GENETIKA MIKROBA

GENETIKA

MIKROORGANISME

Struktur DNA dan RNA• DNA

DNA (deoxyribonucleic

acid) atau asam

deoksiribosa nukleat

(ADN) merupakan tempat

penyimpanan informasi

genetik.

• Struktur DNA

• DNA merupakan makromolekul polinukleotidayang tersusun atas polimer nukleotida yang berulang-ulang, tersusun rangkap, membentuk DNA haliks gandadan berpilin ke kanan.

• Setiap nukleotida terdiri dari tiga gugus molekul, yaitu :– Gula 5 karbon (2-

deoksiribosa)

– basa nitrogen yang terdiri golongan purin yaitu adenin (Adenin = A) dan guanin (guanini = G), serta golongan pirimidin, yaitu sitosin (cytosine = C) dan timin (thymine = T)

– gugus fosfat

• Susunan struktur kimia komponen penyusun DNA :

– purin ataupun pirimidin yang berkaitan dengan deoksiribosa membentuk suatu molekul yang dinamakan nukleosidaatau deoksiribonukleosida yang merupakan prekursor elementer untuk sintesis DNA.

– Prekursor merupakan suatu unsur awal pembentukan senyawa deoksiribonukleosida yang berkaitan dengan gugus fosfat.

– DNA tersusun dari empat jenis monomer nukleotida.

– Keempat basa nitrogen nukleotida di dalam DNA tidak berjumlah sama rata.Akan tetapi, pada setiap molekul DNA, jumlah adenin (A) selalu sama dengan jumlah timin (T).Demikian pula jumlah guanin (G) dengan sitisin(C)selalu sama.Fenomena ini dinamakan ketentuan Chargaff.

– Adenin (A) selalu berpasangan dengan timin (T) dan membentuk dua ikatan hidrogen (A=T), sedagkan sitosin (C) selalu berpasangan dengan guanin (G) dan membentuk 3 ikatan hirogen (C = G).

REPLIKASI DNA• Replikasi adalah peristiwa

sintesis

• Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai nukleotida baru dari rantai nukleotida lama.Proses komplementasi pasangan basa menghasilkan suatu molekul DNA baru yang sama dengan molekul DNA lama sebagai cetakan.

• Kemungkinan terjadinya replikasi dapat melalui tiga model. – Model pertama adalah model

konservatif, yaitu dua rantai DNA lama tetap tidak berubah, berfungsi sebagai cetakan untuk dua dua rantai DNA baru.

• Model kedua disebut model semikonservatif, yaitu dua rantai DNA lama terpisah dan rantai baru disintesis dengan prinsip komplementasi pada masing-masing rantai DNA lama tersebut.

• Model ketiga adalah model dispersif, yaitu beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama digunakan sebagai cetakan untuk sintesis rantai DNA baru.

RNA

• RNA ( ribonucleic acid ) atau asam ribonukleat merupakan makromolekul yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik.

• RNA sebagai penyimpaninformasi genetik misalnya pada materi genetik virus, terutama golongan retrovirus.

• RNA sebagai penyalur informasigenetik misalnya pada proses translasi untuk sintesis protein.

• RNA juga dapat berfungsi sebagai enzim ( ribozim ) yang dapat mengkalis formasi RNA-nya sendiri atau molekul RNA lain.

• Struktur RNARNA merupakan rantai tunggal polinukleotida.

• Setiap ribonukleotida terdiri dari tiga gugus molekul, yaitu :- 5 karbon- basa nitrogen yang terdiri dari golongan purin (yang sama dengan DNA) dan golongan pirimidin yang berbeda yaitu sitosin (C) dan Urasil (U)- gugus fosfat

• Purin dan pirimidin yang berkaitan dengan ribosa membentuk suatu molekul yang dinamakan nukleosida atau ribonukleosida, yang merupakan prekursor dasar untuk sintesis DNA.

• RNA merupakan hasil transkripsi dari suatu fragmen DNA, sehingga RNA merupakan polimer yang jauh lebih pendek dibandingkan DNA.

Tipe RNA

• RNAdRNAd merupakan RNA yang urutan basanya komplementer dengan salah satu urutan basa rantai DNA.

