RESUME GENETIKA REKAYASA GENETIKA
Disusun untuk memenuhi tugas matakuliah Genetika II yang dibimbing oleh Prof. Dr. H. Agr. M. Amin, M.Si dan Andik Wijayanto, S.Si, M.Si.
Oleh: Kelompok 8 Offering H 2015: 1. Athiyah Layla
150342603234 150342603234
2. Uun Rohmawati
150342604651 150342604651
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN BIOLOGI SEPTEMBER 2017
Rekayasa genetika adalah manipulasi atas mareri genetik dengan cara menambah atau menghilangkan gen tertentu. Pada teknologi ini dimanfaatkan vektor ataupun sarana lainuntuk memindahkan materi genetik, antara lain: injeksi ikro, fusi protoplas, elektroporasi dan proyektil mikro. Berikut adalah pengertian rekayasa genetika (genetic engineering) dari 3 sumber: Rekayasa genetika adalah manipulasi sifat genetik suatu organisme dengan cara mengintroduksi atau mengeliminasi gen-gen tertentu (Miclos, dkk, 1990).
Rekayasa
genetika adalah manipulasi genetic dalam sel untuk menghasilkan suatu sifat yang dikehendaki yang biasanya disebut teknologi rekombinan DNA (Rasmussen, dkk, 1990).
Rekayasa
genetika adalah teknik mengubah konstitusi genetik sel atau individu dengan cara pemindahan selektif, insersi atau dengan modifikasi gen balik yang individual maupun yang berupa perangkat gen (Klug, dkk, 1994). Kesimpulan dari 3 sumber tersebut adalah pada rekayasa genetika terdapat manipulasi atas materi genetik dengan cara menambah atau menghilangkan gen tertentu. Berbagai fenomena genetik alami jika dicermati dapat menjadi model alami dari teknik rekayasa genetika contohnya crossing over, gene pick up, transduksi, dan lain sebagainya. Pada beberapa fenomena ini terjadi pemutusan, penyambungan, serta perpindahan bagian materi genetik yang dapat mengakibatkan penambahan atau perpindahan suatu gen atau beberapa gen. PROSES REKAYASA GENETIKA Teknik-teknik Rekayasa Genetika Menurut Smith dan Byars (1990) terdapat berbagai teknik yang digunakan dalam teknik rekayasa genetika meliputi teknik vektor, injeksi mikro, fusi protoplas, dan elektoporasi. Selain itu klug menambahkan juga teknik kopresipitassi kalsium pospat dan endositosis dan dikenal pula teknik proyektil mikro. Transfer Vektor Transfer vektor merupakan cara memasukan suatu gen ke sel baru dengan menggunakan pembawa (carrier) khusus yang memanfaatkan proses alami seperti pada transfer DNA oleh bakteri dan virus. Vektor yang digunakan adalah plasmid, bakteriofage dan cosmid (russel, 1992). Secara kimiawi vektor-vektor tersebut adalah molekul DNA. Sebagai Sebagai vektor suatu molekul DNA harus memiliki sifat-sifat yang harus dimiliki DNA seperti di bawah ini (Klug, dkk.,1994) Molekul DNA mampu melekukan replikasi sendiri maupun replikasi segmen DNA yang diinsersikan bebas dari replikasi kromosom sel inang dengan cara membuahi suatu “ori”
Molekul DNA harus mengandung sejumlah tapak pemutusan enzim retrisi khusus yang bermanfaat untuk insersi segmen-segmen DNA. Molekul DNA harus membuhai suatu penenda yang dapat dimanfaatkan. Molekul DNA harus mudah terbebas kembali ari sel inang. Selain sifat-sifat itu ada pula sifat lain yang diharapkan (Old dan Primrose, 1989) Berat molekul rendah
Adanya kemampuan untuk memberikan sifat fenotip yang dipilih
dengan segera pada sel inang. a. Plasmid Plasmid terbentuk secara alami invitro. Plasmid terdapat pada E. coli (plasmid RSF 2124 merupakan derifat dari plasmid ColE1). Plasmid-plasmid itu terdapat pada E.coli (plasmid RSF2124 merupakan derivat dari plasmid CoE1). Contoh lainnya adalah pBR322 dan derivatnya yaitu pUC19 b. Bakteriofag Bakteriofag yang banyak digunakan dalam teknologi DNA rekombinan pada E.coli adalah fag ƛ. Seluruh gen fag ƛ sudah diidentifikasi dan dipetakan uruturutan genom secara keseluruhan sudah diketahui. Seluruh derivat fag ƛ yang digunakan sebagai vektor transfer sudah direkayasa sehingga hanya siklus titik saja. Derivat-derivat Derivat- derivat fag ƛ lebih dari 100 derivat yang dimanfaatkan sebagai vektor dibuat dengan cara membuang berbagai bagian kelompok gen di daerah tengah. Selain bakteriofag yang digunakan sebagai vektor, salah satunya adalah M 13. Materi genetik pada M 13 berupa DNA unit tunggal. Jika M 13 menginfeksi suatu sel bakteri, DNA unting tunggal bereplikasi menghasilkan suatu model DNA unting ganda yang disebut RF (Replikasi Form). Molekul RF setara dengan plasmid dan DNA asing dapat diinsersikan ke tapak-tapak pemutusan enzim retriksi tunggal tunggal yang ada pada pada genom. Susunan dari molekul RF terdiri dari suatu unting tunggal (+) yang mengandung satu unting segmen DNA yang diinsersikan. Klon DNA unting tunggal yang di hasilkan oleh M 13 dapat digunakan untuk pengurutan DNA atau sebagai templet untuk perubahan urut-urutan klon akibat mutasi.
