GENETIKA

BAB II

PEMBAHASAN

2.1    MATERI GENETIK

Material genetik bakteri terdiri atas kromosom dan plasmid. Keduanya terdiri atas DNA. Dua fungsi utama materi genetik adalah replikasi dan ekspresi. Material genetik harus bereplikasi secara akurat sehingga dihasilkan 2 replikan (anakan) yang identik dengan induknya. Materi genetik juga terekspresi dalam bentuk karakter terobservasi atau fenotip.

1.    Kromosom

Kromosom bakteri mempunyai beratnya 2-3% dari berat kering satu sel, pada sel haploid (prokariot) bersifat kromosom tunggal dan tidak berpasangan. Berbentuk sirkuler, panjangnya ± 1mm, beratnya 2-3% dari berat kering satu sel, disusun sekitar 4 juta kpb DNA, makromolekul yang sangat banyak ini dikemas agar tidak berubah dalam bentuk superkoil (± 70-130 superkoil domain) (Syahrurachman, 1994). Kebanyakan gen prokariota terdapat pada kromosom, yang terletak dalam suatu bagian pusat sitoplasma, yang dinamakan daerah nuklear atau nukleoid untukn membedakannya dari membran-pengikat nukleus pada sel eukariotik. Jumlah nukleoid dalam sel bakteri dapat lebih dari satu, tergantung kecepatan pertumbuhan dan ukuran sel. Nukleoid berisi gen yang penting untuk pertumbuhan bakteri.

2.    Plasmid

Plasmid adalah material genetik ektrakromosomal. Ukuran plasmid lebih kecil daripada kromosom. Plasmid biasanya mengkode polipeptida yang tidak penting bagi pertumbuhan secara langsung. Plasmid berbentuk sirkuler, tetapi terdapat plasmid berbentuk linier seperti terlihat pada Borrelia dan Streptomyces. Plasmid dibedakan menjadi 2, yaitu plasmid konjugatif dan non-konjugatif. Plasmid konjugatif adalah plasmid yang mampu didonorkan ke resepien, sedangkan plasmid non-konjugatif tidak

dapat didonorkan. Plasmid non-konjugatif biasanya berukuran kurang dari 7,5 kbp dan biasanya berjumlah banyak (10-20 perkromosom). Plasmid didistribusikan secara acak ke sel anakan.

Meskipun plasmid tidak berperan langsung dalam pertumbuhan, tetapi plasmid memiliki fungsi penting secara medis. Fungsi penting plasmid secara medis, yaitu kemampuan plasmid mengkode polipeptida resistensi antibiotik, toksin, struktur permukaan sel untuk perlekatan dan kolonisasi. Plasmid yang berperan dalam resistensi antibiotika disebur plasmid R atau faktor R. 

2.2    STRUKTUR DNA DAN RNA

       

DNA (ASAM DEOKSIRIBONUKLEAT)

DNA/ Kromosom bakteri lebih banyak diteliti dari pada kromosom organisme lain. DNA bakteri mampu mengkode 1000-3000 polipeptida yang berbeda-beda. DNA bakteri merupakan molekul berantai ganda yang sirkuler. Struktur Dna bakteri tidak merupakan bentuk sederhana tetapi merupakan belitan yang tidak teratur dalam sitoplasma. James Watson dan Francis Crick (1953) telah menemukan struktur DNA yang berupa dua untai pita DNA terpilin. Penemuan ini merupakan titik awal revolusi biologi karena merupakan penemuan struktur DNA ini sangat penting untuk mempelajari dan memahami bagaimana informasi genetik dapat dipindahkan dari satu generasi ke generasi berikutnya serta bagaimana DNA dapat mengendalikan replikasinya.

Replikasi informasi herediter di dalam sel melibatkan sintesis molekul DNA baru yang mempunyai urutan nukleotida sama seperti genom sel inangnya. Molekul DNA adalah makromolekul yang mempunyai informasi herediter suatu sel. DNA ini tersusun oleh sub unit-sub unit yang disebut dengan nukleotida atau deoksiribonukleotida. Urutan nukleotida menentukan kespesifikan suatu informasi herediter dan berisi mekanisme untuk mengendalikan eksperi genetik.

