BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar
Belakang
Ilmu genetika mendefinisikan dan
menganalisis keturunan atau konstansi dan perubahan
pengaturan dari berbagai fungsi fisiologis yang membentuk karakter organisme.
Unit keturunan disebut gen yang merupakan suatu segmen DNA yang nukleotidanya
membawa informasi karakter biokimia atau fisiologis tertentu. Pendekatan
tradisional pada genetika telah mengidentifikasikan gen sebagai dasar
kontribusi karakter fenotip atau karakter dari keseluruhan stuktural dan
fisiologis dari suatu sel atau organisme, karakter fenotif seperti
warna mata pada manusia atau resistensi terhadap antibiotik pada bakteri, pada
umumnya di amati pada tingkat organisme. Dasar kimia untuk variasi dalam fenotif atau
perubahan urutan DNA dalam suatu gen atau dalam organisasi gen.
Penelaahan tentang genetika pertama
kali dilakukan oleh seorang ahli botani bangsa Austria, Gregor Mendel pada tanaman kacang polongnya. Pada tahun
1860-an ia menyilangkan galur-galur kacang polong dan mempelajari
akibat-akibatnya. Hasilnya antara lain terjadi perubahan-perubahan pada
warna,bentuk, ukuran, dan sifat-sifat
lain dari kacang polong tersebut. Penelitian
inilah ia mengembangkan hukum-hukum dasar kebakaan. Hukum kebakaan berlaku umum
bagi semua bentuk kehidupan. Hukum-hukum mendel berlaku manusia dan juga
organisme percobaan dahulu amat populer dalam genetika, yakni lalat buah Drosophila.
Namun sekarang, percobaan-percobaan ilmu kebakaan dengan menggunakan bakteri Escherichia
coli. Bakteri ini dipilih karena paling mudah dipelajari pada taraf
molekuler sehingga merupakan organisme pilihan bagi banyak ahli genetika. Hal
ini membantu perkembangan bidang genetika mikroba. Jasad renik yang di pelajari
dalam bidang genetika mikroba meliputi bakteri, khamir, kapang, dan virus.
Genetika mikroba tradisional
terutama berdasarkan pada pengamatan atau observasi perkembangan secara luas.
Variasi fenotif telah diamati berdasar kemampuan gen untuk tumbuh dibawah
kondisi terseleksi, misalnya bakteri yang mengandung satu gen yang resisten terhadap
ampisilin dapat dibedakan dari bakteri kekurangan gen selama pertumbuhannya
dalam lingkungan yang mengandung antibiotik sebagai suatu bahan penyeleksi.
Catatan bahwa seleksi gen memerlukan ekspresinya dibawah kondisi
yang tepat dapat diamati pada tingkat fenotif. Genetika bakteri mendasari
perkembangan rekayasa genetika, suatu teknologi yang bertanggung jawab terhadap
perkembangan di bidang kedokteran.
I.2 Rumusan
Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas
maka dapat diambil rumusan masalah sebagai berikut:
- Apa pengertian dari genetika bakteri ?
- Apa saja komponen yang menyusun genetika dari bakteri ?
I.3 Tujuan
Penulisan
Penulisan ini betujuan untuk
mengetahui pengertian dari genetika bakteri dan komponen apa sajakah yang
menyusun genetika bakteri. Genetika merupakan bagian yang
sangat penting dalam kehidupan bakteri. Tanpa adanya faktor genetika ini,
kelanjutan spesies bakteri yang bersangkutan tentu sangat dipertanyakan. Oleh
karena pentingnya masalah ini, kelompok kami mencoba untuk membahas dan mempresentasikannya
pada presentasi kali ini.
Adapun terdapat beberapa tujuan dari
pengambilan materi genetika bakteri ini, antara lain adalah:
Ø untuk
menambah wawasan dan pengetahuan penulis mengenai faktor genetika bakteri.
Ø Penulis
mendapat banyak pengetahuan tentang bagaimana genetika bakteri dapat berpindah
dari satu sel ke sel lainnya.
Ø Penulis
dapat mengetahui lebih dalam bagaimana suatu sel bakteri dapat mengalami proses
mutasi dan menjadi mutagen dalam kesehariannya.
Semua
tujuan-tujuan ini diharapkan dapat tercapai setelah terwujudnya laporan makalah
ini. Selain itu, pengetahuan-pengetahuan yang penulis dapat dari pembahasan
materi ini bisa menjadi wawasan awal yang dapat penulis ambil dan kembangkan
menjadi pengetahuan yang lebih tinggi lagi berikutnya.
I.4 Manfaat
penulisan
Penulisan ini memberikan beberapa
manfaat. Aspek akademis memberikan informasi ilmiah kepada masyarakat tentang
pengertian dari genetika bakteri serta komponen apa sajakah yang menyusun
genetika bakteri. Mengetahui genetika dari mikroorganisme serta kompoen
penyusunnya maka dapat membuat mikoorganisme yang mempunyai kualitas yang sama
yang digunakan dalam industri dengan memanfaatkan genetika dari mikroorganisme
yang mempunyai sifat unggul.