• RNAd membawa pesan atau kode genetik (kodon) dari kromosom (di dalam inti sel) ke ribosom (di sitoplasma).Kode genetik RNAd tersebut kemudian menjadi cetakan utnuk menetukan spesifitas urutan asam amino pada rantai polipeptida.RNAd berupa rantai tunggal yang relatif panjang.Berikut gambarnya :

• RNAr

RNAr merupakan

komponen struktural

yang utama di dalam

ribosom.Setiap

subunit ribosom terdiri

dari 30 – 46% molekul

RNAr dan 70 – 80%

protein.

• RNAtRNAt merupakan RNA yang membawa asam amino satu per satu ke ribosom.

• Pada salah satu ujung RNAt terdapat tiga rangkaian basa pendek ( disebut antikodon ).Suatu asam amino akan melekat pada ujung RNAt yang berseberangan dengan ujung antikodon.

• Pelekatan ini merupakan cara berfungsinya RNAt, yaitu membawa asam amino spesifik yang nantinya berguna dalam sintesis protein yaitu pengurutan asam amino sesuai urutan kodonnya pada RNAd

Perbedaan antara DNA dan RNA• Berdasarkan penjelasan sebelumnya

kita dapat menyimpulkan beberapa perbedaan antara DNA dengan RNA sebagai berikut :- komponen :Gula pada DNA deoksiribosa , sedangkan RNA adalah ribosaBasa nitrogen : – purin — DNA adalah Adenin dan Guanin, pada RNA adalah Adenin dan Guanin- Pirimidin — DNA adalah Timin dan sitosin, pada RNA adalah Urasil dan sitosin- Bentuk : — DNA berbentuk rantai panjang , ganda, dan berpilin (double heliks)— RNA berbentuk rantai pendek, tunggal, dan tidak berpilin- Letak : — DNA terletak di dalam nukleus, kloroplas, mitokondria– RNA terletak di dalam nukleus, sitoplasma, kloroplas, mitokondria- Kadar : — DNA tetap– RNA tidak tetap

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

• Fungsi primer DNA pada hakikatnya adalah

sebagai sumber perbekalan informasi genetik

yang di miliki oleh sel induk.

Genetika….

• 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 disebut 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.

GENETIKA BAKTERI

• Bakteri tidak mengalami mitosis dan meiosis. Hal ini merupakan perbedaan penting antara bakteri (prokariot) dengan sel eukariot.

• Reproduksi. Bakteri mengadakan pembiakan dengan dua cara, yaitu secara aseksual dan seksual.

• Pembiakan secara aseksual dilakukan dengan pembelahan.

• pembiakan seksual dilakukan dengan cara transformasi, transduksi , dan konjugasi.

• Berikut ini beberapa cara pembiakan bakteri dengan cara rekombinasi genetik dan membelah diri:

Pembelahan Biner

• Pada pembelahan ini,

sifat sel anak yang

dihasilkan sama dengan

sifat sel induknya.

Pembelahan biner mirip

mitosis pada sel eukariot.

Badanya, pembelahan

biner pada sel bakteri

tidak melibatkan serabut

spindle dan kromosom.

• Pembelahan Biner dapat dibagi atas tiga fase, yaitu sebagai berikut:

1. Fase pertama, sitoplasma terbelah oleh sekat yang tumbuh tegak lurus.

2. Fase kedua, tumbuhnya sekat akan diikuti oleh dinding melintang.

3. Fase ketiga, terpisahnya kedua sel anak yang identik. Ada bakteri yang segera berpisah dan terlepas sama sekali. Sebaliknya, ada pula bakteri yang tetap bergandengan setelah pembelahan, bakteri demikian merupakan bentuk koloni.

• Pada keadaan normal bakteri dapat mengadakan pembelahan setiap 20 menit sekali. Jika pembelahan berlangsung satu jam, maka akan dihasilkan delapan anakan sel. Tetapi pembelahan bakteri mempunyai faktor pembatas misalnya kekurangan makanan, suhu tidak sesuai, hasil eksresi yang meracuni bakteri, dan adanya organisme pemangsa bakteri. Jika hal ini tidak terjadi, maka bumi akan dipenuhi bakteri.

