PAPER GENETIKA MOLEKULAR REKOMBINASI DI SUSUN GUNA MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH GENETIKA MOLEKULAR JURSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010 OLEH : FITRIA NUR HASANAH M0407034 MUHAMMAD NUR KHOLIS M0407049
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PAPER GENETIKA MOLEKULAR
REKOMBINASI DI SUSUN GUNA MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH GENETIKA MOLEKULAR
JURSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010
OLEH : FITRIA NUR HASANAH M0407034 MUHAMMAD NUR KHOLIS M0407049
2 | R e k o m b i n a s i
BAB I
PENDAHULUAN
Di alam dijumpai adanya variabilitas sifat-sifat genetik yang luas di antara makhluk
hidup. Perbedaan-perbedaan sifat semacam ini menyababkan dikenalnya berbagai kelompok
maklhuk hidup. Variabilitas yang ada dapat disebabkan karena adanya mutasi ataupun
rekombinasi. Pada dasarnya mutasi adalah perubahan structural atau komposisi DNA pada
genom yang dapat menyababkan adanya perubahan fenotipik pada organism yang bersangkutan.
Mutasi biasanya terjadi karena adanya faktor dari luar, misalnya perlakuan dengan senyawa imia
atau perlakuan fisik tertentu. Selain itu juga dapat disebabkan karena adanya kesalahan dalam
proses replikasi DNA.
Disamping mutasi, rekombinasi juga memegang peranan terhhadap adanya variabilitas
genetik dari makhluk hidup adalah rekombinasi. Makhluk hidup yang diturunkan dari suatu
individu tidak selamanya mempunyai sifat-sifat genetik yang sama denga induknya karena
umumnya makhluk hidup turunan (progeny) telah mengalami kombinasi alel antar induk jantan
dan betina sehingga memiliki komposisi genetik yang berbeeda. Perubahn komposisi tersebut
tidak pengaruhi faktor atau pengaruh perlakuan dari luar seperti yang terjadi pada proses mutasi.
Rekombinasi genetik adalah proses pertukaran elemen genetik yang dapat terjadi antara untaian
DNA yang berlainan atau antara bagian-bagian gen yang terletak dalam suatu untaian DNA.
Fungsi dari sistem rekombinasi genetik bervariasi tergantung mekanisme. Beberapa
fungsi dari rekombinasi genetik adalah untuk pemeliharaan perbedaan genetik, sistem perbaikan
DNA khusus, regulasi ekspresi gen tertentu, dan penyusunan kembali genetik yang diprogram
selama perkembangan.
3 | R e k o m b i n a s i
BAB II
PEMBAHASAN
A. Rekombinasi Genetik
Selain mutasi, mekanisme lain yang dapat menyebabkan terjadinya variasi genetik
adalah rekombinasi. Makhluk hidup yang diturunkan dari suatu induk tidak selalu mempunyai
sifat-sifat genetik yang sama dengan induknya karena umumnya makhluk turunan (progeny)
telah mengalami komposisi genetik yang berbeda.
Rekombinasi genetik adalah proses pertukaran elemen genetik yang dapat terjadi antara
untaian DNA yang berlainan (interstrand), atau antara bagian-bagian gen yang terletak dalam
satu untaian DNA (intrastrand). Dalam pengertian yang lebih sederhana, rekombinasi genetik
didefinisikan menjadi penggabungan gen dari satu atau lebih sel ke sel target. Sel yang disisipi
atau dimasuki gen dari luar atau dari sel lain disebut biakan rekombinan.
Rekombinasi artinya bergabungnya dua DNA dari sumber yang berbeda. Rekombinasi DNA
selain dengan proses konjugasi ada proses lain yaitu transformasi, transduksi, yang kemudian
disebut proses paraseksual. Proses paraseksual meliputi:
a. Transformasi
Pemindahan sebagian materi genetik atau DNA atau hanya satu gen bakteri ke bakteri
lain dengan proses fisiologi yang kompleks. Proses ini pertama ditemukan Frederick
Griffith tahun 1982. Contoh bakterinya adalah Streptococcus pnemoniae, Haemophillus,
Bacillus. Diduga transformasi ini merupakan cara bakteri menularkan sifatnya ke bakteri
lain. Misalnya bakteri patogen yang semula tidak kebal antibiotik dapat berubah menjadi
kebal antibiotik karena transformasi.
b. Transduksi
Pemindahan materi genetik dengan perantara virus. 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 partikel transduksi (transducing
particle). Cara ini dikemukakan oleh Norton Zinder dan Jashua Lederberg.