I.5 metode
penulisan
Dalam pembahasan materi “Genetika
Bakteri” ini, penulis menggunakan metode kepustakaan untuk mendapatkan bahan
materi yang menyeluruh. Kepustakaan yang penulis gunakan tak hanya memakai
beberapa buku untuk menjadi sumber acuan. Akan tetapi, penulis juga mencari
bahan dari internet baik berupa materi maupun gambar yang dapat melengkapi
pembahasan materi sebelumnya
BAB II
PEMBAHASAN
II. 1 Struktur DNA
Pada tahun 1953,
Frances Crick dan James Watson menemukan model molekul DNA sebagai suatu
struktur heliks beruntai ganda, atau yang lebih dikenal dengan heliks ganda
Watson-Crick.
Informasi genetika disimpan sebagai
suatu urutan basa pada DNA. Kebanyakan molekul DNA adalah rantai ganda, dengan
basa-basa komplementer (A-T; G-C) berpasangan menggunakan ikatan hidrogen pada
pusat molekul. Sifat komplementer dari basa memungkinkan satu rantai (rantai
cetakan, template) menyediakan informasi untuk salinan atau ekpresi
informasi pada suatu rantai yang lain (rantai penyandi).
Pasangan-pasangan
basa tersusun dalam bagian pusat double helix DNA dan menentukan
informasi genetiknya. Setiap empat basa diikatkan pada phosphor-2-deoxyribose
membentuk suatu nukleotida. Setiap nukleotida dibentuk dari
tiga bagian yaitu:
1) Sebuah
senyawa cincin yang mengandung nitrogen, disebut basa nitrogen. Dapat berupa
purin atau pirimidin.
2) Sebuah
gugusan gula yang memiliki lima karbon (gula pentosa), disebut deoksiribosa.
3) Sebuah
molekul fosfat.
Bagian-bagian
tersebut terhubungkan bersama-sama dalam urutan basa
nitrogen-deoksiribosa-fosfat.
Purin
dan pirimidin yang membentuk nukleotida, masing-masing memiliki dua macam basa
:
1) Purin
yaitu adenine dan guanine,
2) Pirimidin
yaitu cytosine dan thymine.
Karena
ada empat jenis basa, maka pada DNA dijumpai empat jenis nukleotida :
1) Deoksiadenosin-5’-monofosfat
(adenine + deoksiribosa + fosfat),
2) Deoksiguanosin-5’-monofosfat
(guanine + deoksiribosa + fosfat),
3) Deoksitidin-5’-monofosfat
(cytosine + deoksiribosa + fosfat),
4) Timidin-5’-monofosfat
(thymine + deoksiribosa + fosfat).
Keempat jenis
nukleotida ini dihubungkan menjadi utasan polinukleotida DNA oleh ikatan-ikatan
fosfodiester, yaitu setiap gugusan fosfat menghubungkan atom karbon nomor 3
pada deoksiribosa sebuah nukleotida dengan atom karbon nomor 5 pada
deoksiribosa nukleotida berikutnya, dengan gugusan fosfat terletak di luar
rantai. Hasilnya ialah suatu rantai yang mengandung gugusan fosfat
berselang-seling dengan gugusan deoksiribosa dan basa-basanya yang mengandung
nitrogen menonjol dari gugusan. Ikatan-ikatan hidrogen menghubungkan basa dari
satu rantai ke rantai yang lain. Muatan negatif phosphodiester
backbone dari DNA berhadapan dengan pelarut, dan muatan ini tersusun
sepanjang struktur linear dari molekul. Panjang molekul DNA pada umumnya
tersusun dalam ribuan pasang DNA ribuan pasang basa, atau kilobase pavis
(kbp). Suatu kromosom Eshericia coli memiliki 4639 kbp. Panjang
keseluruhan kromosom E.coli diperkirakan I nm. Oleh karena keseluruhan
dimensi sel bakteri diperkirakan 1000 kali lebih kecil dari pada panjangnya
tersebut sehingga terbentuk lipatan yang melipat lagi atau supercoiling,
menyusun struktur fisik dari molekul in vivo.
|
|
Presentase basa nitrogen
|
|||
|
Adenin
|
Sitosin
|
Guanin
|
Timin
|
|
|
Kamir (yeast)
|
32
|
18
|
18
|
32
|
|
Mycrobacterium tuberculosis
|
16
|
34
|
34
|
16
|
|
Manusia
|
131
|
19
|
19
|
131
|
Antara setiap
pasangan Adenin-Timin
terbentuk dua ikatan hidrogen (A=T), sedangkan antara setiap pasangan Guanin-Sitosin terbentuk tiga ikatan hidrogen
(G≡C). Akibat dari pembentukan pasangan-pasangan tersebut ialah bahwa kedua
utasan heliks DNA bersifat anti-paralel, yang berarti bahwa setiap utas menuju
arah yang berlawanan sehingga yang satu diakhiri dengan gugusan hidroksil-3’
bebas dan yang lain dengan gugusan fosfat-5’.
II. 2 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.
Pada bakteri,
unit herediternya disebut genom bakteri. Genom bakteri lazimnya disebut sebagai
gen saja. Gen bakteri biasanya terdapat dalam molekul DNA (asam
deoksirinukleat) tunggal, meskipun dikenal pula adanya materi genetik di luar
kromosom (ekstra kromosomal), yang di sebut plasmid, yang tersebar luas dalam
populasi bakteri. Meskipun bakteri bersifat haploid, transimisi gen dari satu
generasi ke generasi berikutnya berlangsung secara linier, sehingga pada setiap
siklus pembelahan sel, sel anaknya menerima satu set gen yang identik dengan
sel induknya.