Masing-masing deoksiribonukleotida terdiri dari basa nitrogen (asam nukleat), gula deoksiribosa, dan gugus fosfat. Basa asam nukleat terdiri dari basa purin terdiri : Adenin (A) dan guanin (G) yang mempunyai dua cincin. Dan pirimidin terdiri atas : timin (T) dan sitosin (C) yang hanya mempunyai satu cincin. Purin dan pirimidin merupakan molekul heterosiklis karena mengandung dua macam atom C dan N. Basa asam nukleat menempel pada deoksiribosa membentuk deoksiribonukleosida. Deoksiribonukleosida ini bergabung dengna gugus fosfat pada atom C5 membentuk subunit deoksiribonukleotida DNA.

RNA (ASAM RIBONUKLEAT)

Asam nukleat lainnya yang dijumpai secara alamiah ialah asam ribonukleat (RNA). Bedaanya dari DNA ialah :

1. Biasanya berutasan tunggal

2. Komponen gula pada nukloetida yang membentuk RNA adalah ribosa, dan bukan deoksiribose. Ribose adalah sama dengan deoksiribose kecuali adanya gugusan hidroksil pada atom karbon nomor 2

3. Basa bernitrogen pirimidin yang dijumpai pada  nukleotida yang membentuk RNA ialah urasil bukan timin.

           

2.3    REPLIKASI DNA

Replikasi DNA berarti penggandaan. Ada 3 model replikasi DNA yaitu :

1.    Model konservatif.

Model ini menyatakan bahwa 2 rantai DNA bereplikasi tanpa memisahkan rantai-rantainya.

2.    Model semi konservatif.

Model ini menyatakan bahwa 2 rantai DNA berpisah kemudian bereplikasi.

3.    Model dispersi.

Model ini menyatakan bahwa DNA terpecah menjadi potongan-potongan yang kemudian bereplikasi.

Meselson dan Stahl membuktikan bahwa DNA bereplikasi sesuai model semi-konservatif.Replikasi model semi konservatif dimulai pada suatu situs tertentu yang sudah pasti pada kromosom bakteri yang disebut titik pangkal kedua utas DNA memisah pada situs ini membentuk struktur berbentuk Y. Titik persimpangannya disebut titik tumbuh.Replikasi bergerak berurutan dari titik tumbuh, baik pada satu arah atau dua arah.Titik asal dan titik tumbuh terikat pada membran sel dan situlah kedua utusan tersebut diduplikasikan.Masing-masing utasan mempunyai urutan basa yang komplementer terhadap urutan basa pada utasan-utasan DNA yang mula-mula (Pelczar, 2009).

Enzim DNA polymerase nemanbahkan nukleotida pada ujung hidroksil-3' utasan atau utasan–utasan DNA yang sedang berreplikasi, jadi mensintenis utasan-utasan DNA dengan arah 5' ke 3'.Sejauh ini belum ditemukan polymerase yang mereplikasi dengan arah 3' ke 5'.Sintesis DNA bersifat sinambung.Selain mekanisme replikasi DNA yang baru saja diuraikan, inisiasi (pengawwalan) replikasi DNA membutuhkan suatu pancing atau pemula yaitu sepotong pendek RNA yang disentesis oleh RNA polymerase dan komplementer terhadap DNA.Dengan adanya pemula ini, DNA polymerase dapat mulai mensisntesis duoksiribonukleotida.Sekali pancingan mengena, DNA polymerase lalu mencerna RNA tersebut dapat menggantikannya dengan DNA. Berpartisipasinya RNA sebagai pancing tampaknya ekstensif karena setiap fragmen okazaki juga mengandung sebagian RNA sebagai pancing (Micheal Pelczar, 2009).

