GENETIKA GENETIKA MIKROORGANISMEMIKROORGANISME

Oleh :

Dr. dr. Hj. Efrida Warganegara, M.Kes., Sp.MK

GENETIKAGENETIKA

Genetika dipelajari utk mengetahui dan mempelajari :

•Pewarisan ciri dan keragaman•Perubahan fenotipe dan

genotipe•Pembuatan peta gen•Aplikasi genetik

GENETIKAGENETIKAPengetahuan tentang Genetika berkembang sejak ditemukannya TEORI MENDEL (1900) HEREDITAS

HEREDITAS adalah suatu bentuk tetap yg di-turunkan dari 1 generasi ke generasi berikutnya (terkadang terdapat variasi)

Yang bertanggungjawab terhadap Hereditas (Pewarisan ciri & keragaman) adalah gen-gen yang terdapat berderetan di dalam khromosom

STRUKTUR & FUNGSI GEN

FUNGSI GEN

GEN merupakan suatu segmen asam nukleat (polimer / urutan asam nukleat, DNA) yg mengkode protein (produk fungsional) dan RNA

RNA t.d. : tRNA (transfer RNA) -> translasi

rRNA (ribosomal RNA) -> translasi

mRNA (messenger RNA) -> hasil transkripsi

Ukuran Gen : Prokariot -> 1000 pb

Eukariot -> 10.000 pb

GENETIKAGENETIKA

STRUKTUR GEN

• Gen Prokariot -> kontinyu

Gen Struktural

DNA

transkripsi

mRNA

Translasi

Protein

GENETIKAGENETIKA

* Gen Eukariot -> - Intron (tidak memspesifikasi protein)

- Ekson (yang menspesifikasi protein)

Gen Struktural

I1 E1 I2 E2 I3 E3 I4 E4

DNA

transkripsi

RNA primer

Prosesing

E1 E2 E3 E4 mRNA fungsional

Translasi Protein

GENETIKAGENETIKA

GENETIKAGENETIKA

ASAM NUKLEAT

Asam Nukleat merupakan makromolekul yg merupakan Polimer lurus dari Monomer, dimana monomer merupakan susunan nukleotida-nukleotida

NUKLEOTIDA : Merupakan ikatan dr 3 komponen yaitu, 1. Komponen gula

2. Komponen Fosfat

3. Komponen Basa organik

GENETIKAGENETIKA

Komponen Nukleotida1. Gula

1.Deoksiribosa = D.N.A

OH CH 2

OH

OH H

HH

0

1’

2’3’

4’

5’

2. Ribosa = R.N.A

OH CH 2

OH

OH OH

HH

0

1’

2’3’

4’

5’

GENETIKAGENETIKA

2. Fosfat

Berikatan dengan Gula pada

Atom C ke 5’ dan pada

gugus OH- dr nukleotida yg

lain

PO

O

0

0

Komponen Nukleotida (lanjutan)

GENETIKAGENETIKA

Komponen Nukleotida (lanjutan)

3.Basa organik

1. Purin : – Adenin (A)– Guanin (G)

2. Pirimidin :– Citosin (C)– Timin (T)– Urasil (U)

DNA : A G C T - UNTAI GANDA

RNA: A G C U - UNTAI TUNGGAL

Susunan molekul Asam Nukleat 1. Back bone : molekul Gula & PO4

2. Molekul Basa : terikat pada Gula

3. Terdapat polaritas 5’ ke 3’

–Ujung 5’ memp. gugus PO4

–Ujung 3’ memp. gugus OH bebas

GENETIKAGENETIKA

Cara Terbentuknya Untai Ganda dari

molekul DNA :

1. Back bone di luar untai Gula dan Fosfat

2. Basa di dalam untai

Basa Purin Basa Pirimidin

A T

G C

GENETIKAGENETIKA

Cara Terbentuknya Untai Ganda dari molekul DNA : (lanjutan)

3. Dua untai tunggal yang anti pararel arah 5’ ke 3’ berlawanan

5’ 3’

3’ 5’5’ 3’

A G C T T A G C C T A G

T C G A A T C G G A T C

3’ 5’

GENETIKAGENETIKA

REPLIKASI

Proses Sintesis DNA baru dengan menggunakan DNA lama sebagai templat (cetakan)

GENETIKAGENETIKA

REPLIKASI

Replikasi membutuhkan :

* Basa-basa : - d ATP - d GTP

- d CTP - d TTP

* Primer

* Templat DNA

* DNA polimerase (bekerja bila ada 3’ OH bebas) dan DNA ligase

GENETIKAGENETIKA

BACTERIAL CHROMOSOME REPLICATION

GENETIKAGENETIKA

Proses Replikasi :

1. Denaturasi lokal ( pemisahan dari 2 untai pada ORI = Origin of Replication )

2. Polimerisasi DNA (penambahan basa)

3. Arah 5’ ke 3’

4. Penambahan basa dikatalisis oleh DNA polimerase

GENETIKAGENETIKA

Proses Replikasi : (lanjutan)