Kromosom
bakteri yang terdiri dari DNA mempunyai berat lebih kurang 2-3% dari berat kering satu sel. Dengan
mikroskop elektron, DNA tampak sebagai benang-benang fibriler yang menempati
sebagian besar dari volume
sel. Molekul DNA bila diekstraksi dari sel bakteri biasanya mempunyai bentuk
yang sirkuler, dengan panjang kira-kira 1 mm. DNA ini mempunyai berat molekul
yang tinggi karena terdiri dari heteropolimer dari deoksiribonukleotida purin
yaitu Adenin dan Guanin dan deoksiribonukleotida pirimidin yaitu Sitosin dan
Timin.
Watson dan
Crick, dengan sinar X menemukan bahwa struktur DNA terdiri dari dua rantai
poliribonukleotida yang dihubungkan satu sama lain oleh ikatan hidrogen antara
purin di satu rantai dengan pirimidin di rantai lain, dalam keadaan
antiparalel, dan disebut sebagai struktur double helix. Ikatan
hidrogen ini hanya dapat menghubungkan
Adenin (6 aminopurin) dengan Timin (2,4 dioksi 5 metil pirimidin) dan antara
Guanin (2 amino 6 oksipurin) dengan Sitosin (2 oksi 4 amino pirimidin).
Singkatnya pasangan basa pada suatu sekuens DNA adalah A-T dan S-G. Karena
adanya sistem berpasangan demikian, maka setiap rantai DNA dapat dijadikan
cetakan/template untuk membangun rantai DNA yang komplementer. Waktu
terjadinya proses replikasi DNA dalam pembelahan sel, molekul DNA dari sel
anaknya terdiri dari satu rantai DNA yang komplememter tapi dibuat baru, dengan
kata lain, pemindahan materi genetik dari satu generasi ke generasi berikutnya
adalah dengan cara semikonservatif.
Fungsi primer
DNA pada hakikatnya adalah sebagai sumber perbekalan informasi genetik yang dimiliki
oleh sel induk. Proses replikasi di kerjakan dengan amat lengkap sehingga sel anaknya mendapatkan pula
informasi genetik yang lengkap, sehingga terjadi kesetabilan genetik dalam
suatu populasi mikroorganisme. Satu benang kromosom biasanya terdiri dari
lima juta pasangan basa dan
terbagi atas segmen atau sekuens
asam amino tertentu yang akan
membentuk stuktur protein.
Protein ini kemudian menjadi enzim-enzim, komponen membran sel dan struktur sel
yang lain yang secara keseluruhan menentukan karakter dari sel itu.
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 diseut transkripsi. Jadi pada transkripsi DNA, terbentuk satu rantai
RNA yang komplementer dengan salah satu rantai double helix dari DNA.
2. Secara
enzimatik asam amino akan teraktifasi dan ditransfer 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.
II. 3 DNA Bakteri
Bakteri
memiliki kekurangan unsur-unsur yang mengacu pada stuktur komplek yang terlibat
dalam pemisahan kromsom-kromosom eukariota menjadi nukleid anak yang berbeda.
Replikasi dari DNA bakteri dimulai pada satu titik dan bergerak ke semua arah.
Dalam prosesnya, dua pita lama DNA terpisah dan digunakan sebagai model untuk
mensistensiskan pita-pita baru (replikasi semikonservatif). Strukur dimana dua
pita terpisah dan sintesis baru terjadi disebut sebagai percabangan replikasi.
Replikasi kromosom bakteri sangat terkontrol, dan kromosom tiap sel yang tumbuh
berkisar antara satu dan empat. Beberapa plasmida bakteri bias memiliki sampai
30 tiruan dalam satu sel bakteri, dan mutasi yang menyebabkan kontrol
bebas dari relikasi plasmida bahkan bias menghasilkan tiruan yang lebih banyak.
Replikasi
pita DNA ganda sirkular dimulai
pada locus ori dan membutuhkan
interaksi dengan beberapa protein. Dalam E coli, replikasi
kromosom berakhir pada suatu tempat yang disebut “ter“. Dua kromosom
anak terpisah, atau terpecah sebelum pembagian sel, sehingga tiap-tiap
keturunan memiliki satu DNA anak. Hal ini dapat disempurnakan dengan bantuan
topoisomerase atau melakukan pengkombinasian. Proses serupa yang mengacu pada
replikasi DNA plasmida, kecuali pada beberpa kasus, replikasinya adalah tidak
terarah.
Transposon
tidak membawa informasi genetika yang dibutuhkan untuk memasangkan replikasi
sendiri terhadap pembagian sel, sehingga perkembangbiakannya tergantung pada
penyatuan fisiknya dengan replika bakteri. Penyatuan ini dibantu oleh kemampuan
transposon untuk membentuk tiruannya sendiri, yang mungkin disisipkan dalam
replika yang sama atau mungkin disatukan pada replika lainnya. Spesifisitas
dari rangkaian pada bagian sisipan biasanya rendah, sehingga transposon kadang
cenderung menyisip dalam sistem acak. Sebagian besar plasmida ditransfer antar
sel-sel bakteri, dan penyisipan dari sebuah transposon ke dalam suatu plasmida
bisa menyebabkan penyebaran dalam sebuah populasi.
II. 4 Replikasi DNA
Sintesis perbanyakan bahan genetik
seperti DNA, dilakukan melalui proses yang disebut replikasi. Replikasi dapat dikatakan merupakan reaksi kimia yang
mencirikan proses kehidupan. Melalui suatu replikasi, senyawa kimia dapat
membentuk dirinya untuk menghasilkan senyawa baru yang mirip dengan dirinya.