Bila titik-titik tumbuh telah bergerak di seluruh panjang molekul DNA, maka terbentuk dua molekul DNA yang lengkap.Setiap molekul berutasan ganda mengandung salah satu dari utasan asli atau satu utasan baru(Micheal Pelczar, 2009).

2.4    EKSPRESI GEN                                                

Transkripsi

Transkripsi adalah langkah pertama dalam ekspresi genetis.DNA ditranskripsi menjadi RNA. Pita DNA yang menjadi cetakan disebut DNA template. Karena RNA hasil transkripsi membawa “pesan” untuk ditranslasi, maka RNA tersebut disebut RNA messenger (mRNA). Urutan basa mRNA sama dengan urutan basa DNA non-template, kecuali timin diganti urasil. Enzim yang berperan dalam sintesis mRNA adalah enzim RNA polimerase. Urutan DNA yang ditranskrip dapat terdiri atas 1 gen atau lebih. Transkripsi yang multigen terjadi pada gen-gen yang terekspresi dalam suatu paket fungsional. 

Transkripsi DNA terdiri atas 3 tahap, yaitu inisiasi, pemanjangan, dan penghentian. Inisiasi melibatkan pengikatan RNA polimerase ke DNA template. Elongasi adalah proses sintesis mRNA oleh RNA polimerase. Penghentian meliputi penghentian pemanjangan dan pelepasan mRNA dari DNA template.

Translasi

Translasi, yaitu langkah berikut nya didalam ekspresi gan adalah proses pengarahan sintensis protein oleh informasi genetis yang sekarang ada pad molekul mRNA.

Bila keempat basa yang berbeda-beda pada nukleotida-nukleodtida mRNA itu ditata dalam suatu deretan, maka setiap deret yang terdiri dari 3 basa disebut kodon, mampu menetapakan suatu amino tertentu. Karena ada empat macam basa yang berbeda-beda, jumlah deret berbasa tiga tersebut yang mungkin terbentuk adalah 4³, atau 64 macam. Triplet-triplet basa ini masing-masing menetapkan suatu asam amino tertentu, merupakan sandi genetis.Sandi ini mungkin bersifat universal bagi semua spesies organisme hidup.

Kode pertama	Kode kedua				Kode ketiga
	U	C	A	G
U	Fenilalanin Fenilalanin Leusin Leusin	Serin Serin Serin Serin	Tirosin Tirosin Stop Stop	Sistein Sistein Stop Triptofan	U C A G
C	Leusin Leusin Leusin Leusin	Prolin Prolin Prolin Prolin	Histidin Histidin Glutamin Glutamin	Arginin Arginin Arginin Arginin	U C A G
A	Ileusin Ileusin Ileusin Metionin	Treonin Treonin Treonin Treonin	Asparagin Asparagin Lisin Lisin	Serin Serin Arginin Arginin	U C A G
G	Valin Valin Valin Valin	Alanin Alanin Alanin Alanin	Aspartat Aspartat Glutamat Glutamat	Glisin Glisin Glisin Glisin	U C A G

2.5 MUTASI

Mutasi adalah perubahan spontan pada gen suatu makhluk hidup/bakteri. Sebagai contoh yang sederhana adalah adanya koloni bakteri Serratia marcescens yang berwarna putih diantara koloni yang berwarna merah. Jika koloni putih tersebut diisolasi dan kemudian diteliti sifat-sifatnya serta dibandingkan dengan bakteri dari koloni merah, maka sifat-sifat selain pigmentasinya sama. Bakteri dari koloni putih tersebut dikatakan mutan kadang-kadang mutan putih tersebut dapat kembali menjadi merah. Peristiwa ini dinamakan mutasi balik

