RESUMEkuuuuu

Genetika diartikan sebagai ilmu cabang biologi yang mengkaji materi genetik tentang strukturnya, reproduksinya, kerjanya (ekspresi), perubahan dan rekombinasinya, keberadaannya dalam populasi, serta perekayasaannya.

Genetika adalah cabang biologi yang mempelajari materi genetik yang antara lain pewarisan sifat. Yang mencakup fungsi gen ,serta cara pewarisan gen-gen dari satu generasi ke generasi berikutnya (Russel,1992)

 Kromosom (kroma = benang, soma = badan) merupakan badan yang berbentuk panjang seperti benang yang berfungsi membawa sifat keturunan atau membawa informasi genetika (Susilowarno, 2007).

Dari berbagai sumber banyak sekali mengemukakan macam-macam pengertian kromosom.

a.       Kromosom adalah suatu struktur serupa benang yang ditemukan dalam inti sel, yang mengandung gen-gen dalam urutan linear, suatu molekul DNA utuh yang merupakan genom suatu sel prokariot, pada sel-sel eukariot kromosom terdiri dari suatu molekul DNA yang bergabung dengan histon serta protein-protein lain (Ayala, dkk,  1984).

b.      Kromosom adalah suatu molekul asam nukleat yang melakukan replikasi sendiri, serta mengandung sejumlah gen; pada struktur tertentu, kromosom tersusun dari DNA dan protein, dan ditemukan dalam inti sel eukariot (Brown, 1989).

c.       Kromosom adalah DNA tunggal yang terkondensasi menjadi suatu struktur kompak pada kondisi in vivo dengan bantuan histon atau protein lain serupa histon (Miklos, dkk, 1990).

d.      Kromosom adalah badan atau struktur nukleoprotein berwarna gelap yang terlihat di dalam sel selama pembelahan. Tiap kromosom mengandung suatuderetan gen yang linear (Gardner, dkk, 1991).

e.       Kromosom adalah materi genetik sel yang tergabung dengan protein serta terorganisasi menjadi sejumlah struktur linear. Secara harfiah (literally) istilah kromosom berarti “bentukan berwarna”, karena di bawah mikroskop terlihat sebagai struktur serupa benang, hanya setelah diwarnai dengan zat warna (Russel, 1992).

f.       Pada prokariot, kromosom adalah suatu molekul DNA utuh yang merupakan genom; pada eukariot, kromosom adalah suatu molekul DNA yang tergabung ddengan RNA dan protein membentuk suatu struktur serupa benang yang mengandung informasi genetik dalam susunan linear, serta dapat dilihat selama mitosis dan meiosis (Klug dan Cummings, 2000).

a.       Telosentrik (Telo = ujung, sentries = sentromer)

Kromosom satu lengan dan sentromernya terletak di salah satu ujung dari lengan (Susilowarno, 2007).

b.      Akrosentrik, (Akro = tidak sama, sentries = sentromer)

Kromosom yang mempunyai 2 lengan, dimana salah satu lengan sangat pendek dan yang lain panjang, sentromer berada di antara dua lengan yang tidak sama panjang (Susilowarno, 2007).

c.       Submetasentrik, (Submeta = agak tengah, sentries = sentromer)

Kromosom yang mempunyai 2 lengan hampir sama panjangnya dan sentromer terletak di antara dua lengan yang tidak sama panjang (Susilowarno, 2007).

d.      Metasentrik, (Meta = tengah, sentries = sentromer)

Kromosom yang mempunyai lengan yang sama panjang sehingga sentromer terletak ditengah (Susilowarno, 2007).

            Bentuk kromosom pada Virus ada 2 macam:

1.      Linear              : berbentuk batang

2.      Sirkuler            : berbentuk cincin

Ada jenis virus yang memiliki kromosom berbentuk linear namun, pada keadaan tertentu menjadi sirkuler (cincin), yaitu fag   .  

