Genetika mikroba 2011

OLEH:DR. DESSY YOSWATY

GENETIKA MIKROBA

Gen

Rupa, bentuk, warna?

1. Gen dan Ekspresi Gen

Ilmu genetika: - menganalisis keturunan (heredity)

- perubahan fungsi fisiologis

karakter mikroba.

Unit keturunan Gen

Gen: segmen DNA (deoxyribonucleic acid)

nukleotida membawa informasi karakter biokimia

atau fisiologis tertentu.

Contoh: resistensi terhadap antibiotik pada bakteri.

Proses reproduksi transfer informasi genetik

induk ke keturunannya (tahun 1940).

Jumlah material genetik Genom.

Avery (1940): bakteri Pneumococcus yang non toksin

toksin: menambahkan ekstrak DNA toksin.

Fungsi DNA: meneruskan informasi secara turun temurun.

DNA kromosom sel struktur DNA (sandi

informasi untuk sintesis semua protein sel) informasi

sel ke sel proses replikasi DNA.

RNA (ribonucleic acid) mengolah informasi yang

disandikan dalam DNA untuk sintesis protein proses

transkripsi dan tranlasi.

2. Struktur dan Replikasi DNA

DNA: molekul panjang seperti dua utas tali, yang saling

membelit (heliks ganda).

Setiap utas heliks DNA: nukleotida bergabung (rantai

polinukleotida).

Nukleotida terdiri atas:

a. Sebuah senyawa cincin: basa bernitrogen

seperti purin (adenin, guanin), pirimidin (sitosin, timin, urasil)

b. Sebuah gugusan gula berkarbon lima: deoksiribose

c. Sebuah molekul fosfat

Basa bernitrogen deoksiribose fosfat

Fungsi nukleotida:

- Penyimpan informasi (DNA)

- Sintesis protein (RNA)

- Transfer energi (ATP, NAD).

Basa DNA C (sitosin), G (guanin), A (adenin),

T (timin)

Hubungan DNA dengan komponen bermolekul rendah:

gugusan fosfat dibuang nukleoside basa

dan gula (2-deoksiribose).

Asam deksiribonukleatBerat molekul

menurun Nukleotide

Nukleoside Asam fosfat

Basa purin Basa pirimidin Gula

(adenin, guanin) (sitosin, timin) (2-deoksiribose)

Replikasi DNA:

Kromosom bakteri: sebuah molekul DNA berutasan ganda,

berat molekul 2,5 x 109 dalton, jumlah pasangan

basa 4 x 106, jika ditarik menjadi heliks ganda

panjangnya 1,25 mm.

Konsep replikasi DNA:

a. Sebelum replikasi, molekul induk punya 2 untai DNA

b. Pemisahan kedua untai DNA

c. Setiap untai lama sbg cetakan untuk urutan nukleotida, terbentuk untai yang baru.

d. Nukleotida baru saling tersambung membentuk tulang belakang gula fosfat .

DNA: mampu menggandakan diri (replikasi).

Sifat autokatalisis: DNA mensistesis dirinya sendiri.

Replikasi DNA: agar DNA tidak termutasi dan

semua sel turunan memiliki informasi

genetik yang sama.

Terdiri atas:

a. Konservatif: dua rantai DNA lama tetap, tidak berubah, cetakan dua rantai DNA baru. mempertahankan molekul DNA lama dan membuat molekul DNA baru.

b. Semikonservatif: dua rantai DNA lama terpisah dan rantai baru disintesis pada rantai DNA lama. Dua rantai DNA baru: satu rantai cetakan molekul DNA lama dan satu rantai baru hasil sintesis.

c. Dispersif: beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama sebagai cetakan sintesis rantai DNA baru. Rantai DNA lama dan baru tersebar pada rantai DNA lama dan baru. Dua molekul DNA lama dan DNA baru yang saling berselang-seling pada setiap untai.