c. Kosmid (cosmid) Kosmid adalah vektor yang dibangun di laboratorium memanfaatkan uruturutan cos dan fag ƛ yang berguna untuk pemasukan/pegumpulan pemasukan/pegumpulan kromosom ke dalam kepala fag dan memanfaatkan pula urut-urutan (bagian tengah kosmid) untuk fungsi resistensi
terhadap antibiotik antibiotik serta replikasi. Kosmid dirakit dan plasmid dan fag ƛ, contoh plasmid contoh plasmid yang digunakan Pbr322. d. Vektor ulang-alik (Shuttle vectors) Selain vektor-vektor transfer seperti plasmid, bakterio fag ƛ, dan kosmid yang digunakan untuk pengklonan DNA, ve ktor lain yang dimanfaatkkan untuk memanfaatkan untuk memasukkan molekul-molekul DNA rekombinan ke dalam sel prokariotik maupun eukariotik. Vektor-vektor semacam itu disebut vektor ulang alik atau shuttlr vectors. Vektor ulang alik atau shuttlr vectors adalah vektor pengklon yang dapat bereplikasi di dalam dua atau lebih mahkluk hidaup inang. inang. 3. Injeksi Mikro, Fusi Protoplas, Elektroporasi, Kopresipitasi Kalsium Fosfat dan Endositosis, Serta Proyeksi Mikro
Pada injeksi mikro menggunakan jarum mikroskopis,untuk memas ukkan DNA melalui membran sel sasaran, termasuk ke dalam inti sel. Pada fusi protoplas terjadi pelarutan dua membran sel dari sel-sel yang berbeda sehingga dua sel dapat di gabung menjadi satu, misalnya fusi antara sel sel-sel sel-s el yang di kultur dengan protoplas bakteri yang mengandung DNA eksogen. Fusi protoplas, suatu sistem transformasi yang memanfaatkan liposom yang tersusun dari suatu lipida kationik. Pemanfaatan liposom sebagai suatu sistem transformasi atau transfeksi yang disebut sebagai lipofeksi (lipofection). Pada teknik eletroporasi menggunakan listrik untuk menciptakan lubang kecil di membran sel yang akan dimanfaatkan untuk pemindahan DNA ke dalam sel. Berkenaan dengan elektroporasi informasi dari Old dan Primrose (1989) menyebutkan bahwa pada pendedahan singkat kejutan listrik berkekuatan antara 4000-8000 V, sel-sel memperoleh DNA eksogen dan larutan sekitar (tampaknya melalui lubanglubang yang terbentuk sesaat pada membran plasma) dengan kejutan listrik akan meningkatkan frekuensi efisien transformasi (Potter dkk., 1984 dalam Old dan Primrose, 1989). Gambar 4. Vektor ulang alik yEp 24 pada khamir dan E. E. coli. Pada teknik kopresipitasi kalsium fosfat dan endositosis tampaknya butir-butir kopresipitas kalsium fosfat dan DNA masuk ke dalam sel melalui endositosis fagositosis (Old dan Primrose, 1989). Pada teknik ini merupakan cara umum memasukkan suatu DNA ke dalam sel-sel mamalia. Pada teknik proyeksi mikro, DNA ataupun RNA ditembakkan ke dalam sel (Klein dkk., 1987 dalam Old dan Primrose 1989), teknik ini merupakan suatu cara yang sama sekali baru untuk memasukkan asam nuklet ke dalam sel tumbuhan memanfaatkan kecepatan tinggi. Pada teknik proyeksi mikro membutuhkan kultur sel ataupun perlakuan jaringan resipien.
Prosedur Dasar Teknologi DNA
Rekombinan Urutan proses yang menjadi prosedur dasar pada teknik DNA rekombinan yang diperantai vektor vektor akan dikemukakan dikemukakan lebih lanjut (Klug (Klug dkk., 1994). 1. Pembuatan fragmen DNA dengan bantuan enzim nuklease retriksi yang mengenal dan memotong molekul DNA pada urut-urutan nukleotida yang spesifik 2. Segmen-segmen digabung ke molekul DNA lain dengan bantuan vektor. Vektor dapat bereplikasi secara otonom sehingga memfasilitasi manipulasi dan identifikasi molekul DNA yang baru terbentuk. 3. Vektor yang sudah terinsersi segmen DNA ditransfer ke suatu sel inang. Molekul DNA rekombinan direplikasi menghasilkan berlusin-lusin yang disebut klon-klon. 4. Segmen-segmen DNA yang diklon dapat diambil dari sel inang. i nang. 5. Sel-sel inang yang mengandung DNA rekombinan mewariskan kepada seluruh sel turunan, menghasilkan suatu populasi sel-sel identik yang semua membawahi urut-urutan yang di-klon. 6. Secara potensial, DNA diklon dapat ditranskripsikan, RNA-d ditranslasikan serta produk-produk gen diisolasi dan di kaji. Peran Enzim Endonuklease Retriksi
Pada urutan pertama proses yang menjadi prosedur dasar teknik DNA rekombinan yang diperantai oleh vektor enzim endonuklease dibutuhkan untuk memotong molekul DNA dalam rangka pembuatan fragmen DNA. Molekul DNA rekombinan tidak dapat dibentuk tanpa abntuan enzim endunuklease restiksi. Penanaman endunuklease restiksi di beri nama berdasarkan macam makhluk hidup tempat enzim tersebut diisolasi secara konvensional digunakan sistem tiga huruf dalam posisi huruf miring yang diikuti dengan suatu angka romawi. Enzim endonuklease retriksi terbagi menjadi dua kelompok atau tipe (Russel, 1992). Tipe I akan mengenali suatu urutan pasangan nukelotida yang spesifik pada DNA dan selanjutnya memotong DNA pada suatu tapak tidak spesifik jauh dari urutan. Enzim endonuklease restiksi tipe I tidak terlalu bermanfaat untuk pembentukan molekul DNA rekombinan. Enzim endonuklease restiksi tipe II suatu urutan pasangan nukleotida spesifik pada DNA namun tipe ini memotong DNA di dalam urutan (Russel,1992). Enzim endonuklease restriksi bermanfaat untuk pembentukan molekul DNA rekombinan. Untuk pengenalan ezim endonuklease restriksi tipe II memeliki suatu sumbu simetri yang melewati titik tengah urutan pengenalan (Russel, 1992). Dalam urutan basa 5’ 3’ pada unting DNA sama dengan urutan basa 5’ 3’ pada komplementernya.