Rekombinasi Genetik

• Adalah pemindahan secara langsung bahan genetic (DNA) di antara dua sel bakteri melalui proses berikut:

1. Transformasi

Transformasi adalah perpindahan materi genetik berupa DNA dari sel bakteri yang satu ke sel bakteri yang lain. Pada proses transformasi tersebut ADN bebas sel bakteri donor akan mengganti sebagian dari sel bakteri penerima, tetapi tidak terjadi melalui kontak langsung. Cara transformasi ini hanya terjadi pada beberapa spesies saja, . Contohnya : Streptococcus pnemoniaeu, Haemophillus, Bacillus, Neisseria, dan Pseudomonas. Diguga transformasi ini merupakan cara bakteri menularkan sifatnya ke bakteri lain. Misalnya pada bakteri Pneumococci yang menyebabkan Pneumonia dan pada bakteri patogen yang semula tidak kebal antibiotik dapat berubah menjadi kebal antibiotik karena transformasi. Proses ini pertama kali ditemukan oleh Frederick Grifith tahun 1982.

• 2. Transduksi

• Transduksi adalah pemindahan materi genetik bakteri ke bakteri lain dengan perantaraan virus. Selama transduksi, kepingan ganda ADN dipisahkan dari sel bakteri donor ke sel bakteri penerima oleh bakteriofage (virus bakteri). Bila virus – virus baru sudah terbentuk dan akhirnya menyebabkan lisis pada bakteri, bakteriofage yang nonvirulen (menimbulakan respon lisogen) memindahkan ADN dan bersatu dengan ADN inangnya, Virus dapat menyambungkan materi genetiknya ke DNA bakteri dan membentuk profag. Ketika terbentuk virus baru, di dalam DNA virus sering terbawa sepenggal DNA bakteri yang diinfeksinya. Virus yang terbentuk memiliki dua macam DNA yang dikenal dengan partikel transduksi (transducing particle). Proses inilah yang dinamakan Transduksi. Cara ini dikemukakan oleh Norton Zinder dan Jashua Lederberg pada tahun 1952.

• 3. Konjugasi

Konjugasi adalah bergabungnya dua bakteri (+

dan –) dengan membentuk jembatan untuk

pemindahan materi genetik. Artinya, terjadi

transfer ADN dari sel bakteri donor ke sel bakteri

penerima melalui ujung pilus. Ujung pilus akan

melekat pada sel peneima dan ADN

dipindahkan melalui pilus tersebut. Kemampuan

sel donor memindahkan ADN dikontrol oleh

faktor pemindahan ( transfer faktor = faktor F )

VIRUS

• Virus adalah organisme mikroskopis yang

hanya dapat hidup dan berkembangbiak di

dalam sel hidup.

• Monera adalah organisme bersel satu

yang bersifat prokayotik, yang di dalamnya

mencakup bacteri dan ganggang biru.

GENETIKA VIRUS• Virus berasal dari bahasa latin venom yang berarti racun. Apabila virus

berada di luar sel hidup maka virus dianggap sebagai makhluk tak hidup, tetapi bila berada di dalam sel hidup virus dikatakan sebagai makhluk hidup.

• Virus dikatakan tidak hidup karena virus dapat dikristalkan dan tidak mempunyai protoplasma.

• Virus dikatakan hidup karena virus dapat berkembangbiak dan memiliki materi genetik (ARN/ ADN) yang menyusun tubuhnya.

• Ciri-ciri umum virus :

– Berukuran sangat

kecil (antara 20 - 30

milimikron), sehingga

hanya dapat dilihat

dengan mikroskup

elektron.

– Bentuknya : bulat,

oval, memanjang,

batang dan seperti

huruf T.

– Struktur tubuh :

• kepala , berbentuk

polihedral (segi

banyak)

• kapsid (selaput

pembungkus) yang

disusun oleh protein

• bahan inti/ materi

genetik, yang terdiri

ADN/ ARN saja

• serabut ekor

Reproduksi Virus

• Virus hanya dapat berkembang biak pada sel atau jaringan hidup. Oleh karena itu, virus menginfeksi sel bakteri, sel hewan, atau sel tumbuhan untuk bereproduksi. Cara reproduksi virus disebut proliferasi atau replikasi.

• Pada Bakteriofage reproduksinya dibedakan menjadi dua macam, yaitu daur litik dan daur lisogenik.

• Pada daur litik, virus akan menghancurkan sel induk setelah berhasil melakukan reproduksi, sedangkan pada daur lisogenik, virus tidak menghancurkan sel bakteri tetapi virus berintegrasi dengan DNA sel bakteri, sehingga jika bakteri membelah atau berkembangbiak virus pun ikut membelah.