Fungsi dari rekombinasi genetik bervariasi tergantung mekanismenya. Beberapa fungsi
rekombinasi genetik adalah memelihara perbedaan genetik, sistem perbaikan DNA khusus,
4 | R e k o m b i n a s i
regulasi ekspresi gen tertentu, dan penyusunan kembali genetik yang diprogram selama
perkembangan. Secara garis besar ada tiga tipe rekombinasi genetik yang sudah banyak
diketahui, yaitu:
1. Rekombinasi Homolog
Rekombinasi homolog menyebabkan terjadinya pertukaran antarmolekul DNA yang
merupakan homologi urutan nukleotida cukup besar. Ciri khusus rekombinasi homolog
adalah bahwa proses tersebut dapat terjadi setiap titik di daerah homologi. Rekombinasi
terjadi melalui tahap pemotongan untaian DNA yang kemudian diikuti dengan proses
penggabungan kembali. Rekombinasi antar kromosom melibatkan proses pertukaran
secara fisik antara bagian-bagian kromosom. Proses rekombinasi terjadi secara akurat
sehingga tidak ada satupun pasangan basa nukleotida yang hilang atau ditambahkan ke
dalam kromosom rekombinan. Proses pertukaran tersebut menyebabkan terbentuknya
struktur yang dapat terlihat sebagai kiasma (chiasma) pada waktu meiosis. Kiasma
merupakan tempat pemotongan dan penggabungan kembali untai DNA, yaitu ketika dua
kromatid yang berbeda (non-sister chromatids) terpotong dan tergabungkan satu sama
lain. Rekombinasi homolog dimulai ketika dua kromosom homolog terletak berdekatan
satu sama lain sehingga urutan nukleotida yang homolog dapat dipertukarkan. Kontak
antara dua pasang kromosom tersebut, disebut sebagai proses sinapsis, terjadi pada awal
meiosis yaitu pada profase.
2. Rekombinasi Khusus
Berbeda dari proses rekombinasi homolog, rekombinasi khusus hanya terjadi pada
tempat khusus di dalam segmen molekul DNA. Pertukaran materi genetik dilakukan oleh
protein khusus yang mengkatalisis pemotongan dan penggabungan molekul DNA secara
tepat pada tempat terjadinya rekombinasi. Proses rekombinasi semacam ini tidak
tergantung pada protein recA.
Rekombinasi khusus mempunyai beberapa ciri, yaitu:
i. Proses rekombinasi terjadi di tempat khusus pada kedua fragmen DNA,
5 | R e k o m b i n a s i
ii. rekombinasi berlangsung timbal balik (reciprocal), artinya kedua hasil
pertukaran genetik tersebut dapat diperoleh kembali,
iii. rekombinasi terjadi secara konservatif, artinya proses pertukaran genetik
tersebut dilakukan melalui pemotongan dan penyambungan kembali bagian
DNA yang berekombinasi tanpa ada sintesis nukleotida baru, dan
iv. bagian yang mengalami rekombinasi tersebut mempunyai homologi dalam hal
urutan nukleotida.
Proses rekombinasi khusus dimulai dengan terjadinya pemotongan bagian DNA
yang akan berekombinasi pada daerah yang mempunyai homologi sehingga dihasilkan
ujung lekat (sticky end). Kedua ujung lekat pada kedua fragmen DNA yang
berekombinasi tersebut kemudian mengalami pertukaran untai DNA sehingga akan
terbentuk konfigurasi rekombinan.
3. Rekombinasi Meiotik
Rekombinasi meiotik adalah proses rekombinasi yang terjadi pada organisme
eukaryotik pada saat terjadi proses meiosis. Dalam beberapa hal mekanisme rekombinasi
meiotik menunjukkan kemiripan dengan proses rekombinasi homolog pada bakteri
meskipun beberapa tahapan awalnya berbeda. Proses rekombinasi meiotik pada eukariot
dimulai dengan adanya pemotongan dua untai DNA (double-strand break) yang ada
pada salah satu kromosom.