Enzim endonuklease restriksi sudah diisolasi dari sejumlah besar strain bakteri yang berbeda (Russel, 1992). Oleh karena itu setiap enzim memotong DNA pada suatu pasangan nukleotida yang spesifik untuk enzim yang bersangkutan, jumlah potongan yang dibuat enzim pada suatu molekul DNA tertentu tergantung pada jumlah berapa kali urutan pengenalan ditemukan pada DNA. Enzim endonuklease restriksi tipe II menghasilkan ujung-ujung lancip yang memiliki nilai khusus pada pengklonal fragmenfragmen DNA jika kedua ujung tajam hasil pemotongan bertemu dalam larutan, maka akan berbentuk pasangan basa yang sempurna. Seleksi Klon Rekombinasi
Southern mengembangkan suatu metode untuk mendeteksi fragmen-fragmen di dala m sel agarose yang komplementer dengan urutan rna dan dna tertentu. Metode ini dikenal sebagai southern blotting yang kemudian dikembangkan untuk menganalisis rna dan protein yang dikenal dengan nothern and western blotting. Bagan southern blotting ditunjukkan pada gambar berikut: Pada teknik blotting ini intinya adalah mentransfer makro molekul dari gel, berarti mereka dipisahkan secara elektroforesis ke perekaman suatu membran.
MANFAAT DAN RESIKO REKAYASA GENETIKA Manfaat Rekayasa Genetika
Manfaat analisis reayasa genetika dapat dilihat dalam kiatannya dengan analisis genetik, diagnosis molekuler atas penyakit manusia, terapi gen, sidik jari dna, serta bioteknologi (klug dkk dkk 1994). Uraian tersebut antara lain: Analisis Genetik
Selama teknik-teknik dna rekombinasi untuk kepentingan analisis genetik. Teknikteknik itu memungkinkan penggandaan suatu kumpulan klon yang meliputi keseluruhan klon demikian pula memungkinkan pemetaan genetik maupun fisik yang lengkap, serta memungkinkan penetapan urutan nukleotida dari keseleuruhan kromosom. Dari analisis tersebut salah satunya telah ditemukan dit emukan ukuran genome beberapa makhluk hidup. Proyek genome manusia mulai dirintis sejak tahun 1986 dan sejak 1988 dilaksanakan suatu rencana royek genome manusia berjangak 5 tahun. Negara-negara yang juga sudah melaksanakan proyek genome manusia adalah perancis,inggris, dan jepang. Analisis genetik manusia ini sudah memungkinkan untuk membuat peta kelamin genetik manusia natara lain dengan bantuan penanda rflp (retriction fragment lenght polymerphism). Diagnosis Molekuler atas Penyakit Manusia
Pemanfaatan urutan dna yang di klon memungkinkan pengamatan langsung terhadap genotip dari pada pengamatan atas suatu suat u produk gen yang belum dikenal atau tidak terekspresi. Sebagai contoh deteksi molekuler dapat diinduksikan atas thelessemia dan sickle cell anemia. Terapi Gen
Pada mulanya kemampuan mengklon dan mengisolasi gen-gen spesifik manusia yang dikembangkan sebagai suatu kegiatan penelitian, sekarang sedang b digunakan dalam bidang kedokteran secara operasional untuk mengani kelainan-kelainan menurun dan cara yang ditempuh adalah mengganti gen cacat dengan salinan gen normal (klug dkk, 1994). Yang mana prosesnya dikenal sebagai terapi gen. Sudah banyak metode yang diterapkan dalam memasukkan gen ke dalam sel manusia termasuk pemanfaatan vektor virus maupun fusi sel dengan vesikula buatan yang mengandung urutan dna yang diklon, transfer kimiawi yang mendorong pengangkutan gen melewati membran sel jika sudah dilakukan. Panduan terapi yang sudah ditemukan seduah ditemukan berdasarkan pras yarat berikut (klug,dkk 1994) : a. Gen harus diisolasi dan ditransfer b. Cara transfer gen yang efektif harus ada c. Jaringan target harus dapat tercapai sebagai contoh, percobaan terapi gen yang pertama menggunakan sel-sel darah putih ataupun prekusornya prekusornya sebgai jaringan target. d. Terapi gen tidak boleh menyakiti pasien dan sudah tidak ada cara terapi lain yang efektif.
Sidik Jari DNA
RFLP sudah digunakan untuk membedakan salinan gen yang normal dari yang mutan dan dapat digunakan sebagai penanda genetik , karena polimorfisme tersebut diwariskan dalam pola kodominan kodominan (klug dkk,1994). Fenotip dari penanda-pennda penanda-pennda ini berupa berupa susunan atau deretan fragmen dna berbagai ukuran yang ada pada southern blout, ses udah dna dipotong dengan suatu enzim endonuklease restriksi. Suatu tipe rflp kedua muncul dari variasi jumlah urutan berulang tandem. Dna yang ada diantara dua tapak enzim edonuklease restriksi. Urutan tersebut berasal dari dua hingga dua puluh nukleotida. Pola pita yang dihasilkan ketika urutan vnrt dipotong dengan menggunakan enzim endonuklease restriksi dan divisualisasikan dengan southern blotting itulah yang dikenal sebgai sidik jari dna. Rflp tersebut ekuivalen dengan sidik jari konvensional karena pola pita yang dihasilkan berbeda beda dari orang per orang. Bioteknologi
