(Rekombinasi dan Regulasi) PENGEMBANGAN GALUR (Rekombinasi dan Regulasi) KELOMPOK 5 Mella Mutika Sari M. Sidiq Oktaviandi Rina Ocktaviana Rissa Aulia Rahmawati Present by :

1. Rekombinasi Selain mutasi, mekanisme lain yang dapat menyebabkan terjadinya variasi genetik adalah rekombinasi. Jasad hidup yang diturunkan dari suatu induk tidak selalu mempunyai sifat-sifat genetik yang sama dengan induknya karena umumnya jasad turunan (progeny) telah mengalami komposisi genetik yang berbeda.

A. Rekombinasi Genetik Rekombinasi genetik adalah proses pertukaranelemen genetik yang dapat terjadi antara untaian DNA yang berlainan (interstrand), atau antara bagian-bagian gen yang terletak dalam satu untaian DNA (intrastrand). Sel yang disisipi atau dimasuki gen dari luar atau dari sel lain disebut biakan rekombinan.

Tipe rekombinasi genetik Secara garis besar ada tiga tipe rekombinasi genetik yang sudah banyak diketahui, yaitu: rekombinasi homolog/umum rekombinasi khusus (site-specific rekombination) rekombinasi transposisi/replikatik.

B. Rekombinasi Homolog Rekombinasi homolog menyebabkan terjadinya pertukaran antarmolekul DNA yang merupakan homologi urutan nukleotida cukup besar. Ciri khusus rekombinasi homolog adalah bahwa proses tersebut dapat terjadi setiap titik di daerah homologi.

Rekombinasi antar kromosom melibatkan proses pertukaran sekara fisik antara bagian-bagian kromosom. Proses rekombinasi terjadi secara akurat sehingga tidak ada satupun pasangan basa nukleotida yang hilang atau ditambahkan ke dalam kromosom rekombinan. Proses pertukaran tersebut menyebabkan terbentuknya struktur yang dapat terlihat sebagai kiasma (chiasma) pada waktu meiosis. Kiasma merupakan tempat pemotongan dan penggabungan kembali untai DNA, yaitu ketika dua kromatid yang berbeda (non-sister chromatids) terpotong dan tergabungkan satu sama lain.

C. Rekombinasi Khusus Rekombinasi khusus hanya terjadi pada tempat khusus di dalam segmen molekul DNA.

Ciri-ciri rekombinasi khusus proses rekombinasi terjadi di tempat khusus pada kedua fragmen DNA rekombinasi berlangsung timbal balik (reciprocal), rekombinasi terjadi sekara konservatif, bagian yang mengalami rekombinasi tersebut mempunyai homologi dalam hal urutan nukleotida. Proses rekombinasi khusus dimulai dengan terjadinya pemotongan bagian DNA yang akan berekombinasi pada daerah yang mempunyai homologi sehingga dihasilkan ujung lekat (sticky end). Kedua ujung lekat pada kedua fragmen DNA yang berekombinasi tersebut kemudian mengalami pertukaran untai DNA sehingga akan terbentuk konfigurasi rekombinan.

D. Rekombinasi meiotik Rekombinasi meiotik adalah proses rekombinasi yang terjadi pada jasad eukaryotik pada saat terjadi proses meiosis. Dalam beberapa hal mekanisme rekombinasi meiotik menunjukkan kemiripan dengan proses rekombinasi homolog pada bakteri meskipun beberapa tahapan awalnya berbeda. Proses rekombinasi meiotik pada eukariot dimulai dengan adanya pemotongan dua untai DNA (double-strand break) yang ada pada salah satu kromosom.

Rekombinasi pada Bakteri Transformasi Transduksi Lisogeni Konjugasi

Rekombinasi pada kapang Siklus seksual, yaitu penggabungan nukleus yang terjadi setelah penggabungan hifa membentuk heterokariotik, kemudian pada proses meiosis selanjutnya terjadi rekombinasi. Siklus paraseksual yang terjadi pada kapang yang tidak mempunyai siklus seksual. Penggabungan hifa akan menghasilkan heterokartion; kadang-kadang terjadi interaksi antar nukleus membentuk satu nukleus diploid, lalu terjadi penyilangan mitosis antara kromatid pada kromosom homolog sehingga terjadilah rekombinasi genetik.

