Upload
703111
View
126
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
Mikrobiologi Farmasi
Nita Rusdiana M.Sc., Apt
PERTEMUAN 5
Genetika mikroorganisme
• Aliran informasi genetik
• Mutasi gen
• Bahan mutagenik
• Frekuensi mutasi
• Identifikasi mutan dan karsinogen kimiawi
• Mekanisme pertukaran gen dan rekombinasi
• Plasmid dan transposon
genetikaAdalah ilmu pewarisan faktor keturunan (hereditas).
Informasi genetik di dalam sel disebut genom.
Kromosom adalah suatu struktur yang mengandung DNA, dimana DNA secara fisik membawa informasi herediter.
Gen adalah segmen dari DNA, dimana gen mengkode protein.
DNA adalah makromolekul yang tersusun atas unit berulang yang disebut nukleotida.
Setia nukleotida terdiri atas basa nitrogen adenin (A), timin (T), sitosin (S) atau guanin (G).
DNA Model
DNA Structure
Perbedaan DNA dengan RNA
DNA Replication
Aliran informasi genetik
• Mengikuti dogma sentral dalam genetika.
• Pada dogma genetika dikenal tiga proses, yaitu:
1) Proses replikasi, yaitu proses penggandaan bahan informasi genetik.
2) Proses transkripsi, yaitu proses sintesis RNA dengan menggunakan DNA sebagai cetakan.
3) Proses translasi, yaitu proses penerjemahan kode genetik pada mRNA menjadi urutan asam amino dalam sintesis protein.
Dogma genetik
Konsep dasar menurunnya sifat secaramolekuler adalah merupakan aliran informasidari DNA ke RNA ke urutan asam amino.
Dogma genetik ini bersifat universal yangberlaku baik bagi prokariot maupun eukariot.
TAHAP REPLIKASI DNA
Replikasi DNA terjadi secara semikonservatif
Hal ini menyebabkan DNA baru membawa informasi yang
persis sama dengan DNA induk/cetakan
Replikasi DNA pada cetakan 3’ – 5’ terjadi seutasdemi seutas dengan arah 5’ – 3’ Replikasi berjalanmeninggalkan replication fork.
Utas-utas pendek tersebut dihubungkan olehenzim ligase DNA.
Terdapat utas DNA yang disintesis secara kontinudisebut utas utama atau leading strand.
Sedangkan utas DNA baru yang disintesis pendek-pendek seutas-demi seutas disebut utas lambatatau lagging strand.
1. Polimerase DNA : enzim yang berfungsimempolimerisasi nukleotida-nukleotida.
2. Ligase DNA : enzim yang berperan menyambungDNA utas lagging.
3. Primase DNA : enzim yang digunakan untukmemulai polimerisasi DNA pada lagging strand.
4. Helikase DNA : enzim yang berfungsi membukajalinan DNA double heliks.
5. Single strand DNA-binding protein : menstabilkanDNA induk yang terbuka
Replikasi DNA melibatkan :
Garpu replikasi/Growing Fork
• Leading strand: sintesis DNA terjadi secara kontinu
• Lagging strand: sintesis DNA terjadi melalui pembentukan utas-utas pendek
Origin meninisiasireplikasi DNA pada waktu yang berbeda
Replikasi dimulai dari tempat-tempat spesifik, yang menyebabkan kedua utas DNA indukberpisah dan membentuk gelembung replikasi.
Pada eukariota, terdapat ratusan atau bahkanribuan origin of replication di sepanjangmolekul DNA.
Gelembung replikasi terentang secara lateral dan replikasi terjadi ke dua arah.
Selanjutnya gelembung replikasi akanbertemu, dan sintesis DNA anak selesai
Transkripsi
• Proses pengkopian/penyalinan molekul DNA menjadi utas RNA yang komplementer.
• Melibatkan RNA Polymerase
• Tahap Transkripsi
1. Inisiasi
2. Elongasi
3. terminasi
1.Inisiasi :
enzim RNA polymerase menyalin gen. Pengikatan RNA polymerase terjadi pada tempat
tertentu yaitu tepat didepan gen yang akanditranskripsi.
Tempat pertemuan antara gen (DNA) denganRNA polymerase disebut promoter.
Kemudian RNA polymerase membuka double heliks DNA.
Salah satu utas DNA berfungsi sebagai cetakan.