Replikasi hanya terjadi pada asam nukleat, DNA atau RNA. Molekul asam nukleat
yang mampu bereplikasi disebut replikon. Tidak ditemukan senyawa lain yang
sintesisnya dilakukan melalui replikasi.
Pada
sel, replikasi DNA terjadi sebelum pembelahan sel. Prokariota terus-menerus
melakukan replikasi DNA. Pada eukariota, waktu terjadinya replikasi DNA
sangatlah teratur, yaitu pada fase S daur sel, sebelum mitosis atau meiosis I.
Penggandaan tersebut memanfaatkan enzim DNA polimerase yang membantu
pembentukan ikatan antara nukleotida-nukleotida penyusun polimer DNA. Proses
replikasi DNA dapat pula dilakukan in vitro dalam proses yang disebut reaksi
berantai polimerase (PCR). Dengan demikian, setiap sel yang melakukan mitosis
akan dihasilkan 2 sel anak yang memilki DNA lengkap sama persis dengan yang
dimiliki induknya.
II. 4. 1 Biosintesis Nukleotida
Sebelum rantai polinukleotida DNA dapat disintesis oleh
bakteri atau organisme lain, harus tersedia sekumpulan nukleotida seluler. Pada
bakteri tertentu, nukleotida harus disuplai dalam medium dalam bentuk jadi.
Pada bakteri lain dapat mensintesis nukleotida dari nutrien yang sederhana,
seperti glukosa, ammonium sulfat, dan mineral. Perubahan nutrien sederhana
menjadi nukleotida bagi sintesis DNA menyangkut sederetan reaksi yang rumit,
beberapa di antaranya membutuhkan energi berupa ATP. Salah satu dari reaksi-reaksi
ini ialah pembentukan bentuk teraktivasi nukleotida bagi sintesis rantai
polinukleotida DNA berutasan ganda:
Nukleotida + ATP
kinase à nukleotida-fosfat + ADP
Nukleotida-fosfat +
ATP kinase à nukleotida-difosfat + ADP
Energi dalam bentuk ATP disediakan. Pada setiap
nukleotida teraktivasi terikat dua gugusan fosfat yang berasal dari peruraian
dua ATP.
Berdasarkan struktur DNA heliks ganda (double helix),
timbul tiga hipotesis mengenai pola replikasi DNA. Ketiga
hipotesis tersebut adalah:
1.
Semikonservatif
Menurut
hipotesis replikasi secara semi-konsevatif, setiap utas DNA menjadi cetakan
bagi pembentukan utas baru, sehingga pada akhir proses replikasi akan ditemukan
dua utas ganda yang masing-masing mengandung satu utas baru dan satu utas lama.
2.
Konservatif
Menurut hipotesis replikasi secara konservatif, rantai
polinukleotida induk tidak berpisah dan dua utas dari dua utas ganda DNA secara
bersama-sama membentuk dua utas ganda baru, sehingga akan dihasilkan dua utas
ganda baru dan dua utas ganda lama.
3.
Dispersif
Menurut hipotesis replikasi secara
dispersif, rantai polinukleotida induk putus-putus kemudian memisah dan
akhirnya membentuk rangkaian baru yang terdiri dari campuran antara potongan
dari pasangan nukleotida lama dan potongan dari polinukleotida yang baru
disintesis.
II. 4. 2 Regulasi Replikasi DNA
Kromosom suatu bakteri yang khas ialah sebuah molekul DNA
berutasan-ganda, yang mempunyai berat molekul kira-kira 2,5 x 109
Dalton (satu Dalton sama dengan massa satu atom hidrogen). Jumlah pasangan
basanya kurang lebih 4 x 106. Bila kromosom tersebut ditarik secara
linier dalam bentuk heliks-ganda, ukurannya akan mencapai kira-kira 1,25 mm,
yaitu beberapa ratus kali lebih panjang daripada sel bakteri yang memilikinya.
a.
Replikasi mensyaratkan
situs awal
Syarat pertama agar suatu DNA
dapat bereplikasi ialah bahwa pada DNA tersebut terdapat situs awal replikasi.
Hasil pengamatan terhadap kromosom E.coli memperlihatkan bahwa replikasi
selalu dimulai dari titik awal tertentu (Cairns, 1963). Situs awal replikasi
dikenal dengan istilah titik ori (singkatan dari origin of
replication). Pada kromosom bakteri diketahui hanya ada satu titik ori,
sedangkan pada kromosom eukariot terbukti mempunyai banyak titik ori. DNA yang
tidak mempunyai titik ori tidak akan dapat bereplikasi.
b.
Replikasi memerlukan
untaian ganda
Persyaratan kedua untuk dapat
berlangsungnya proses replikasi ialah bahwa asam nukleat harus berada dalam
bentuk untaian ganda. Hal ini telah diuraikan oleh Watson dan Crick (1953),
yaitu bahwa implikasi genetik dari heliks ganda ialah memungkinkan pembentukan
DNA baru secara swaproduksi (replikasi). Adanya dua untai polinukleotida serta
per pasangan antiparalel antara basa-basanya akan mendukung proses replikasi, yaitu
setiap untaian akan menjadi model bagi pembentukan untai pasangannya. Bukti
bahwa untai ganda menjadi syarat dalam replikasi dapat dilihat pada DNA virus
yang sedang bereplikasi. Virus mempunyai genom bervariasi, baik beruntai ganda
maupun tunggal, tetapi pada saat bereplikasi virus selalu berada dalam keadaan
untai ganda.
c.