 Plasmid dan Episom

• Plasmid merupakan DNA yang membawa sejumlah gen dengan bentuk sirkular dan melakukan replikasi sendiri. Plasmid berada di dalam sel dan replikasinya seperti replikasi DNA seluler.
• Menurut Gardner (1991), plasmid merupakan replicon (sebuah unit dari materi genetik yang mampu melakukan replikasi secara mandiri) yang diwariskan secara stabil (dipertahankan tanpa seleksi tertentu) dan berada di luar kromosom (extra-chromosomal).
• Episom adalah unsur- unsur genetika bebas, berupa virus atau jasad renik lainnya, yang telah dapat berkembang dalam sel bakteri baik dalam keadaan autonom (menggandakan diri dan dipindahkan tanpa bergantung kepada kromosom bakteri) maupun pada keadaan terintegrasi (melekat pada kromosom bakteri, berperan serta bersamanya dalam rekombinasi genetika dan dipindahkan bersama kromosom bakteri tersebut).

• Tiga tipe plasmid bakteri dan fungsinya:
• F dan F’ plasmid, factor fertilitas konjugasi. terdiri dari sekitar 25 gen, sebagian besar diperlukan untuk memproduksi pili seks.
• R plasmid disebut juga RTF atau Resisten Transfer Factor plasmid membawa beberapa gen untuk resistensi terhadap antibiotic atau obat  antibiotic yg lain.
• Col plasmid disebut juga colicinogenic, plasmid yang mengkode untuk colisin, protein yang membunuh secara sensitive sel E. Coli (Gardner, 1991)

A.      Pengertian Transkripsi Balik

Transkripsi balik (Reverse transcription) merupakan proses kebalikan transkripsi yaitu mengkopi RNA menjadi DNA. Definisi yang lain menyebutkan bahwa reverse transcription adalah proses yang mentranskripsikan untai tunggal  RNA  menjadi DNA komplemennya (cDNA) dengan katalisator enzim reverse transcriptase, primer dNTPs dan enzim RNAase Inhibitor. Tanpa reverse transkripsi, pekerjaan mencari umumnya dilakukan dengan mengisolasi DNA total genom kemudian memotong-motongnya menjadi ratusan ribu potongan dan diteruskan dengan mempelajari masing-masing potongan dengan teliti, cara tersebut menghabiskan waktu dan tenaga yang banyak dan tidak efisien. Dengan enzim yang sesuai, pekerjaan mencari gen tidak harus dimulai dengan mengisolasi DNA genom total tetapi cukup dengan mengisolasi mRNA.

cDNA

cDNA merupakan terminology genetic yang mengacu pada untai DNA yang disintesis dari template RNA melalui suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim reverse transcriptase dan DNA polymerase. cDNA disebut juga DNA komplemen, beruntai tunggal atau untai ganda, disintesis invitro dari template mRNA menggunakan enzim reverse transcriptase.

Tujuan mengkonversi mRNA menjadi cDNA adalah karena DNA sifatnya lebih stabil dari pada RNA. Setelah dikonversi, untai cDNA tersebut dapat digunakan untuk PCR, sebagai probe untuk analisis ekspresi dan untuk perbanyakan/ cloning sekuen mRNA. Jika seorang peneliti ingin mengekspresikan suatu protein spesifik dalam sel yang tidak lazim memproduksi protein tersebut satu cara sederhana adalah dengan mentransfer cDNA yang mengkode protein tersebut ke sel resipien. Pada kondisi alamiah, cDNA tersintesis oleh reverse transcriptase yang mengubah untai tungal RNA berdasarkan urutan pasanan basanya dan memasangkan dengan basa DNA yang sesuai (A,U,G dan C berpasangan dengan T,A,C dan G).

