related or
you aren’t.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/
Filogentika Molekuler
• Mengkombinasikan teknik biologi molekuler
dengan statistik untuk merekonstruksi hubungan
filogenetika
• Pemikiran dasar penggunaan sekuen DNA
dalam studi filogenetika adalah bahwa terjadi
perubahan basa nukleotida menurut waktu,
sehingga akan dapat diperkirakan kecepatan
evolusi yang terjadi dan akan dapat
direkonstruksi hubungan evolusi antara satu
kelompok organisma dengan yang lainnya.
Alasan menggunakan sekuen DNA
• DNA merupakan unit dasar informasi yang
mengkkode organisma
• Relatif mudah untuk mengekstrak dan
menggabungkan informasi mengenai proses
evolusi suatu kelompok organisma sehingga
mudah untuk dianalisis
• Peristiwa evolusi secara komparatif mudah
untuk dibuat model
• Menghasilkan informasi yang banyak dan
beragam sehingga akan ada banyak bukti
tentang kebenaran suatu hubungan filogenetika
Mengapa sikuen DNA dijadikan
karakter dalam filogenetika?
• Sikuen DNA menawarkan data yang akurat
melalui pengujian hommologi yang lebih baik
terhadap karakter –karakter yang ada
• Sikuen DNA menyediakan banyak “character
states” karena perbedaan laju perubahan basabasa nukleotida di dalam lokus yang berbeda
adalah besar
• Sikuen DNA telah terbukti menhasilkan sebuah
hubungan kekerabatan yang lebih alami
(natural)
Tahapan dalam analisis filogenetika
molekuler
• Sequences alignment
• Rekonstruksi pohon filogenetika
• Evaluasi pohon filogenetika