DNA E. coli, replikasi semikonservatif oleh Watson & Crick.

3. Sintesis RNA dan Protein

RNA:

a. Berutasan tunggal

b. Komponen gula di nukleotide membentuk RNA: ribose,

bukan deoksiribose.

c. Basa bernitrogen pirimidin: urasil, bukan timin.

Biosintesis nukleotide:

kinase

Nukleotide + ATP nukleotide-fosfat + ADP

kinase

Nukleotide-fosfat + ATP nukleotide-difosfat + ADP

Biosintesis protein:

Asam amino: pembangun protein, 20 macam asam amino.

Contoh: E. coli mensintesis semua asam amino yang

dibutuhkan.

Bakteri asam laktat tidak mensintesis semua asam

amino untuk sintesis protein.

Sel bakteri: beribu-ribu protein yang berbeda.

Setiap tipe protein: urutan asam amino yang dihubungkan

dengan ikatan peptide rantai panjang.

Ikatan peptide

H O H H H O H H

R C C OH + H N C R R C C N C R + H2O

NH2 C=O NH2 C=O

OH OH

Asam amino I Asam amino II Dipeptide Air

4. Rekayasa Genetika Mikroba:

Gregor Mendel (1860), Austria, botaniwan: menyilang

galur-galur kacang polong (warna, bentuk, ukuran, sifat)

hukum dasar kebakaan/ teori Mendel

(ciri gen dalam kromosom).

Charles Darwin (1860), Inggris teori evolusi:

prinsip seleksi alamiah, kelangsungan hidup yang terkuat.

Artinya: organisme beradaptasi terhadap perubahan

lingkungan, maka dapat bertahan hidup (seperti

ciri pembawaan genetis).

DNA (Deoxyribonucleic Acid): kode genetik dari suatu

makhluk hidup untuk memperoleh susunan DNA

yang diinginkan dan memiliki fungsi tertentu

Rekayasa Genetika.

Proses rekayasa genetika: isolasi dan karakterisasi enzim

endonuklease restriksi untuk memotong benang

ADN (plasmid) dan disambung kembali

menggunakan enzim ligase.

Enzim: - enzim restriksi (pemotong plasmid/ADN)

- enzim ligase (penyambung potongan ADN)

Tahap rekayasa genetika yaitu isolasi ADN, pembuatan

wahana, kloning, dan produksi.

Contoh: fusi protoplasma antara sel plasma kanker dengan

sel plasma normal, terbentuk sel yang hibridoma,

satu tipe antibodi (monoklonal) untuk berbagai

keperluan (seperti alat diagnostik, vaksin dan

pengobatan).

Misal: gen insulin dari pankreas manusia, dimasukkan ke

dalam sel bakteri E. coli , diekspresikan di dalamnya

dan menghasilkan insulin (obat diabetes).

Kultur bakteri ini untuk memanen insulin hasil rekayasa

genetika.

E. coli: organisme riset genetis (mudah dipahami pada taraf

molekuler.

Bakteri Saccharophagus degradans : mengubah 1 ton

selulosa menjadi gula dalam waktu 72 jam:

etanol yang murah dan efisien. Teluk Chesapeake di Maryland, AS, Steve

Hutcheson (2006), profesor biologi sel dan genetika

molekuler dari Universitas Maryland.

Tikus hijau Tomat ungu (kanker)

Mutasi gen : perubahan rangkaian nukleotide (DNA) suatu

gen bentuk lain perubahan

faktor lingkungan ciri genetis baru.

Mutan: sel/organisme memperlihatkan efek mutasi.

Mutasi proses replikasi dan transkripsi.

Proses mutasi rekombinasi satu sel ke sel lain.

Tahun 2007 di Great Kali River, perbatasan Nepal dan

India utara. Seekor goonch panjang 1,8 meter

dan 75,5 kilogram, telah bermutasi :berselera

terhadap daging manusia, tumbuh raksasa.