5. Untai yg baru dihasilkan disebut “Leading” dan “Lagging” Strand (fragmen OKAZAKI).

6. Tahap akhir dilakukan penyambungan celah diantara basa-basa dengan

enzim DNA ligase

7. Proses Replikasi bersifat SEMI-KONSERVATIF (1 untai induk, 1 untai baru dibentuk)

GENETIKAGENETIKA

TranskripsiProses sintesis mRNA

dengan menggunakan DNA sebagai templat (cetakan)

RNA t.d. 3 macam :1. mRNA : berfungsi mem-

bawa informasi genetik dr DNA, templat pd proses sintesis protein

2. tRNA : berperan men-transfer AA pd sintesis protein

3. rRNA : komponen struktur dr Ribosom

GENETIKAGENETIKA

Transkripsi Membutuhkan :

* DNA sebagai templat (untai sense, pengkode protein)* Enzim RNA polimerase (t.d. FAKTOR SIGMA, yg mengenali

daerah promotor pd DNA sbg inisiasi transkripsi; CORE ENZIM ( α, α, β dan β’ )

* Promotor : Tempat pd DNA utk inisiasi + urutan - 10 pb (pribnow box –TATAAT) &

+ urutan -35 pb (TTGACA)* Terminasi transkripsi yi : terbentuk stem-loop structure yg

dikuti UUUU, atau urutan kaya GC diikuti kaya AT* Memp. Protein regulator (aktivator, represor & terminator) ->

bekerja pd RNA polimerase

GENETIKAGENETIKA

Proses Transkripsi :

- Eukariot : transkripsi di nukleus translasi di sitoplasma

Prokariot : transkripsi & translasi di sitoplasma

- Faktor sigma akan mengenali promotor pd DNA, lalu Core Enzim mulai mensisntesis mRNA, biasanya dimulai pada basa Purin ( A atau G)

- Proses sintesis selesai bila sampai urutan terminator

GENETIKAGENETIKA

TRANSLASI

Membutuhkan :* mRNA pembawa pesan yg dikodenya* Ribosom : memp. 2 situs tempat

pengikat tRNA (situs A dan P)Ribosom t.d. 2 sub unit (30S dan 50S)

* tRNA membawa asam amino yang sesuai dengan kode yang dibawa mRNA

* Enzim peptidil transferase

GENETIKAGENETIKA

PROSES TRANSLASI menggunakan informasi urutan basa nitrogen dr mRNA utk menyusun urutan AA suatu protein (segmen 3 basa pd mRNA : CODON)

1. Inisiasi -> kompleks inisiasi t.d. ribosom unit 30S, mRNA (codon AUG), tRNA (membawa AA Met.) dan baru bergab. Ribosom unit 50S

2. Elongasi -> Ribosom terus bergerak pd mRNA, tRNA datang membawa AA yg sesuai, terjadi ikatan peptida diantara AA, tRNA yg kosong dilepas, demikian seterusnya sp pada kodon terminasi

GENETIKAGENETIKA

PROSES TRANSLASI (lanjutan)

3. Terminasi -> bila sampai pada kodon terminasi (UAG) terjadi pelepasan ribosom, tRNA dan mRNA ->

Asam-asam amino sesuai dgn informasi yg dibawa mRNA dihasilkan, akhirnya membentuk protein yg fungsional

4. Protein ini merupakan enzim yang berfungsi dalam metabolisme

dan Reproduksi

GENETIKAGENETIKA

GENETIKAGENETIKA

KODE GENETIK

* Merupakan hubungan antara urutan basa nitrogen DNA, codon mRNA dan asam amino

* Terdapat 64 codon tapi hanya mengkode 20 asam amino (1 asam amino dpt dikode oleh bbp codon) -> disebut DEGENERACY OF CODE

* 61 merupakan SENSE CODON (mengkode AA)3 merupakan : NONSENSE CODON (mengakhiri translasi) -> TERMINATOR CODON (UAA, UAG, UGA)

* INISIATOR CODON -> adalah UGA mengkode N-formil methionin -> memulai sintesis protein

GENETIKAGENETIKA

GENETIKAGENETIKA

VARIASI GENETIKTerjadi krn : 1. Mutasi

2. Transfer genetik

1. MUTASIsuatu perubahan dlm kharakteristik

khusus dr m.o. akibat perubahan urutan basa dari material yg diturunkan

* Sel yg membawa perubahan disebut MUTAN* Induksi dr mutasi disebut MUTAGENESIS* Zat yg terlibat dlm proses ini adalah MUTAGEN

Mekanisme Mutasi :

1. Spontaneous mutation : - alamiah- kesalahan replikasi

2. Induksi oleh mutagen : - Chemical mutagens : acridin, 5 - bromouracil, HNO3

- Physical mutagens : radiasi U.V., X--ray

GENETIKAGENETIKA

PENGARUH MUTASI PADA KODE GENETIK bergantung pada mutasinya.