Pada organisme eukariot, rekombinasi genetik terjadi melalui penggabungan seksual
sel telur dan sel sperma. Di dalam proses ini, kromosom sel sperma dan sel telur
mengalami pemotongan pada titik homolog, dari potongan-potongan kromosom dari
kedua sel induk lagi bertukar dan bergabung bersama-sama, menghasilkan gen
kombinasi baru menghasilkan progeny yang mengandung berbagai sifat fenotip yang
diturunkan dari kedua induk. Pemotongan, penyusunan kembali, dan bersatunya gen dan
serangkaian gen selama konjugasi seksual pada eukariot terjadi dengan ketepatan yang
tinggi tanpa mengganggu kerangka pembacaan atau isyarat pada urutan DNA. Pada
bakteri yang tidak menjalani meiosis, rekombinasi genetik terjadi pada seperti konjugasi
antara dua kromosom homologous yang terjadi selama atau segera setelah replikasi.
6 | R e k o m b i n a s i
Rekombinasi genetik yang terjadi pada bakteri dan kapang dapat terjadi melalui proses
berikut.
4. Rekombinasi Alami
Rekombinasi alami terjadi pada organisme eukariot. Proses rekombinasi ini
berlangsung pada saat proses meiosis.Pada gambar di bawah, terlihat bahwa pada fase
profase pada meiosis I, kromosom homolog bersaudara mengalami rekombinasi pada
titik homolog. Daerah terjadinya rekombinasi disebut kiasma. Pada tahap ini terjadi
crossing over sehingga terbentuk kromosom rekombinan.
Gambar Rekombinasi meiosis
5. Rekombinasi Buatan
Rekombinasi buatan dapat dilakukan dengan mnggabungkan gen dari suatu
organisme ke DNA vektor (biasanya plasmid). Rekombinasi buatan ini melibatkan
pemotongan gen yang dinginkan dan menyambungkannya ke DNA plasmid (Gambar ).
Proses pemotongan DNA plasmid dan gen yang diinginkan melibatkan enzim yang
7 | R e k o m b i n a s i
spesifik (contoh enzim EcoR1, enzim yang digunakan sama). selanjutnya gen tersebut
disambungkan ke DNA plasmid dengan menggunakan enzim ligase.
Gambar. Rekominasi Buata (Penyisipan gen ke plasmid)
B. Analisis Genetik
Dalam sejarah perkembangan ilmu genetika, Gregor Mendel dikenal sebagai orang
pertama yang memperkenalkan suatu sistem sederhana untuk menganalisis sifat-sifat genetik
suatu makhluk hidup. Prinsip yang digunakan oleh Mendel cukup sederhana yaitu dengan
membuat persilangan antarbunga Pisum sativum yang mempunyai fenotipe berbeda-beda. Warna
bunga dan kenampakan biji yang muncul dari hasil persilangan tersebut kemudian dijadikan
dasar untuk melakukan analisis matematik. Melalui eksperimen yang dilakukannya, Mendel
kemudian mengajukan konsep mengenai prinsip segregasi. Prinsip ini pada dasarnya
mengatakan bahwa hanya satu alel dari suatu gen yang diturunkan dari sel induk ke sel
keturunannya. Prinsip kedua yang dikemukakan oleh Mendel adalah prinsip pemisahan dan
pengelompokan secara bebas (independent assortment). Prinsip ini pada dasarnya menyatakan
bahwa segregasi suatu pasangan sifat berlangsung secara independen satu sama lain (Campbell
et.al., 2002 )
8 | R e k o m b i n a s i
Prinsip-prinsip yang dikemukakan oleh Mendel kemudian dipergunakan sebagai dasar
analisis genetik pada makhluk-makhluk hidup yang lain, misalnya untuk mengetahui ada atau
tidaknya tautan gen (gene linkage) antara gen-gen pada makhluk renik. Perlu dipahami
bahwahukum Mendel yang kedua yaitu pengelompokan secara bebas hanya berlaku untuk lokus-
lokus yang terletak pada kromosom bukan homolog. Seringkali didapatkan penyimpangan dari
hukum Mendel pada hasil persilangan suatu makhluk karena adanya efek tautan gen. Meskipun
demikian, prinsip-prinsip seperti yang dikemukakan oleh Mendel masih dapat diterapkan sebagai
dasar analisis genetik (Campbell et.al., 2002 )
Analisis genetik merupakan istilah yang digunakan untuk menjelaskan studi baik pada
tingkat morfologi, sel, biokimia, maupun molekuler lainnya (DNA, RNA) untuk menyelidiki