Saat ini rekayasa genetika dalam pertanian menjanjikan tetapi ada keterbatasan dalam teknologi. Menurut micklos dan freyer (1990) kesulitan analitis genetis tanaman disebabkan oleh : 1) Pertumbuhan tanaman yang lambat dan umur pergantian generasi yang lama 2) Besarnya genome tanaman, termasuk ter masuk banyaknya kromosom poliploid 3) Dimilikinya “kotak kayu” yaitu dinding se l berupa selulose yang mengelilingi tanaman. Dalam rekayasa genetika sifat yang dikendalikan oleh banyak gen sangat sulit untuk di rekayasa dan dikendalikan. Misalnya, tumbuhan memerlukan nitrogen untuk membuat protein tetapi tidak dapat langsung memanfaatkannya secara langsung dari udara bebas. Perakaran kacang tanah, kedelai, dan semanggi mengandung bakteri bintil akar yang dapat mengubah nitrogen diudara bebas menjadi bentuk yang dapat dimanfaakan, tatapi perakaran tanaman lain seperti jagung dan padi harus memperoleh nitrogen dari pupuk atau dari produk samping organisme lain yang meninggalkan nitrogen yang tersedia dari dalam tanah. Apabila dapat di ciptakan jagung yang dapat membuat nitrogen tentulah dapat mengurangi biaya pemupukan, termasu mengurangi pencemaran sistem perairan karena masukknya sisa-sisa pemupukan nitrat dan fosfat dari ta tanah nah pertanian. Fiksasi nitrogen dikendalikan oleh lebih dari 15 gen yang
berbeda dalam sistem bakteri/tanaman. Serta menggunakan gen yang yang sekarang belum berhasil diisolasi dan kebingungan dalam penataan ulangnya. BAB 13 GEN MENGENDALIKAN SIFAT: TIAP SIFAT DIKENDALIKAN OLEH BEBERAPA GEN
Topik utama kajian dalam bab ini adalah (1) sifat-sifat yang dikendalikan oleh suatu gen (tunggal, (2) sesuatu sifat yang dikendalikan oleh gen-gen yang berkelompok, (3) sesuatu sifat yang dikendalikan oleh gen-gen yang letaknya tersebar, dan (4) gen-gen tertentu mengendalikan lebih dari satu sifat. Dari topik tersebut dapat disimpulkan garis besar bahwa terdapat sifat yang dikendalikan oleh satu gen (tunggal), gen yang berkelompok, maupun gen yang letaknya tersebar. Hal yang menjadi pertanyaan ialah apakah memang satu gen tunggal mengendalikan satu sifat ataupun terdapat gen-gen tertentu yang dapat mengendalikan beberapa sifat. Konsep yang Terbentuk Dari Temuan Mendel
Percobaan persilangan oleh Mendel atas Pisum atas Pisum sativum menunjukkan bahwa sifat-sifat dikendalikan oleh sepasang alela (pada makhluk hidup diploid). Terdapat beberapa informasi yang mempertegas temuan Mendel, seperti bahwa seluruh karakter yang diteliti oleh Mendel pada kacang adalah secara kualitatif karena kesemuanya kesemuanya diatur oleh gen tungal. Tambahan Tambahan lain menyatakan bahwa perlu diingat bahwa Mendel juga mendiskripsikan kondisi variasi. Ketika Mendel menyilangkan buncis berbunga putih dan berbunga ungu, sebuah warna bunga intermediet (pink) ternyara muncul pada progeni dari gabungan putih ke ungu kemerahan yang ditemukan pada F1, yang juga dikendalikan oleh satu gen (sepasang alela). Sifat Makhluk Hidup yang Ditunjukkan sebagai Contoh yang Dikenadalikan Oleh Satu Gen
Pada manusia, contoh kelainan yang berkaitan dengan sifat yang dikendalikan oleh satu gen ialah Alkaptonurta, ialah Alkaptonurta, Phenylketonuria, Phenylketonuria, Lesch-Nyhan Syndrome dan dan tay Sachs Disease. Disease. Sifat golongan darah manusia (ABO) juga merupakan contoh dalam hal ini yang berwujud alela ganda.
Penderita alkaptonuria, warna urinenya akan segera berubah menjadi hitam juka terkena udara, dan di usia tua daoat mengalami gangguan arthritis. Penderita phenylketonuria tidak mampu memproduksi tyrosin dari phenylalanin, sehingga jumlah phenylalanin berlebih dan dikonversikan menjadi derivat phenyl, seperti asam phenylpyruvat yang dapat dideteksi dalam urine; pada bayi kelainan ini dapat berakibat terjadinya keterbelakangan mental, jika tidak segera diatasi. Gangguan Lesch-Nyhan Syndrome bersangkut paut dengan gen tertentu t ertentu yang terdapat pada kromosom X. Pria penderita Lesch-Nyhan Syndrome mempunyai intelegensi rendah (subnormal), lumpuh, mempunyai sifat bawaan merusak, bahkan terhadap diri sendiri dengan kegemaran khusus menggigit jari serta bibirnya. Pada penderita Tray Sochex Disease, todak terdapat enzim lysosomal yang biasanya berfungsi untuk memecahkan beberapa macam makromolekul yang kompleks seperti polisakarida, lipid, protein, maupun asam nukleat. Pada bayi, gangguan ini akan terjadi penimbunan lipida ganggliosida GM dalam se-sel otak yang berakibat terjadinya degenerasi otak dan bayi semacam ini akan mati pada umur 2 tahun. Informasi Tentang Sifat Makhluk Hidup yang Dikendalikan Oleh Satu Gen
a. Sifat Makhluk Hidup yang Dikendalikan Oleh Kelompok Gen Temuan yang dikemukakan adalah berkenaan dengan contoh sifat yang dikendalikan oleh kelompok gen yang letaknya tidak tersebar maupun yang tersebar. Contoh sifat yang dikendalikan oleh kelompok gen yang letaknya tidak tersebar
Bakteri Di lingkungan bakteri, contoh sifat yang dkendalikan oleh kelaompok gen yang
letaknya tidak tersebar (berdekatan) dijumpai pada sifat yang rangkaian reaksi biokimianya dikatalisator oleh enzim yang pembentukannya (protein) berada dalam koordinasi satu model operon. Contohnya ialah operon trp seperti pada S. Typhimurium. Model lain ialah operon leucine (leu) pada S.typhimurium maupun operon lac pada E.coli, pada E.coli, dsb. Pada operon galactose (gal), sifat atau ata u kemamuan E.coli kemamuan E.coli melakukan degradasi galactose menjadi Glu-1-P dan UDPG, tergantung pada enzim yang polipeptidanya dibentuk dibawah kendali rangkaian gen pada operon galactose. Pada operon trp, kemampuan E.coli menghasilkan asam amino triptofan, tergantung enzim yang polipeptidanya dibentuk berdasarkan acuan kode genetika pada ARN-d polyeistimik, yang ditransmisikan dibawah koordinasi gen pada operon trp. Demikan pula pada operon lain.