Replikasi
DNA mengikuti pola hipotesis semikonservatif
Untuk dapat terjadi proses
replikasi seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, Watson dan Crick mengajukan
suatu usulan pola replikasi DNA yang disebut pola semikonservatif. Pola
konservatif mula-mula dibuktikan oleh Mathew Maselson dan Francis Stahl yang
bekerja dengan E.coli yang telah menggunakan teknik radio isotop,
sentrifugasi, dan spektrofotometer. Dengan pola semikonservatif ini akan
terpenuhi dua hal. Pertama, fungsi pewarisan dalam replikasi satu utasan DNA.
Kedua, fungsi pemeliharaan sifat, yaitu struktur DNA yang baru akan sama dengan
struktur DNA sebelumnya.
d.
Sintesis
DNA mempunyai arah pertumbuhan 5’ à 3’
Molekul nukleotida dalam keadaan
bebas akan terbentuk nukleotida tripospat. Dalam proses sintesis DNA, dua
nukleotida digabungkan satu dengan yang lainnya dengan cara merangkaikan karbon
gula kelima (C5) yang mengandung fosfat dari satu nukleotida kepada karbon gula
ketiga (C3) yang mengandung –OH dari nukleotida lain dan membentuk ikatan 5’-3’
fosfodieter.
e.
Replikasi berjalan
secara bertahap
Dalam proses replikasi terjadi dua
proses. Pertama, pelepasan heliks ganda menjadi untai tunggal dan membentuk
cabang replikasi. Kedua, sintesis rantai baru dengan menggunakan untaian
tunggal tersebut sebagai model. Pada situs awal replikasi, enzim DNA polimerase
akan memutus pilinan heliks ganda menjadi dua untaian tunggal. Dalam proses ini
akan terbentuk struktur huruf Y, titik persimpangannya disebut titik tumbuh.
Replikasi bergerak berurutan dari titik tumbuh, baik pada satu arah (replikasi
satu arah) atau dua arah (replikasi dua arah). Situs awal dan titik tumbuh
terikat pada membran sel dan dari sinilah kedua utasan diduplikasi.
Masing-masing utasan mempunyai urutan basa pada utasan-utasan DNA yang
mula-mula.
f.
Sintesis DNA bersifat
tidak sinambung
Utasan-utasannya
direplikasi dalam bentuk segmen-segmen kecil yang disebut fragmen Okazaki,
dengan arah 5’ ke 3’. Fragmen-fragmen ini kemudian digabungkan menjadi satu
oleh enzim DNA ligase.
Inisiasi
(pengawalan) replikasi DNA membutuhkan suatu pancingan, yaitu sepotong pendek
RNA yang disintesis oleh RNA polimerase dan komplementer terhadap DNA. Dengan
adanya pemula ini, DNA polimerase dapat mulai mensintesis deoksiribonukleotida.
Sekali pancingan mengena, DNA polimerase lalu mencerna RNA tersebut dan
menggantikannya dengan DNA. Berpartisipasinya RNA sebagai pancing tampaknya
ekstensif karena setiap fragmen Okazaki juga mengandung sebagian RNA sebagai
pancing.
II. 5 Perpindahan Gen
Perpindahan
gen merupakan suatu kegiatan yang dilakukan bakteri dengan mengirimkan
informasi genetik (DNA) dari sel donor ke sel resipien. Kegiatan perpindahan
gen ini ada tiga yakni :
- Transformasi
- Konjugasi
- Transduksi
II. 5. 1 Transformasi
Transformasi pertama kali ditemukan oleh
Frederick Griffith pada tahun 1928. Dia mempelajari transformasi satu tipe Streptococcus
pneumoniae menjadi tipe yang berbeda. S. pneumoniae dibagi menjadi
100 tipe lain yang berbeda atas dasar perbedaan kimia pada kapsulnya. Jadi,
tipe 1 menghasilkan kapsul yang berbeda dengan tipe 2, dan seterusnya.
Transformasi
ialah proses pemindahan DNA bebas sel yang mengandung sejumlah informasi
genetik (DNA) dari satu sel ke sel lainnya. DNA tersebut diperoleh dari sel donor melalui lisis sel
alamiah atau dengan cara ekstraksi kimiawi. Begitu fragmen DNA dari sel donor
tertangkap oleh sel resipien, maka terjadilah rekombinasi.
- Sarana penting dalam rekayasa genetika.
- Memetakan kromosom bakteri.
- Bermanfaat dalam penelitian-penelitian genetik bakteri di laboratorium.
II. 5. 2 Konjugasi
Konjugasi merupakan mekanisme perpindahan informasi
genetik (DNA) dari sel donor ke sel resipien yang terjadi akibat adanya kontak
sel dengan sel. Konjugasi bakteri pertama kali ditemukan oleh Lederberg dan
Tatum pada tahun 1946. Mereka menggabungkan dua galur mutan Escherichia coli
yang berbeda yang tidak mampu mensintesis satu atau lebih faktor tumbuh
esensiil dan memberinya kesempatan untuk kawin.
Pada proses
konjugasi, sel donor (jantan) memasukkan sebagian DNA ke dalam sel resipien
melalui pili seks yang dimiliki oleh sel jantan. Setelah DNA donor masuk ke
dalam sel resipien, enzim-enzim yang bekerja pada DNA resipien menggunting dan
mengeksisi suatu fragmen DNA resipien. Kemudian DNA donor dipadukan ke dalam
kromosom resipien di tempat DNA yang tereksisi. Mekanisme ini sebenarnya
berlangsung juga pada kegiatan transformasi dan transduksi.