Macam..macam Mutasi :

A. Point MutasiB. Frameshift Mutasi

A. POINT MUTASI Hanya 1 atau beberapa nukleotida termutasi dengan cara Substitusi

GENETIKAGENETIKA

Akibat Point Mutasi :

1. Silent Mutasi – tak ada efek ok tak ada perubahan asam amino2. Missence Mutasi – terjadi perubahan

shg AA yg dihasilkan berbeda, kurang berfungsi

3. Nonsense Mutasi - terbentuk urutan terminasi, terjadi terminasi prematur dr sintesis protein, protein tak

lengkap

GENETIKAGENETIKA

GENETIKAGENETIKA

B. FRAMESHIFT MUTASI -> Bila terjadi Delesi atau Insersi

satu basa menyebabkan “reading frame”akan bergeser satu basa, sehingga daerah sesudah mutasi akan membentuk AA yg baru dan biasanya menghasilkan polipeptida yang tak berfungsi

* Mutasi dapat menyebabkan perubahan fenotip didalam sel

2. TRANSFER DNA

Terjadi transfer gen dari donor DNA ke resepien DNA -> Pertukaran yang terjadi disebut REKOMBINASI (hanya pada urutan yang homolog)

Mekanisme Transfer DNA :1. Transformasi – DNA bebas2. Transduksi – bantuan faga3. Konjugasi – kontak antar sel

GENETIKAGENETIKA

1. Transformasi

GENETIKAGENETIKA

2. Transduksi

GENETIKAGENETIKA

3. Konjugasi

GENETIKAGENETIKA

PLASMID

* adalah elemen genetik , DNA untai ganda, sirkuler, superkoil, otonom,

* Ukuran 1 – 1000 kb, dalam sel tdpt sekitar 100 plasmid, mengandung 1 – 100 gen

* Dapat dipindah secara konjugasi atau dapat berintegrasi ke dalam khromosom

GENETIKAGENETIKA

GENETIKAGENETIKA

Plasmid ada 2 macam :

A. Konjugatif – ada gen utk pilus -> konjugasi

B. Non-konjugatif – tak ada gen pembentuk pilus shg transfer gen hanya mel. transformasi atau transduksi

GENETIKAGENETIKAKharakteristik yg dihubungkan dgn plasmid :

1. R Plasmid -> resistensi thdp Antibiotik

2. Resisten logam berat

3. Determinan virulensi – penentu virulensi shg dapat menyebabkan infeksi, mungkin mengkode produksi toksin

4. Pembentukan Colisin dan Bacteriocin - antibakteri

5. Aktifitas metabolik – merubah kemampuan fermentasi

GENETIC ENGINERING (REKAYASA GENETIKA) dan DNA REKOMBINAN

* DNA Rekombinan -> berhubungan dengan pembentukan molekul DNA dari sumber yang berbeda

* Teknologi DNA Rekombinan disebut Rekayasa Genetika (“Genetic Enginering”)

* Perkembangan DNA Rekombinan terjadi ok ditemukannya enzim Restriksi

GENETIKAGENETIKA

PROSES DNA REKOMBINAN

Dasarnya :

1. Mengambil gen yg diminati secara spesifik dr donor -> menggabungkannya dgn DNA (vektor) yg mampu bereplikasi dan dapat dimasukkan ke dalam sel dan diberi tanda agar keberadaannya dpt dik -> pBR322, bakteriofaga dan kosmid

2. Menyediakan lingkungan shg gen tsb dapat bereproduksi dlm jumlah besar -> Kloning

GENETIKAGENETIKA

GENETIKAGENETIKA

* Metoda memperbanyak DNA secara invivo -> Kloning

gen konvensional

* Metoda memperbanyak DNA secara invitro ->

Polimerase Chain Reaction (PCR)

PCR (Polymerase Chain reaction)

Bahan :

- Templat untai ganda (+ DNA target)- Enzym DNA polimerase- Nukleosida trifosfat- Sepasang primer oligonukleotida

( disintesis dengan alat DNA synthesizer ) berfungsi menyediakan

gugus OH- bebas pada karbon 3’

GENETIKAGENETIKA

Tahapan PCR

1. Denaturasi ( 90 - 950 C )

2. Annealing ( pemanjangan primer ) ( 37 - 600 C )

3. Polimerisasi ( 25 - 30 x ) ( 720 C )

setiap siklus terjadi amplifikasi 2x, yang baru menjadi template, setelah siklus 30 x didapat 106 - 109 x jumlah DNA target awal

GENETIKAGENETIKA

GENETIKAGENETIKA

Aplikasi genetik

1.In Vivo Tecnology

Produksi industri -> Protein, Penisillin, Lisin, Glutamic dll

Perkembangan strain -> Generation, Selection, Genetic Exchange, Productie Primary metabolites

2. In Vitro

- Gene Libraries – Genom, Screening, Kontruksi

gen

- Expresi vektor

- Live rekombinant vaccine - Hepatitis B vaccin

GENETIKAGENETIKA

Diagnostik:

1. PCR : Salmonella, TBC, Chlamydia dll mem butuhkan primer

2. Gene probes3. Finger printing gen4. Human genetik diseases5. Gen therapy

GENETIKAGENETIKA