Jamur Ragi memiliki kemamuan melakukan proses biosintesis his tidine antara lain tergantung ter gantung
pada 3 enzim yang proteinya terbentuk berdasarkan acuan kode-kode genetika pda ARN-d yang ditranskripsikan dibawah koordinasi geb pada lokus HIS 4. Pelacakan lanjutan membuktikan bahwa gen pada lokus HIS 4 itu it u terbagi menjadi 3 bagian yaitu HIS 4A, HIS 4B dan HIS 4C diketahui pula bahwa ketiganya ternyata berfungsi sebagai 3 gen berbeda. Sekalipun proses transkripsi atas ge HIS 4 terlihat sebagai satu unit transkripsi. Proses biosintesis histidin pada pada S. Typhimurium merupakan model operon his, yang pada ragi terdapat 3 tahap yang diantaranya dikatalisisr oleh 3 enzim yang polipeptidanya dibentuk berdasarkan kode genetika pda ARN-d yang ditranskripsikam oleh bagian HIS 4A, HIS 4B dan HIS 4C. Kegiatan operon his tersebut memperlihatkan sifat sif at yang dikendalikan oleh kelompok gen yang letaknya tidak tersebar (berdekatan).
Drosophila Pada D.melanogaster sudah diketahui terdapat sifat tertentu seperti pada ragi. Ragi.
Rangkaian reaksi biokimia yang mendukung sifat atau kemampuan D.melanogaster melakukan proses biosintesis pirimidine ternyata dikatalisisr oleh enzim yang proteinnya dibentuk mengikuti acuan kode gentika pada lokus rudimenter ( r ) yang merupakan contoh dari sejumlah lokus yang dikenal sebagai lokus l okus kompleks pada D. pada D. melanogaster. Analisis efek mutasi menunjukkan bahwa gen oada lokus r itu terb agi menjadi 7 bagian (I-VII). Empat bagian sudah diketahui terlibat pada pembentukan protein enzim yang mengkatalisir tahap reaksi biokimia pada proses biosintesis pirimidin. Tiga tahap awal dikatalisir oleh enzim yang polipeptidanya dibentuk dibawah koordinasi bagian dari gen yang terdapat pada lokus r. Fungsi atau peranan bagian lain gen dalam lokus r belum diketahui. Jelas sekali bahwa fungsi tersebut dikendalikan oleh gen yang letaknya berdekatan.
Informasi tentang tentang Sifat Makhluk Hidup yang Dikendalikan Bukan Oleh Satu Gen a. Sifat-sifat Makhluk Hidup yang Ditunjuk Sebagai Contoh yang Dikendalikan Oleh Kelompok Gen
Informasi yang berkenaan tentang sifat gen yang dikendalikan oleh kelompok gen yang letaknya tidak tersebar maupun tersebar diintisarikan dari kajian “Clustered genes specifying one trait dan Dispersed genes specifying specif ying one trait”. trait”.
1. Contoh Sifat yang Dikendalikan Oleh Kelompok Gen yang Letaknya Tidak Tersebar
1.1 C ontoh ontoh pad pada a B akter akter i Dilingkungan bakteri, contoh sifat yang dikendalikan oleh kelompok genn yang letaknya tidak tersebar (Berdekatan), dijumppai pada sifat yang rangkaian rekasi biokimianya dikatalisator oleh enzim-enzim yang pembentuknya (protein) berada dalam dala m koordinasi satu model operon. Pada operon galaktose, kemampuan E coli melakukan degradasi galactose menjadi Glu-1-P dan UDPG, tergantung pada enzim-enzim yang proteinnya dibentuk di bawah kendali rangkaian gen pada operon galactose. Kode-kode genetika menjadi acuan translasi polipeptida-polipeptida, terangkai pada satu RNA d yang bersifat polisistronik. Kemampuan E coli menghasilkan asam amino tryptophan tergantung pada enzimenzim yang proteinnya dibentuk berdasarkan kode-kode genetik pada ARN-d polyeisonik yang ditranskripsikan dibawah koordinasi gen-gen pada operon tryptophan. informasi tentang sifat atau kemampuan yang rangkaian reaksi biokimiawinya dikatalis oleh enzimenzim yang proteinnya dibentuk dbawah koordinasi gen-gen pada suatu model operon, secara jelas menunjukkan adanya sifat tertentu pada makhluk hidup yang dikendalikan oleh kelompok gen yang letaknya tidak tersebar (berdekatan).
Gambar Operon Laktose
Gambar Operon Tryptophan
1.2 C ontoh ontoh pad pada Jam J amur ur Kemampuan ragi untuk melakukan bioseintesis histidin, antara lain tergantung pada 3 enzim yang proteinnya dibentuk berdasarkan acuan kode-kode genetika pada RNAd yang ditranskripsikan di bawah koordinasi gen pada lokus HIS 4. Gen pada lokus HIS 4 terbagi menjadi tiga bagian yaitu HIS 4A, HIS 4B, dan HIS 4C. Ketiga bagian gen HIS 4 tersebut berfungsi sebagai 3 gen yang berbeda, sekalipun proses transkripsi atas gen HIS 4 terlihat sebagai satu unit transkripsi.
Gambar Operon Histidine
1.3 Contoh Pada Drosophila
Rangkaian reaksi biokimia yang mendukung sifat atau kemampuan D. melanogaster melakukan melakukan proses biosintesis pyrimidin, ternyata dikatalisisr oleh enzimenzim yang proteinnya (polypeptida) (polypeptida ) yang yang dibentuk mengikuti acuan kode-kode genetika pada lokus rudimenter (r). Locus rudimenter (r) ini adalah contoh dari sejumlah locus yang dikenal sebagai complex loci pada D.melanogaster . D.melanogaster . Gen rudimenter (r) itu terbagai menjadi 7 bagian (I-VII). Empat bagian (I, II, I I, III dan IV) sudah diketahui dik etahui terlibat pada
pembentukan protein (polypeptida) enzim-enzim yang mengkatalisir tahap-tahap reaksi biokimia pada proses biosintesis pyrimidine. pyrimidine .
Gambar lokus rudimenter pada D. melanogaster
Gambar bagian-bagian dari gen lokus rudimenter (r) D. melanogaster
1.4 Contoh Pada Makhluk Hidup Eukariotik Yang Lebih Tinggi
Pada makhluk hidup eukariotik lebih tinggi terdapat sifat atau kemampan tertentu yang dikendalikan oleh kelompok gen yang letaknya tidak tersebar. Sebagai contoh misalnya sifat atau kemampuan yang dikendalikan oleh gen-gen yang letaknya pada locus
histocompabilitas maior dari tikus dan manusia. manusia . sifat atau kemampuan semacam termaksut bersangkut paut dengan sistem imunitas tubuh. Dikenal pula adanya gen-gen yang berada pada locus histocombilitas maior.