Rekombinasi alami

Rekombinasi Buatan Rekombinasi buatan dapat dilakukan dengan mnggabungkan gen dari suatu organisme ke DNA vektor (biasanya plasmid). Rekombinasi buatan ini melibatkan pemotongan gen yang dinginkan dan menyambungkannya ke DNA plasmid (Gambar berikut). Proses pemotongan DNA plasmid dan gen yang diinginkan melibatkan enzim yang spesifik (contoh enzim EcoR1, enzim yang digunakan sama). selanjutnya gen tersebut disambungkan ke DNA plasmid dengan menggunakan enzim ligase.

II. REGULASI Proses ekspresi gen, yaitu proses transformasi informasi genetik melalui transkripsi dan translasi, untuk pembentukan protein atau enzim. Karena protein dan enzim sangat berperan dalam menjalankan metabolisme maka ekspresi gen sebenarnya merupakan proses pengendalian metabolisme oleh gen. Bila suatu produk metabolisme di dalam sel sudah mencapai kuantitas yang mencukupi maka reaksi metabolisme tersebut harus dihentikan. Proses pengaturan ini dilakukan dengan cara menghentikan produksi enzim, melalui penghentian ekspresi gen penyandinya. Mekanisme pengaturan ekspresi gen disebut regulasi ekspresi gen.

Regulasi ialah proses diferensiasi sel pada eukario multiselular. Semua mahluk hidup termasuk manusia berasal dari satu sel, sehingga semua sel yang berasal dari sel awal ini akan mempunyai kandungan genetik yang sama. Melalui proses diferensiasi dihasilkan berbagai jaringan dan organ yang mempunyai bentuk dan fungsi yang berbeda-beda.

A. Regulasi pada Prokariot Regulasi ekspresi gen banyak dimengerti melalui mekanisme yan dipelajari pada bakteri. Sistem regulasi yang pertama dimengerti ialah system regulasi operon laktosa pada bakteri E. coli oleh Jacob dan Monod. Regulasi ini berperan dalam mengatur produksi enzim β−galaktosidase, ketika bakteri harus memilih menggunakan laktosa atau glukosa sebagai sumber karbonnya.

Sistem Regulasi Operon laktosa Laktosa adalah gula bisakarida, yaitu gula yang tersusun atas dua molekul gula sederhana, yaitu glukosa dan galaktosa. Laktosa dapat diuraikan menjadi glukosa dan galaktosa dengan bantuan enzim β−galaktosidase.

Sistem Regulasi Operon trp Pada operon trp terdapat lima gen struktural yaitu trp-E, trp-D. trp-C, trp-B, dan trp-A, dan satu gen pengawal yaitu trp-L yang berfungsi dalam regulasi. Gen trp-E sampai trp-A keseluruhannya menyandikan enzim yang berperan dalam satu lintasan metabolisme triptofan. Trp-L merupakan gen yang paling dekat pada promotor.

Regulasi ekspresi operon trp berbeda dengan regulasi operon lac : Pada operon lac regulasi dilakukan pada tingkat inisiasi atau pada tingkat promotor, sedangkan regulasi operon trp berlangsung pada tingkat RNA hasil transkripsi.

B. Regulasi pada eukariot bersel ganda Bagian terbesar dari eukariot adalah mahluk bersel banyak. Regulasi ekspresi gen berjalan pada berbagai tingkatan, mulai dari tingkat gen sampai tingkat jaringan. Regulasi ini berjalan sehubungan dengan proses diferensiasi sel, dalam rangka pembentukan berbagai jaringan dan organ, dan juga berjalan karena ada kebutuhan tertentu, yang berhubungan dengan siklus biologi

Diferensiasi sel Pada tingkat dewasa eukariot tingkat tinggi mengandung banyak jenis sel dan organ yang berbeda bentuk dan fungsi. Karena berawal dari satu sel zigot yang sama Sel-sel tersebut akan mempunyai total genom yang sama. Namun ditemukan bahwa pada masing-masing sel tidak keseluruhan gen dari genom tersebut dapat berekspresi; terdapat gen yang secara spesifik berekspresi pada jaringan tertentu. Sebagai contoh: gen penyandi insulin berekspresi hanya pada pankreas.