Perubahan-perubahan karena mutasi dapat dibedakan dengan modifikasi (perubahan tidak menurun) yang disebabkan karena faktor lingkungan. Dalam hal modifikasi semua sel akan mengalami perubahan fenotif, sedangkan pada mutasi hanya sebgian kecil dari populasi. Ada dua macam mutasi yaitu mutasi selektif dan mutasi tidak selektif Mutasi selektif ialah mutasi yang menguntungkan bagi kelangsungan hidup bakteri tersebut. Mutasi ini terjadi pada keadaan lingkungan tertentu misalnya adanya antibiotika.Mutan tersebut dapat tumbuh dengan adanya antibiotika dalam dosis tertentu yang dapat menghambat dan membunuh sel induknya.Mutasi ini dinamakan juga mutasi buatan.Mutasi tidak selektif ialah mutasi yang tidak mempunyai sifat yang lebih menguntungkan atau merugikan dibandingkan dengan pertumbuhan sel induknya.Mutasi ini disebut juga mutasi alami, tanpa campur tangan manusia.

Mekanisme terjadinya mutasi (mutagenesis).Sel yang mengalami mutasi (mutan) mengalami perubahan urutan nukleotida dari DNA nya.Bagian DNA yang mengalami perubahan tersebut dinamakan muton. Perubahan ini akan mempengaruhi sebagian dari aktivitas sel, misalnya susunan asam amino dari polipeptida/ protein. Ditinjau dari perubahan nukleotida atau basa DNA maka dapat dikenal macam-macam perubahannya, yaitu mutasi titik. Pertukaran, pengurangan, pengisian, pembalikan

Mutasi titik adalah mutasi yang disebabkan perubahan-perubahan atau pengurangan satu basa DNA saja.Misalnya adenin diganti dengan guanin atau timin diganti dengan sitosis.Pengaruh dari perubahan tersebut tergantung dari letak basa DNA pada gen. Perubahan tersebut dapat tidak dipengaruhi produksi protein atau mempengaruhi urutan asam amino dari protein atau tidak menghasilkan protein tertentu. Jika perubahan basa DNA tidak mempengaruhi produksi protein atau gejala fenotif lain maka mutasi inya dinamakan mutasi bisu. Mutasi ini kemungkinan karena perubahan kodon yang terjadi tetap mengkode asam amino yang samaProses pertukaran, pengurangan, penambahan dan pembalikan dapat berlangsung secara sederhana artinya meliputi satu atau beberapa basa DNA saja atau mencakup beratu-ratus DNA.Mutagenesis dapat terjadi karena adanya senyawa mutagen, sinat ultra violet, cat akredin dan sebagianya.Ada beberapa macam mekanisme mutasi yaitu:

1.    Mutasi Spontan

Mutasi spontan dapt terjadi setiap 10⁸-10⁹ pasangan DNA dan diperoleh satu mutan. Mutasi ini disebabkan karena terjadi kerusakan fisik pada DNA, terjadi perpindahan posisi DNA , kesalahan oleh enzim pada waktu terjadi replikasi. Sehingga urutan DNA, maupum pasangan basa berubah atau berbeda bentuk yaitu dari bentuk amino menjadi imine, yang disebut tautomer.

2.    Mutagenesis dengan basa analog

Basa analog adalah senyawa yang mirip dengan basa pada DNA, tetapi susunannya berdeda.

3.    Mutagenesisi kimia

Senyawa mutagen adalah agenesia yang mampu meningkatkan frekuensi mutasi.Karena senyawa mutagen bereaksi dengan satu basa atau lebih basa DNA.Senyawa mutagen dapat berupa asam nitrit, hidroksilamin, etil, sulfonat, dan lain-lain.

4.    Mutagenesisi karena perubahan pola pembacaan (reading frame shiff)

Akredin merupakan cat yang dapat menyebabkan terjadinya mutasi karena senyawa akredin mempunyai bentuk sama dengan basa DNA, sehingga molekul ini dapat disisipkan diantara dua pasangan basa DNA dan menghilangkan sebagian basa, lalu akan terjadi pola pembacaan.

5.    Mutagenesis karena radiasi

Mikrobia bila ditumbuhkan dalam kondisi alam dan terkena sinar ultra violet dapat menyebabkan perubahan DNA, sehingga menimbulkan mutasi.