Gambar MHC pada Manusia
Gambar MHC pada Manusia dan Tikus Pada tikus, gen pada daerah K dan D bertanggung jawab atas anti gen histocompabilitas major pada membran sel. Gen-gen pada daerah TL bertanggung jawab pada antigen-antigen transplantasi pada permukaan sel. Gen pada daerah I mengendalikan antigen Ia (komponen membran sel limfosit M atau T). Pada manusia, gen-gen lokus B dan A bertanggung jawab atas antigen-antigen histocompabilitas major pada membran sel. Locus C dan D lebih dikenal dengan locus-locus minor.
2. Contoh Sifat yang Dikendalikan Oleh Kelompok Gem yang Letaknya Tersebar
Dikalangan makhluk hidup eukariotik yang paling umum dijumpai adalah yang berkenaan dengan sifat s ifat (satu) yang dikendalikan oleh gen-gen yang letaknya tersebar dalam genom. Dengan demikian letak dari gen-gen termaksud paling sering tersebar pada lebih dari sau kromosom. Pada E coli (yang hanya memiliki 1 kromosom) sudah sudah diketahuipula bahwa letak dari gen-gen yang bertanggung jawab terhadap berbagai enzim aminoacyl-tRNA synthetase, tersebar di berbagai tempat pada kromosom;demikian pula gen-gen yang
bertanggung jawab atas enzim-enzim proses biosintesis arginin. Keterlibatan beberapa gen yang letaknya tersebar atas sesuatu sifat, boleh jadi berupa keterlibatan atas pembentukan satu protein.
ontoh pada pada Chlam Ch lamyd ydom omona onass r ei nhardi nhar di 2.1 C ontoh Kemampuan C Reinhardi melakukan proses biosintesis thiamin, ternyata melibatkan enzim-enzim yang pembentukan proteinnya dikendalikan oleh beberapa gen yang disebut gen thi (thi 1, thi 2 dst). Gen thi tersebar pada beberapa kromsosm yang berbeda.
ontoh pada pada N eurosp ur ospora ora crassa cr assa dan dan ragi r agi 2.2 C ontoh Letak gen thi maupun gen-gen lain seperti gen-gen arg, dan sebagainya juga tersebar pada kromososm yang berbeda.
2.3 C ontoh ontoh pada pada D . melanog melanogaste asterr Pemetaan lokus-lokus gen pada D. melanogaster menunjukkan bahwa berbagai sifat teretntu dikendalikan oleh gen-gen yang letaknya tersebar pada kromosom yang berbeda. Sifat warna tubuh dikendalikan oleh beberapa gen yang letak lokusnya tersebar pada kromosom I,II, dan III. Rincian letak lokus gen-gen tersebut adalah: 1. Pada kromosom I : y+, y, s+, s; 2. Pada kromosom II :b+, b: 3. Pada kromosom III : e +, e. Sifat warna mata ternyata dikendalikan oleh gen-gen yang lokusnya tersebar pada kromosom I, II, III. Rincian letak lokus gen-gen itu adalah: 1. Pada kromosom I
: w+, w, v+ , v, car + , car;
2. Pada kromosom II
: pr + ,pr; bw+ , bw ;
3. Pada kromosom III
: se+ ,se,st+, st, ca+, ca
Sifat mata yang lain misalnya keadaan permukaan mata (licin atau kasar), dikendalikan oleh gen-gen yang lokusnya tersebar pada kromosom 1 (ec+, ec), kromosom III (ru+, ru, ro+, ro).
2.4 C ontoh ontoh pada pada manusi manusia a Dewasa ini sudah diketahui pula bahwa manusia bahwa protein enzim lactase dehidrogenase pada manusia dikendalikan pembentukannya oleh gen-gen yang terdapat pada lokus di kromosom 11 dan 12. Melalui perlakuan elektroforesis, enzim lactase dehidrogenase pada manusia diketahui terkelompok menjadi 5 isozyme, tiap isozyme bersifat tropomer. Analisis in vitro menunjukkan bahwa keseluruhan 5 isozyme tersusun dari macam polipeptida (A, B) Rincian komposisi polipeptida pada ke-5 isozyme itu adalah :
1. isozyme 1 ( LHD1)
: 4 polipeptida B (B4)
2. isozyme 2 ( LHD2 )
: 1 polipeptida A dari 3 polipeptida B (AB3)
3. isozyme 3 ( LHD3)
: A2B2
4. isozyme 4 ( LHD4 )
: A3B1
5. isozyme 5 ( LHD5)
: A4
2.5 Contoh lain yang berkenaan dengan multienzyme complex. Multienzyme complex dapat diartikan sebagai kelompok enzyme yang mengkatalisisr tahap-tahap reaksi biokimia yang berurutan pada suatu proses metabolism yang secara fisis saling berdekatan satu sama lain. Multienzyme complex berperan pada hampir seluruh aspek metabolism. Dewasa ini sudah diketahui bahwa pembentukan polipeptida-polipeptida penyusun protein-protein pada multienzyme complex dapat dikendalikan dikendalikan oleh gen-gen yang letaknya tidak tersebar maupun yang tersebar, contoh Multienzyme complex yang protein-protein pembentuknya dikendalikan oleh gen-gen yang yang letaknya letaknya tidak tersebar, adalah enzim-enzim yang berperan pada proses biosinstesis histidin oleh ragi, dalam hal ini pembentukan polypeptida termaksud dikendalikan oleh kelompok kelompok gen HIS 4A, HIS HIS 4B dan HIS 4C. Contoh Multienzyme complex yang pembentukan protein-proteinnya dikendalikan oleh gen-gen yang letaknya tersebar, adalah enzyme-enzime yang berperan pada proses biosintesis tryptophan oleh N. crasa. crasa. Pembentukan polipeptida-polipeptida penyusun protein-protein enzyme-enzim pada proses biosintesis tryptophan oleh N.crassa, dikendalikan oleh gen trp 1 dan trp 2. Dalam hal ini sudah diketahui bahwa 4 polipeptida produk dari gen trp 1 berinteraksi dengan 2 polipeptida produk dari gen trp 2, membentuk suatu protein yang hexamerik. Protein yang hexamerik ini mempunyai 3 macam karakter aktivitas enzimatis pada proses biosintesis tryptophan. Ke 3 macam karakter aktivitas enzimatis itu menunjuk kepada adanya 3 macam enzyme, yaitu yang disebut sebagai Phosphoribosyl-anthranilic acid (PRA) isomerase dan indole-3-glycerol-phosphate (InGP) synthetase. Dikenal pula adanya urut-urutan yang bercabang, bahkan dikenal pula adanya lebih dari satu urut-urutan yang hasilnya saling berinteraksi memperlihatkan satu sifat atau kemampuan.