Lanjutan… Proses diferensiasi sel berjalan bersamaan dengan proses pertumbuhan dan perkembangan individu. Bersamaan dengan proses mitosis, saat membentuk sel baru, terjadi proses pengkhususan sel anak dengan cara membedakan gen-gen yang akan berekspresi pada kedua sel anak tersebut. Terjadi pemilihan gen yang secara permanen berkspresi dan gen yang secara permanen tidak berkepresi. Inti sel hasil diferensiasi ini sulit atau tidak mungkin berbalik ke kondisi sel awal.

Regulasi ekspresi gen pada eukariot berlangsung pada beberapa tingkat, mulai dari tingkat struktur kromosom sampai pada tingkat pascatranslasi

C. Regulasi pada tingkat struktrur kromosom Kromosom eukariot tersusun atas dua komponen: DNA dan protein histon. DNA merupakan bahan dasar gen yang mengandung informasi untuk mengendalikan kehidupan, dan histon berfungsi untuk melindungi DNA dari kerusakan mekanik, misal putus saat bergerak pada waktu mitosis atau meiosis. Kromosom yang berada dalam keadaan aktif, yaitu pada fase di luar mitosis atau meiosis secara umum berada dalam keadaan tidak tergulung. Sedangkan komosom yang berada dalam keadaan tergulung, gennya tidak akan berekspresi. Gen-gen yang secara permanen tidak diekspresikan pada suatu jaringan kemungkinan besar DNAnya (bersama dengan histon) berada dalam keadaan tergulung.

D. Regulasi ekspresi pada tingkat transkripsi kromosom memberikan arahan penentuan gen-gen mana yang akan diekspresikan dan gen mana yang tidak akan diekspresikan. Namun demikian masih ada system berikutnya yang mengatur berjalannya proses ekspresi. Hanya persentase kecil gen-gen pada sel-sel tipikal pada tanaman dan hewan yang diekspresikan. Yaitu gen-gen yang diperlukan untuk fungsi yang telah terspesialisasi. Namun gen-gen yang produknya secara rutin dimanfaatkan oleh semua sel, seperti glikolisis, akan selalu dalam keadaan terekspresi setiap saat.

Lanjutan … Pada euakriot tidak dikenal adanya operon sebagaimana yang terdapat pada prokariot, setiap gen mempunyai promotor dan terminator masing-masing. Pada eukariot terdapat lebih banyak protein dan lebih banyak ruas DNA yang terlibat dalam regulasi ini, protein- protein ini disebut faktor transkripsi.

E. Regulasi Tingkat Pascatranskripsi Pada nRNA sebagai molekul hasil transkripsi terdapat ruas intron dan ekson. Bagian intron akan dipotong dan hanya bagian ekson yang dipertahankan untuk membentuk mRNA Pemilihan ruas intron dan ekson dapat merupakan salah satu cara regulasi. Dengan cara memilih ruas nRNA mana yang akan diambil (sebagai ekson) atau akan dibuang (sebagai intron), maka dari satu ruas gen yang sama dapat disandikan dua jenis mRNA atau polipeptida.

F. Regulasi pada tingkat translasi Setelah mRNA masuk kedalam sitoplasma akan terjadi proses translasi menghasilkan protein. Regulasi dapat terjadi pada tahapan ini, yang meliputi berbagai cara termasuk pendegradasian mRNA, inisiasi translasi, pengaktifan Regulasi pada inisiasi translasi : Terdapat sejumlah protein yang berfungsi mengatur jalannya translasi. Sebagai contoh, sel darah merah mempunyai protein yang berfungsi sebagai inhibitor terhadap inisiasi translasi mRNA hemoglobin. Protein inhibitor ini akan menjadi tidak aktif bila ada senyawa heme.