Enzim Reverse Transcriptase

Enzim transkriptase-balik (reverse-transcriptase) adalah enzim yang secara alami digunakan oleh  retrovirus untuk membuat copy DNA berdasarkan RNA-nya. Enzim transkriptase-balik ditemukan oleh  Howard Temin dan David Baltimore secara terpisah pada tahun 1970 tidak lama setelah penemuan  enzim restriksi. Enzim transkriptase-balik ini kemudian digunakan untuk mengkonstruksi copy DNA  yang disebut cDNA (complementary DNA) dengan menggunakan RNA sebagai cetakannya. Dengan  demikian gen atau bagian dari gen dapat disintesis berdasarkan mRNA. Proses sintesis DNA dengan  cara ini merupakan kebalikan dari pada proses transkripsi. Oleh karena itu dinamakan transkripsi-balik. 

Saat ini, enzim transkriptase-balik sudah diproduksi secara komersial. Ketersediaan enzim  transkriptase-balik ini telah memberikan kemudahan bagi para peneliti untuk mempelajari gen yang  bertanggung-jawab terhadap sifat-sifat tertentu. 

Enzim reverse transcriptase sebenarnya bukanlah merupakan katalisator yang efektif. Selama satu periode transkripsi setidaknya terdapat rata-rata 10 kesalahan seperti salah baca kodon, melompati pembacaan beberapa kodon dan sebagainya. Kesalahan-kesalahan tersebut relative lebih parah dibandingkan dengan kesalahan yang umum terjadi pada replikasi normal, hal tersebut karena proses transkripsi normal mempunyai mekanisme  koreksi yang mengurangi frekuensi kesalahan transkripsi. Frekuesi kesalahan transkripsi yang tinggi ternyata justru menguntungkan sel prokaryotic yang bersangkutan. Fenomena tersebut merupakan salah satu factor yang menyebabkan partikel prokaryotic seperti virus sulit untuk diberantas, pola genetic virus cenderung cepat berubah sehingga tidak terkoreksi oleh system imun manusia (Stowell,2009).

Primer

Tiga jenis primer yang umum digunakan dalam proses reverse transkripsi; (1) Primer Oligo(dT) atau dNTPs, (2) Primer random hexamer, (3) Gen spesifik primer. Primer dNTPs yang paling sering digunakan sebagai primer karena peneliti bisa mendapatkan salinan cDNA lengkap dari full mRNA juga afinitas dNTPs terhadap ekor poly A pada mRNA. Primer dNTPs menggandakan ekor poly A mRNA dan terfosforilasi pada ujung 5’ untuk menfasilitasi cloning cDNA.

mRNA yang panjang (>4 kb) atau tidak memiliki ekor poly A (mRNA prokaryota), maka pilihannya adalah random primer. Dengan random primer, ujung 5′ gen-gen yang panjang dapat ditranskripsi balik, tetapi cDNA yang diperoleh mungkin tidak full dari seluruh gen. Biasanya digunakan random primer 6-mers, tetapi 8 atau 9-mers dapat meningkatkan ukuran cDNA karena primernya akan terhibridisasi lebih jarang.

Pilihan ketiga adalah primer spesifik gen yang dapat meningkatkan sensitivitas dengan mengarahkan seluruh aktifitas enzim RT untuk mentranskripsi balik hanya RNA tertentu saja. Jika yang kita lakukan adalah one-step RT PCR, primer spesifik gen digunakan karena primer RT juga nantinya digunakan sebagai primer reverse pada reaksi PCR-nya (Yepyhardi, 2010)

Mekanisme Transkripsi Balik

Berikut adalah gambar mekanisme transkripsi balik pada virus ssRNA-RT kelas VI atau yang biasa disebut retrovirus. Contoh retrovirus ini adalah Human Immunodeficiency Virus (HIV) and Human T-Lymphotropic virus (HTLV).