Dengan adanya
proses konjugasi ini, gen-gen tertentu yang membawa sifat resistensi pada obat
dapat berpindah dari populasi bakteri yang resisten ke populasi bakteri yang
tidak resisten. Oleh karenanya, bila hal tersebut
terjadi pada populasi bakteri bisa timbul multi drug resistance.
II. 5. 3. Transduksi
Beberapa jenis virus berkembang biak di
dalam sel bakteri. Virus-virus yang inangnya adalah bakteri seringkali disebut
bakteriofage atau fage. Pada waktu fage menginfeksi bakteri, fage memasukkan
DNA-nya ke dalam bakteri tersebut. DNA fage ini kemudian bereplikasi di dalam
sel bakteri atau berintegrasi dengan kromosom bakteri. Inilah yang dikenal
dengan transduksi. Jadi, transduksi adalah proses perpindahan gen dari suatu
bakteri ke bakteri lain oleh bakteriofage lalu oleh bakteriofage tersebut
plasmid ditransfer ke populasi bakteri. Transduksi ditemukan oleh Norton Zinder
dan Joshua Lederberg pada tahun 1952. Pada
waktu DNA fage dikemas di dalam pembungkusnya untuk membentuk bakteri-bakteri
fage baru, DNA fage tersebut dapat membawa sebagian dari DNA bakteri yang telah
menjadi inangnya. Selanjutnya, bila fage menginfeksi bakteri lainnya, maka fage
akan memasukkan DNA-nya yang mengandung sebagian dari DNA bakteri inang
sebelumnya. Dengan demikian, fage tidak hanya memasukkan DNA-nya sendiri ke
dalam sel bakteri yang diinfeksinya, tetapi juga memasukkan DNA dari bakteri
lain yang ikut terbawa pada DNA fage. Jadi, secara alami fage memindahkan DNA
dari satu sel bakteri ke bakteri lainnya.
Ada dua
tipe transduksi, yaitu:
- Transduksi terbatas
Pada proses ini
tidak semua gen dapat ditransfer. Transduksi terbatas terjadi saat profage
telah terintegrasi pada kromosom bakteri. Gen-gen bakteri yang mengalami transduksi terbatas adalah yang
berdekatan dengan profage yang terintegrasi.
- Transduksi umum
Transduksi umum
terjadi bila suatu fage memindahkan gen dari kromosom bakteri atau plasmid.
Pada saat fage memulai siklus litik, enzim-enzim virus menghidrolisis kromosom
bakteri menjadi potongan-potongan kecil DNA. Setiap bagian dari kromosom
bakteri tersebut dapat digabungkan dengan kepala fage selama perakitan fage.
Fage yang telah berisi DNA sel bakteri dapat menginfeksi sel lain dan
mentransfer gen bakteri di dalam sel resipien DNA bakteri dan bergabung dengan
rekombinasi homolog menggantikan gen dalam sel resipien. Transduksi ini terjadi
pada bakteri gram positif dan gram negatif.
II. 6 Mutasi
Mutasi adalah perubahan di dalam rangkaian
nukleotida suatu gen. Mutasi menimbulkan ciri genetik yang baru atau genotif
berubah. Sel atau organisme yang menimbulkan efek mutasi disebut mutan. Mutasi
pada gen akan menyebabkan produk protein yang dihasilkan.
II. 6. 1 Mutagenesis
Mutagenesis
merupakan suatu teknik biologi molekuler di mana suatu mutasi diciptakan pada
suatu bagian molekul DNA tertentu, yang dikenal sebagai plasmid.
Mekanisme dasar:
- Mensintesis DNA yang di dalamnya terdapat bagian yang ingin dimutasi.
- Hasil sintesis ini harus dihibridisasi dengan DNA lain dari gen yang diinginkan.
- Fragmen tersebut diperluas lagi oleh DNA polimerase.
- Molekul yang diperoleh akan diadaptasikan ke dalam sel inang dan dikloning.
- Pemilihan mutan.
II. 6. 2 Mutagen
Bahan-bahan
yang menyebabkan terjadinya mutasi disebut mutagen. Mutagen terbagi menjadi tiga, yaitu:
1.
Mutagen bahan kimia
Mutagen bahan kimia, contohnya adalah
kolkisin dan zat digitonin. Kolkisin
adalah zat yang dapat menghalangi terbentuknya benang-benang spindel pada
proses anafase dan dapat menghambat pembelahan sel pada anafase. Mutagen bahan
kimia dapat menimbulkan mutasi melalui beberapa cara. Gugusan alkil aktif dari bahan mutagen
kimia dapat ditransfer ke molekul lain pada posisi dimana kepadatan
elektron cukup tinggi seperti phosphate groups dan juga molekul purine
dan pyrimidine yang merupakan penyusun struktur deoxyribonucleic acid
(DNA). Seperti diketahui umum, DNA merupakan struktur kimia yang membawa gen.