Tahap Transkripsi
Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unitkecil ke mRNA. Penempelan terjadi pada tempat tertentuyaitu pada 5’-AGGAGGU-3’, sedang pada eukariot terjadipada struktur tudung.
Nukleotida promoter pada eukariot adalah 5’-GNNCAATCT-3’ dan 5’- TATAAAT-3’. Simbol Nmenunjukkan nukleotida (bisa berupa A, T, G, C). Padaprokariot, urutan promotornya adalah 5’-TTGACA-3’ dan5’-TATAAT-3’.
Ribosom bergeser ke arah 3’ sampai bertemu dengan kodonAUG. Kodon ini menjadi kodon awal. Asam amino yangdibawa oleh tRNA awal adalah metionin.
2. Elongasi :
Tahap selanjutnya adalah penempelan sub unit besar padasub unit kecil menghasilkan dua tempat yang terpisah . Tempat pertama adalah tempat P (peptidil) yang ditempatioleh tRA yang membawa metionin.
Enzim RNA polymerase bergerak sepanjang molekul DNA, membuka double heliks dan merangkai ribonukleotida keujung 3’ dari RNA yang sedang tumbuh.
Tempat kedua adalah tempat A (aminoasil) yang terletakpada kodon ke dua dan kosong
Proses elongasi terjadi saat tRNA denganantikodon dan asam amino yang tepat masuk ketempat A. Akibatnya kedua tempat di ribosomterisi, lalu terjadi ikatan peptide antara kedua asamamino
Ikatan tRNA dengan metionin lalu lepas, sehinggakedua asam amino yang berangkai berada padatempat A.
Ribosom kemudian bergeser sehingga asamamino-asam amino-tRNA berada pada tempat P dan tempat A menjadi kosong.
Selanjutnya tRNA dengan antikodon yang tepatdengan kodon ketiga akan masuk ke tempat A, dan proses berlanjut seperti sebelumnya.
3. Terminasi :
Proses translasi akan berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA, UAG, UGA.
Kodon-kodon ini tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang sesuai.
Selanjutnya masuklah release factor (RF) ketempat A dan melepaska rantai polipeptida yang terbentuk dari tRNA yang terakhir. Kemudianribosom pecah menjadi sub unit kecil dan besar.
Bagian dari molekul DNA (gene) terbukapilinannya sehingga basa-basanya terekspos.
Nukleotida mRNA bebas, di dalam nukleusberpasangan basa-basanya dengan satu utasmolekul DNA yang telah terbuka pilinannya.
mRNA dibuat dengan bantuan RNA polymerase. Enzim ini menyatukan nukleotida mRNA untukmembuat utas mRNA.
Utas mRNA ini bersifat komplementer terhadapDNA (gen).
mRNA meninggalkan nukleus menuju sitoplasmamelalui pori nuklear
Translasi / sintesis protein
Proses penerjemahan kodon-kodon padamRNA menjadi polipeptida.
Kode genetik merupakan aturan yang penting. Urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugustiga – tiga.
Setiap gugus tiga disebut kodon.
Dalam translasi, kodon dikenali oleh lenganantikodon yang terdapat pada tRNA
Translation
Translation Stages
1. Initiation
2 . Elongation
3. Termination2 . Elongation
Ala: Alanine Cys: Cysteine Asp: Aspartic acid Glu: Glutamic acid
Phe: Phenylalanine Gly: Glycine His: Histidine Ile: Isoleucine
Lys: Lysine Leu: Leucine Met: Methionine Asn: Asparagine
Pro: Proline Gln: Glutamine Arg: Arginine Ser: Serine
Thr: Threonine Val: Valine Trp: Tryptophane Tyr: Tyrosisne
Kode genetik (RNA codon)
or start
A Close up View of transcriptionAnd Its animation process
A y
The steps of pre-mRNA splicing (intron removal) – page 1/2
Discribed at Next
Continued
The steps of pre-mRNA splicing (intron removal) – page 2/2
tRNA Structure
Ribosom Structure
Berdasarkan Tingkat Mutasi:
A. Mutasi besar (gross mutation) yaitu perubahan jumlah
kromosom dan perubahan struktur atau susunan DNA pada
kromosom (MUTASI KROMOSOM)