Informasi Lain Tentang Gen Mengendalikan Sifat Makhluk Hidup Konsep Interaksi
Adanya sifat tertentu yang dikendalikan oleh lebih dari 1 gen seperti yang telah dikemukakan, telah diketahui mengundang terjadinya interaksi antar gen (antar lokus) pada
tingkat expresi fenotif. Interaksi antar gen pada lokus yang berbeda ini (pada tingkat ekspresi fenotif ), dibedakan menjadi interaksi epistasis dan interaksi nonepistasis. Interkasi epistasis terjadi terjadi jika gen-gen tersebut mengendaikan pembentukan polipeptida dari enzim-enzim pada suatu urut-urutab reaksi biokimia yang sama yang mengarah keterwujudnya satu sifat fenotip. interaksi nonepistasis terjadi jika gen-gen tersebut mengendalikan pembentukan polipeptida dari enzim pada urut-urutan reaksi biokimia berbeda tetapi yang mengarah ke terwujudnya sifat fenotip. Kajian tentang interaksi antar gen (antar lokus) pada tingkat fenotif, baik yang tergolong epistasis aupun non-epistasis, pada dasarnya berkaitan dengan beberapa aspek (tingkat)kajian. Dengan pertimbangan intensitas kajian, interaksi antar gen (antar lokus) pada tingkat fenotif seperti yang telah disebutkan, akan dibahas pada bagian sendiri. 1. Pleiotropi
Dewasa ini sudah diketahui adanya gen-gen tertentu pada makhluk hidup yang mengendalikan lebih dari satu sifat atau at au kemampuan. Dalam hal ini fenotip dari suatu gen bukan hanya satu macam, tetapi lebih dari satu macam. Efek fenotif dari sesuatu gen semacam itu disebut pleitropi. Satu contoh gen yang mengendalikan lebih dari satu sifat atau kemampuan seperti termaksud adalah gen yang pada D.melanogaster. sudah diketahui bahwa individu yang bersifat homozigot untuk gen vg (vg/vg), disamping mempunyai sayap vestigial, juga mempunyai balancei balancei ( halter ) yang termodifikasi, pasangan bristle dorsal tertentu berposisi tegak, organ reproduksi reproduksi agak berbeda, umur yang lebih pendek, serta mengalami penurunan fecunditas. Contoh gen yang mempunyai efek pleiotropi antara lain gen yang bertanggung jawab atas kelainan phenyl phenyl ketonuria (PKU). Individu Individu yan yan memiliki gen semacam itu tidak mampu membuat tirosin dari phenylalanine. Oleh karena itu individu tersebut mengalami akumulasi phenylalanine dalam darah, mempunyai ukuran tengkorak yang tidak normal. 2. Pengaruh Modifyer Gene
Ekspresi fenotif gen dapat berubah karena pengaruh sesuatu gen yang yang terdapat pada lokus yang berbeda. Dikatakan pula bahwa gen yang mengubah ekspresi fenotif sesuatu gen temaksud, disebut sebagai modifier gene. Sarin (1985) menyatakan bahwa gen-gen yang tergolong sebagai modifier genes merupakan kelompok (complex) gen yang efeknya bersifat kualitatif. Dikatakan pula bahwa Karena banyaknya jumlah gen dalam kelompok-kelompok itu, adalah sulit menganalisis gen-gen yang menjadi komponen dalam kelompok itu. Informasi tentang pengaruh modifier genes seperti yang telah
dikemukakan, pada dasarnya merupakan tambahan bukti lain yang menunjukkan bahwa ada sifat atau kemampuan (fenotif) tertentu ternyata dikendalikan oleh lebih dari sat u gen, dalam hal ini sifat atau kemampuan tersebut disamping dikendalikan oleh gen tertentu yang bersangkutan dipengaruhi pula oleh gen-gen lain yang letaknya pada lokus yang berbeda
Tiap sifat atau Kemampuan (Fenotif) Dikendalikan Dikendalikan Oleh Berapa Gen?
1. Komposisi protein Macam dan jumlah polipeptida pada suatu protein enzim dapat berbeda-beda. Ada protein enzim ynag hanya terdiri dari suatu polipeptida, tetapi ada pula yang tersusun dari dua ataupun lebih dari dua polipeptida. Apabila protein enzim itu terdiri dari satu polipeptida maka macam polipeptida tersebut tentu saja hanya satu. Akan tetapi jika jumlah protein enzim tertentu tersusun dari dua atau lebih polipeptida, maka polipeptida-polipeptida tersebut mungkin hanya satu macam tetapi dapat pula lebih dari satu macam. Jika macam polipeptida pada sesuatu protein tidak seragam, maka seperti diketahui pembentukan polipeptida polipeptida itu bukan dikendalikan dikendalikan oleh satu macam gen.