Basa-basa yang menyusun struktur DNA terdiri dari adenine, guanine,
thyimine, dan cytosine. Adenine dan guanine merupakan basa
bercincin ganda (double-ring bases) disebut purines,
sedangkan thymine dan cytosine bercincin tunggal (single-ring
bases) disebut pyrimidines. Struktur molekul DNA berbentuk
pilitan ganda (double helix) dan tersusun atas pasangan spesifik Adenine-Thymine
dan Guanine-Cytosine. Contoh mutasi yang paling sering ditimbulkan oleh
mutagen kimia adalah perubahan basa pada struktur DNA yang mengarah pada
pembentukan 7-alkyl guanine.
2.
Mutagen bahan fisika
Mutagen bahan fisika, contohnya
sinar ultraviolet, sinar radioaktif, dan lain-lain. Sinar ultraviolet dapat
menyebabkan kanker kulit. Mutagen fisika bersifat sebagai radiasi pengion (ionizing
radiation) yang dapat melepas energi (ionisasi), begitu melewati atau
menembus materi. Mutagen fisika termasuk diantaranya sinar-X, radiasi gamma,
radiasi beta, neutron, dan partikel dari aselerators sudah umum digunakan dalam
pemuliaan tanaman. Karakteristik untuk masing-masing jenis radiasi disajikan
dalam tabel di bawah ini. Begitu materi reproduksi tanaman diradiasi, proses
ionisasi akan terjadi dalam jaringan dan dapat menyebabkan perubahan pada
jaringan itu sendiri, sel, genom, kromosom, dan DNA atau gen. Perubahan
yang ditimbulkan pada tingkat genom, kromosom, dan DNA atau gen dikenal dengan
istilah mutasi (mutation).
3.
Mutagen bahan biologi
Diduga virus dan bakeri dapat
menyebabkan terjadinya mutasi. Bagian virus yang dapat menyebabkan terjadinya
mutasi adalah DNA-nya.
II.
7
DNA
Rekombinan
DNA rekombinan adalah sebuah teknik
membuat susunan DNA baru dengan cara menyisipkan potongan DNA asing ke dalam
DNA organisme sehingga menghasilkan molekul DNA rekombinan yang aktif. Dan pada
saat organism tersebut membelah diri molekul DNA rekombinan tersebut ikut
bereplikasi. Sebenarnya pada tahun 1973 telah muncul dan dikembangkan teknik
untuk mengisolasi dan menggabungkan potongan-potongan DNA yang tak sama
sehingga dapat dihasilkan molekul DNA rekombinan yang aktif. Teknik ini
memungkinkan adanya isolasi, manipulasi, dan produksi dalam jumlah besar ruas
DNA apa saja yang diinginkan dari tipe sel apa saja. Pada pokoknya sel-sel
bakteri semacam itu telah menerima gen asing dan merupakan organisme baru.
Sifat serta kemampuannya bias sangat berbeda dari inang maupun donornya.
II.
7. 1 PROSES
Proses
rekombinasi DNA diawali dengan enzim endonuklease restriksi yang memotong
susunan DNA. Potongan DNA tersebut biasanya mengandung beberapa gen dari
kromosom tipe apapun. Tumbuhan, hewan, bakteri
ataupun virus. Potongan-potongan ini mempunyai ujung yang lengket atau
kohesif yang akan dengan mudah digabungkan secara perpasangan basa pada
daerah-daerah berutasan tunggal dengan utasan-utasan DNA lain. Dengan cara ini,
fragmen-fragmen yang diperoleh dari kromosom sel apapun atau virion dapat
disambungkan ke plasmid atau genom fage dengan bantuan enzim lain, seperti
polinukleotide ligase. Intinya
sel-sel bakteri seperti itu telah menerima gen asing dan merupakan organisme
batu yang sifatnya dapat amat berbeda dengan inang maupun donornya. Sehingga
saat mereka memperbayak diri, komponen DNA tersebut ikut juga tereplikasi.
Perangkat yang dibutuhkan
:
·
Enzim
endonuklease restriksi : Untuk memotong DNA dengan sangat spesifik sehingga
sekuennya disebut molindrom (MOM). Dapat memotong DNA dari sistem biologi
apapun apabila mempunyai sekuens yang sama.
·
Enzim ligase : Enzim yang menggabungkan potongan
DNA, beberapa diantaranya dapat menggabungkan fragmen-fragmen DNA yang berbeda.
·
Plasmid
: sebagai vektor untuk mengklonkan gen atau fragmen DNA, dan juga untuk
mengubah sifat bakteri.
·
Pustaka
genom : untuk menyimpan gen atau fragmen DNA yang telah diklonkan
II.
7.
2 KEUNTUNGAN
Bakteri yang dapat menghasilkan kromosom insulin telah
ditemukan.
Ø Bakteri suatu spesies Pseudomonas telah
dikembankan dan dipatenkan efektif membersihkan tumpahan minyak (tapi jika
dimasukkan ke sumur minyak justru akan sangat merugikan, oleh karena itu, harus
sangat hati-hati dalam menggunakan teknik ini).
Ø Dalam bidang pertanian dapat dilakukan untuk penambatan
nitrogen oleh prokariota untuk peningkatan kesuburan tanah. Gen untuk fiksasi
nitrogen (nif) membentuk tandan pada kromosom Klebsiella pneumoniae
dan dapat dipindahkan. Gen-gen tersebut dapat terpadu ke dalam atau
bersegregasi dari DNA kromosom maupun plasmid, dan plasmid yang mengandung nif
dapat mendapatkan sifat-sifat baru melalui rekombinasi. Dan mungkin pada
akhirnya dapat membuat tumbuhan dapat menambat nitrogen oleh dirinya sendiri.
II.
7.