• Pada prinsipnya cara perkembangbiakan virus pada hewan maupun pada tumbuhan mirip dengan yang berlangsung pada bakteriofage, yaitu melalui fase adsorpsi, sintesis, dan lisis.

Daur Litik

• Adsoprsi, pada tahap ini virus melekat pada dinding sel inang.

• Penetrasi, pada tahap ini virus memasukkan materi genetiknya ke dalam tubuh sel inang.

• Replikasi, pada tahap ini materi genetik sel bereplikasi mengikuti materi genetik virus.

• Sintesis, pada tahap ini materi genetik sel membentuk bagian-bagian tubuh virus.

• Perakitan, pada tahap ini bagian-bagian tubuh virus tersusun membentuk tubuh virus yang utuh.

• Lisis, pada tahap ini tubuh-tubuh virus yang baru memecah dinding sel inang dan keluar.

Daur Lisogenik

• Adsorpsi dan penetrasi sama seperti pada daur litik.

• Profage/penyisipan, pada tahap ini virus menyisipkan materi genetiknya ke dalam materi genetik sel inang.

• Pembelahan sel, pada tahap ini sel inang membelah diri seperti biasa. Bedanya materi genetik sel inang sudah tersisipi materi genetik virus.

• Pemisahan, pada daur lisogenik, sewaktu-waktu materi genetik virus yang telah tersisipi bisa lepas dari materi genetik sel inang. Misalnya jika terkena radiasi pada sel inang. Jika materi genetik virus terpisah dari materi genetik sel inang, virus kemudian memasuki daur litik yaitu tahap replikasi.

Beberapa perbedaan daur litik dan lisogenik:

– Siklus/daur litik• Waktu relatif singkat

• Menonaktifkan bakteri

• Berproduksi dengan bebas tanpa terikat pada kromosom bakteri

– Siklus/daur lisogenik• Waktu relatif lama

• Mengkominasi materi genetic bakteri dengn virus

• Terikat pada kromosom bakteri

• Virus dapat berkembangbiak dalam sel bacteri, sel hewan dan sel tumbuhan tingkat tinggi. Karena itu virus dapat dibedakan :

1. Virus bacteri : virus yang dapat berkembangbiak pada sel bacteri, asam nukleat virus ini umumnya ADN

2. Virus tumbuhan : virus yang dapat berkembangbiak pada sel tumbuhan tingkat tinggi, asam nukleat virus ini umumnya ARN

3. Virus hewan : virus ini dapat berkembangbiak pada sel hewan atau manusia, asam nukleat virus ini umumnya ADN atau ARN

Peranan virus dalam kehidupan

manusia : a. Menguntungkan :

Dengan berkembangnya rekayasa genetika, virus banyak dipakai dalam penelitian dan percobaan kedokteran. Bahkan virus banyak digunakan untuk mengobati penyakit menular dan untuk membuat peta kromosom.

b. Merugikan :

Pada manusia :

- Cacar (voricella)

- Polio melitis

- Influenza

- Morbili (campak)

- Rabies (gila anjing)

- Trakom (radang selaput mata)

- Demam kuning (yellow fever)

- Demam berdarah

- Gondongan (parototis)

- Leukemia

- Menginitis (radang selaput otak)

- Rubella

- Herpes simpleks (penyebab sakit cacar air, infeksi genital dan kanker)

- Kanker

- AIDS oleh HIV

- Ebolla

- H5N1

• Pada hewan :- Rabies pada anjing, monyet, kucing.

- NCV (Newcaste Disease Virius atau tetelo) pada ayam.

- Parrot fever (pada unggas).

- Foot and mouth disease (penyakit kuku dan mulut) pada sapi dan kerbau.

- Parrot fever pada unggas.

• Pada tumbuhan : - Mozaik atau bercak kuning pada tembakau (Tobacco Mozaic Virus),

mentimun (Cucumber Mozaic), buncis (Bean cane mozaic dan Bean mozaic), gandum (Wheat mozaic), tebu (Sugar cane mozaic).

- CVPD ( Citrus Vien Phloem Degeneration) menyerang pada pembuluh tapis jeruk.

- Tungro , kekerdilan pada padi.

- Potato yellow dwarf pada kentang.

- Tobacco necrosis pada tembakau.