2. Hubungan antara Reaksi Biokimia dalam Sel dan Sifat atau Kemampuan (Fenotip)
Reaksi-reaksi biokimia dalam sel yang ribuan macamnya serta enzimatis berhubungan satu sama lain, l ain, dan produk satu reaksi biokimia akan menjnadi substrat bagi yang berikut. Reaksi biokimia memang harus dikatalisir oleh enzim. Produk reaksi biokimia dalam sel adalah sifat atau kemampuan fenotip. Dalam hal ini melanin sebagai produk dari satu urut-urutan reaksi biokimia adalah suatu sifat fenotip. Jelaslah antara reaksi biokimia dalam sel dan sifat atau kemampuan (fenotip) terdapat hubungan yang sama erat, karena sifat atau kemampuan itu adalah produk dari reaksi biokimia dalam sel. Untuk menghasilkan suatu prodk dibutuhkan lebih dari satu rangkaian reaksi. sehingga dapat dipastikan juga akan membutuhkan banyak enzim, apabila setiap ennzim bekerja bekerja spesifik pada tiap tahap rekasi. Pembentukan tiap macam polipeptida protein dikendalikan oleh gen-gen yang berbeda. Antara reaksi biokimia
dalam sel dan sifat atau kemampuan (fenotip) terdapat hubungan yang sangat erat, karena sifat atau kemampuan itu adalah produk dari reaksi biokimia dalam sel. 3. Tiap Sifat atau Kemampuan (Fenotif) Makhluk Makhluk Hidup Dikendalikan oleh banyak gen
Pada dasarnya sifat atau kemampuan (Fenotip) apa pun dikendalikan oleh lebih dari satu gen (pada locus yang berbeda), tersebar atau tidak tersebar. Dengan demikian sifat atau kemampuan (fenotip) apapun, sesungguhnya adalah hasil interaksi antara gen (pada locus yang berbeda) pada mekanisme eksperimennya. Suatu sifat atau kemampuan (fenotif) apapun sebenarnya tidak hanya ditentukan oleh ekpresi gen-gen (pada locus yang berbeda) yang saling berinteraksi akan tetapi ditentukan pula oleh kondisi lingkungan yang melingkupi seluruh proses ekspresi gengen tersebut, yang dimaksud dengan kondisi lingkungan disini adalah kondisi lingkungan eksternal dan internal. Sehubungan dengan kesimpulan yang telah diutarakan, pada sudut tinjauan lain, seluruh proses ekspresi gen apakah gen ,dilihat sebagai tiap gen ataupun dilihat sebagai kelompok gen yang menghasilkan sesuatu sifat atau kemampuan (fenotip), dipengaruhi pula oleh kondisi lingkungan yang melingkupi.
Telaah ulang Atas Pleiotropy
Pleitropy adalah sesuatu hal yang wajar dan bukan kasus, karena pertimbangan bercabang-cabangnya reaksi-reaksi biokimia pada proses faali seperti yang telah dikemukakan. dikemukakan. Dalam hubungan ini, sesuatu produk pada suatu tahap reaksi biokimia, dapat dilibatkan pada lebih dari satu rangkaian reaksi biokimia berikutnya. Pada keadaan semcam inilah, jelas terlihat bahwa adalah wajar sekali jika sesuatu gen dikatakan bertanggung jawab atas hasil akhir pada dari satu rangkaian rekasi biokimia, dikatakan lebih lanjut gen tertentu mengendalikan lebih dari satu sifat atau kemampuan. 1. Antara Pleiotropy dan Sifat atau Kemampuan (Fenotip) yang dikendalikan Oleh banyak Gen
Dengan dasar reaksi-reaksi biokimiawi yang bercabang-cabang dalam sel pada proses faali, pleiotropy dibedakan dari sifat atau kemampuan (fenotip) yang dikendalikan oleh banyak gen, hanyalah atau pertimbangan sudut pandang. Zat warna kulit kehitaman atau kemampuan membentuk melanin, tidak hanya tergantung pada reaksi biokimia yang mengubah Indole 5,6-quinone menjadi melanin: tetapi tergantung
pula atas rangkaian reaksi-reaksi biokimia sebelumnya, yaitu yang mengubah phenylalanine-tyrosine, tyrosine-dyhidroxyphenylalanine, dyhidroxyphenylalaninedyhidroxyphenylalaninedapachrome, serta dapachrome-indole 5,6-quinone. raksi biokimia itu dikatalisir oleh enzim-enzim yang spesifik. Gen atau gen-gen pengendali sintesa polipeptida penyusun protein enzim phenylalanine
hydroxylase,
berdasarkan
rangkaian
reaksi
biokimia
ternyata
mengendalikan lebih dari satu sifat atau kemampuan (fenotip). Kemampuan sel untuk membentuk melanine, fumaric acid atau acetoacetic acid, adrenalin, tyrosine atau sebagainya ternyata dikendalikan oleh gen atau gen-gen termaksud. Dalam rumusan yang lebih umum dikenal, sifat, warna kulit yang kehitaman, warna urine yang tidak berubah menjadi hitam jika ji ka terkena udara, kemampuan dephosphorilasi glucose, sifat pertumbuhan, perkembangan mental, dan sebagainya, seluruhnya dikendalikan oleh gen atau gen-gen itu. Penyebutan pleiotropy yang dibedakan dari sifat atau kemampuan (fenotip) yang dikendalikan oleh banyak gen, hanyalah didasarkan atas pertimbangan sudut pandang.
Pertanyaan
1. Bagaimana Pengaruh Modifyer Gene Modifiyer gene adalah gen yang mengubah ekspresi fenotif sesuatu gen te maksud, disebut sebagai. Gen-gen yang tergolong sebagai modifier genes merupakan kelompok (complex) gen yang efeknya bersifat kualitatif. Banyaknya jumlah gen dalam kelompokkelompok itu, adalah sulit menganalisis gen-gen yang menjadi komponen dalam kelompok itu. Informasi tentang pengaruh modifier genes seperti yang telah dikemukakan, pada dasarnya merupakan tambahan bukti lain yang menunjukkan bahwa ada sifat atau kemampuan (fenotif) tertentu ternyata dikendalikan oleh lebih dari s atu gen, dalam hal ini sifat atau kemampuan tersebut disamping dikendalikan oleh gen tertentu yang bersangkutan dipengaruhi pula oleh gen-gen gen-gen lain yang letaknya pada lokus lokus yang berbeda 2. Bagaimana interaksi epistasis terjadi? Interkasi epistasis terjadi terjadi te rjadi jika gen-gen tersebut mengendaikan pembentukan polipeptida dari enzim-enzim pada suatu urut-urutab reaksi biokimia yang sama yang mengarah keterwujudnya satu sifat fenotip. interaksi nonepistasis terjadi jika gen-gen tersebut mengendalikan pembentukan polipeptida dari enzim pada urut-urutan reaksi biokimia berbeda tetapi yang mengarah ke terwujudnya terwujudnya sifat fenotip.