3 KEKHAWATIRAN
Teknologi ini menimbulkan beberapa kekhawatiran diantara
para ahli :
ü Kekhawatiran bahwa produksi molekul-molekul DNA
rekombinan yang fungsional in vivo dapat terbukti berbahaya secara
biologis. Sebagai contoh : bila bakteri tersebut dibawa ke mikroba seperti Escherichia
coli yang merupakan bakteri komensal di usus manusia dan dapat
mempertukarkan informasi genetis dengan tipe-tipe bakteri yang lain dan dapat
menyebar luas diantara manusia, hewan, tumbuhan, dan yang lainnya.
ü Kekhawatiran terbentuknya palsmid-plasmid bakteri baru
yang dapat bereplikasi secara swantantra yang bila tidak diawasi secara ketat,
dapat memasukkan determinan genetis untuk resistensi antibiotik atau pembentukan
toksin bakteri ke dalam galur-galur bakteri yang pada waktu tersebut tidak
membawa determinan semacam itu.
ü Percobaan untuk menghubungkan semua segmen DNA virus
onkogenik ataupun virus hewani yang lain menjadi unsur-unsur DNA yang
melangsungkan replikasi secara swantantra, seperti plasmid bakteri atau DNA
viral lainnya, sebab penyebaran molekul DNA
dengan cara seperti itu mungkin meningkatkan terjadinya kanker ataupun
penyakit yang lain.
BAB III
PENUTUP
III. 1 Kesimpulan
DNA
adalah sebuah molekul panjang yang menyerupai tali, biasanya terdiri dari dua
utas, saling membelit membentuk heliks ganda (double helix). Setiap utas
terdiri dari nukleotida-nukleotida yang tergabung membentuk rantai
polinukleotida.
Untuk
memperbanyak dirinya, DNA melakukan suatu proses yang disebut replikasi.
Replikasi dapat dikatakan merupakan reaksi kimia yang memungkinkan senyawa
kimia dapat membentuk dirinya untuk menghasilkan senyawa baru yang mirip dengan
dirinya. Replikasi DNA mengikuti pola semi konservatif yang sintesisnya dimulai
dari titik ori dan arah pertumbuhannya ialah 5’ à
3’
Perpindahan gen yang dilakuakan bakteri
melalui tiga cara, yaitu : konjugasi, transformasi, dan transduksi. Konjugasi
merupakan proses perpindahan gen bakteri melalui kontak antar selnya.
Transformasi merupakan proses perpindahan gen bakteri melalui sel bebas.
Transduksi merupakan proses perpindahan gen dari suatu bakteri ke bakteri lain
dengan bantuan bakteriofage.
Mutagenesis merupakan suatu teknik untuk
menciptakan mutasi yang meliputi lima tahap/proses. Mutagen adalah bahan yang
menyebabkan terjadinya mutasi. Mutagen terbagi menjadi tiga : mutagen bahan
kimia, mutagen bahan fisika, dan mutagen bahan biologi.
DNA
rekombinan adalah DNA yang telah mengalami proses rekombinasi atau penyusunan
kembali. Proses ini diawali oleh terpotongnya struktur DNA oleh enzim restriksi
endonuklease kemudian potongan DNA tersebut disisipkan pada DNA resipien dan
digabungkan kembali oleh enzim ligase. Struktur DNA yang baru ini akan ikut
bereplikasi apabila organism pembawanya berkembangbiak. Meskipun banyak
kontroversi teknologi baru ini, teknologi ini cukup mendatangkan manfaat bagi
kehidupan umat manusia.
DAFTAR PUSTAKA
Pelczar
J. Michael, Jr. Dasar-dasar mikrobiologi. 1986. Jakarta: Penerbit Universitas
Indonesia.
Staff
Pengajar Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia. Mikrobiologi Kedokteran. 1993. Jakarta : Binarupa Aksara.
Anonim. http//:wikipedia.com/genetika bakteri/. 12 Maret
2010. Pk. 15.00.
Anonim. http//:google.com/genetika bakteri dan virus/. 12
Maret 2010. Pk. 16.30.
Genetika mikrobia telah
mengungkapkan bahwa gen terdiri dari DNA, suatu pengamatan yang melekat dasar
bagi biologi molekuler. Penemuan selanjutnya dari bakteri telah mengungkapkan
adanya restriction enzymes (enzim restriksi) yang memotong DNA pada
tempat spesifik, menghasilkan fragmen potongan DNA. Plasmida diidentifikasikan
sebagai elemen genetika kecil yang mampu melakukan replikasi diri pada bakteri
dan ragi. Pengenalan dari sebuah fragmen potongan DNA kedalam suatu plasmid
memungkinkan fragmen di perbanyak (teramplifikasi). Amplifikasi regio DNA
spesifik dapat di capai oleh enzim bakteri menggunakan polymerase chain
reaction (PCR) atau metode amplifikasi nukleotida berdasar enzim yang lain
(misalnya amplifikasi berdasar transkripsi). DNA yang di masukkan kedalam
plasmid dapat di kontrol oleh promoter ekspresi pada bakteri yang mengamati
protein, di ekspresi pada tingkat tinggi.
Artikel Terkait
Artikel ini ditulis oleh : Unknown ~ Blogger Pasuruan
Terimakasih sahabat telah membaca : All About DNA. Anda bisa menyebarluaskan artikel ini, Asalkan meletakkan link dibawah ini sebagai sumbernya
Tidak ada komentar:
Posting Komentar