B. Mutasi Kecil (mutasi titik/point mutation) yaitu perubahan
yang terjadi pada susunan kimia molekul DNA (MUTASI GEN)
Perubahan kesatuan kimia gen yang menyebabkan berubahnya sifat mahluk hidup yang bersifat menurun
Berdasarkan tempat terjadinya : mutasi somatik dan mutasi autosom
Macam –macam Mutasi Kromosom
1. Perubahan Set (Euploidi)
a. Autopolipploidi yaitu genom mengganda sendiri, karena gannguan meiosis
b. Allopoliploidi terjadi karena hibrid antar spesies yang set kromosomnya
berbeda
Tetraploidi
Monoploidi
Diploidi
Triploidi
Perubahan set (Euploidii) ini dilakukan dengan menghambat
perpisahan kromosom antara lain :
Pada Tumbuhan
a.Induksi kolkisin :menghalangi pembentukan gelendong
pembelahandan menghambat anafase
b.Pada jagung dapat dilakukan dengan mengggunakan
suhu tinggi
c.Pada tomat dengan dekapitasi yaitu pemotongan tunas,
menyebabkan kumpulan sel 4n
Pada Manusia
a.Digini : dua inti sel telur yang tetap terlindung satu plasma
dibuahi oleh 1 sperma
b.Diandri : satu sel telur dibuahi oleh 2 sperma
2. Perubahan Penggandaa (Aneuploidi)
Aneuploidi dapat terjadi karena beberapa hal, al;
a. Anafase lag : tidak melekatnya kromatid pada gelendong (meiosisi I)
b. Nondisjungtion
Beberapa Aneuploidi pada manusia
1. Sindrom Turner 22Aa+ XO
2. Sindrom Klinefelter 22AA+ XXY
3. Sindrom Edwards 45A + XX atau 45A + XY trisomi kromosom no 16,
17 atau 18
4. Sindrom Patau 45A + XX atau 45A + XY trisomi kromosom
no 13, 14 atau 15
5. Sindrom Down 45A + XX atau 45A + XY trisomi kromosom
no 21
Sindrom Down
Aneuploidi pada Lalat Buah
3. Kerusakan Kromosom
a. Inversi: perisentrik dan parasentrik
b. Duplikasi dan Delesi
c. Translokasi
d. katenasi
Beberapa kerusakan kromosom pada manusia1. Sindrom Cri du chat delesi pada kromosom nomor 5
2. Chronic Myelogenous Leukemia translokasi resiprok kromosom
nomor 22 dengan nomor 9
Tipe-tipe Mutasi Gen
A. Substitusi:
Pertukaran satu nukleotida pada unati DNA komplementer
dengan pasangan nujkleotida lain
a. Transisi : pertukaran antara pasangan basa yang
sama
b. Transversi : pertukaran antara pasangan basa yang
berbeda
Substitusi menghasilkan:
1. Mutasi diam : mutasi yang tidak mempengaruhi pengkodean protein
2. Mutasi salah arti :kodon yang berubah tetap mengkode asam amino yang
berbeda dari normalnya
3. Mutasi tanpa arti: perubahan yang mengubah kodon asam amino menjadi
sinyal stop
B. Insersi dan Delesi: penambahan atau pengurangan satu atau lebih
pasangan nukleotida pada suatu gen , menyebabkan juga pergeseran
kerangka baca.
Frekuensi mutasi Kecepatan mutasi adalah kemungkinan gen mengalami mutasi ada setiap pembelahan sel.
Kecepatan mutasi adalah 1/10.000 per pembelahan sel.
Mutasi spontan jarang terjadi, tapi adanya bahan mutagenik dapat mempercepat pembelahan sel.
Mekanisme pertukaran gen dan
rekombinasi Faktor F (faktor fertilitas) merupakan plasmid yang pertama kali diteliti untuk dipindahkan melalui proses konjugasi.
Faktor F terintegrasi di dalam kromosom dan mengubah sel F me jadi sel Hfr (high frequency of recombination).
Replikasi kromosom sel Hfr dimulai dari bagian tengah faktor F yang terintegrasi.
Tranfer gen dapat pula dilakukan oleh faktor F’, yaitu faktor yang membawa potongan kecil DNA kromosomal.
Proses transduksi
umum
Proses transduksi umum dapat mentransfer bagian manapun dari DNA donor.
Fag melekat pada permukaan sel bakteri dan menyuntikkan DNA fag kedalam sel bakteri.
Proses transduksi khusus
Proses transduksi khusus diperantarai oleh fag lisogenik.
Resistensi
mikroorga
nisme
terhadap
antibiotik