 Mekanisme Rolling Circle Replication

Menurut Gardner (1991) Replikasi kromosom bakteriofage ФX174 terbagi dalam tiga tahapan yaitu: (1) Untaian positif induk → RF induk, (2) RF induk → RFs anakan, dan (3) RFs anakan → untaian positif anakan. Untuk lebih jelasnya mengenai mekanisme rolling circle replication disajikan pada gambar berikut:

Keterangan: Mekanisme Rolling Circle Replication pada bakteriofag ФX174 yaitu:

1.    Tahap I. Conversi  kromosom untai tunggal menjadi induk untai ganda. (a-e) dari untai tunggal menjadi induk untai ganda (RF), (b) Sintesis untai (-) komplemen diinisiasi oleh sintesis primer RNA pendek, reaksi dikatalis oleh primosom yeng membutuhkan complek paling tidak 6 protein yang berbeda, komplemen ini disebut primosom. (c) DNA polimerase III mengkataklisis covalen tambahan dari DNA sampai unung 3’ dari RNA primer. Sintesis untai (-) komplemen itu terjadi secara  terus menerus sampai cetakan untai positif habis. Primosom bergerak di sekitar untai cetakan silkuler, setelah berhenti sebentar kemudian menginisiasi sintesis fragmen okazaki yang baru. (d) Pemotongan primer RNA pada celah-celah diantara fragmen-fragmen okazaki tersebut diisi oleh aktivitas DNA polimerase I. DNA ligase kemudian mengkatalisis ikatan kovalen diantara 3’OH dan 5’OP untuk menghasilkan induk untai ganda (RF).

2.    Tahap II. Rolling circle Replication dari induk RF untuk menghasilkan kumpulan anakan RFs (e). (f) induk untai (+) RF dipotong pada bagian ori dengan menggunakan enzim nuklease dari ФX174 protein gen A. lubang protein gen A pada induk RF terletak hanya pada ori dan tidak akan memotong molekul DNA sama sekali. (f-h) selama peristiwa protein gen A menjadi ikatan kovalennya bertambah pada group 5’ pada untai (+). Hal ini menyisakan sambungan menuju 5’ sampai untai positif anakan disintesis dengan sempurna. (g) Ujung 5’ pada untai positif  dipindahkan dari untai (-) dan DNA ditambahkan pada 3’OH membentuk lingkaran. (g-h)  Protein gen A menyisakan ikatan pada garpu replikasi untuk pergerakannya di sekitar untai negatif (-). (h-i) Sekali untai positif (+) baru disintesis protein gen A membelah daerah permulaan dan secara simultan menyambung ujung 3’ dan 5’ untuk membentuk untai positif silkular menjadi lebih rapat. (i-l) Sintesis untai negatif (-) komplemen terjadi secara tidak terus menerus seperti pada tahap I dengan menggunakan untaian positif sebagai cetakan. Fragmen-fragmen okazaki diinisiasi oleh RNA primer namun RNA primer tersebut tidak tampak pada diagram. (i-f-l) Induk RF terus bereplikasi dengan cara rolling circle sampai populasi anakan RFs sebanyak 60.

3.    Tahap III. Sintesis kromosom anakan untai tunggal. (l-p) Rolling circle replication dari anakan RFs terjadi hanya pada induk RFs pada tahap 2, kecuali jika untai negatif tidak disintesis, sebagai penggantinya untai positif dibungkus dalam virion. (n-p) dari sintesis RF (tahap 2) menjadi anakan untai positif pada tahap 3 dihasilkan dari sintesis gabungan lapisan protein virus yang terdapat pada untai positif, yang mencegahnya dari cetakan yang sesuai bagi untai negatif. (q) Pematangan anakan virus akan sempurna  pada siklus hidup bakteorifag ФX174. Sekitar 500 anakan virus dihasilkan per sel yang terinfeksi.

PAPARAN:

1. Bukti-bukti terjadinya Rolling circle replication ditemukan pada (1) DNA virus untai tunggal seperti ФX174, (2) Replikasi behubungan dengan transfer kromosom selama fase “mating” (konjugasi) pada bakteri (Tamarin, 2001), dan (3) replikasi pada molekul DNA ekstra kromosom yang membawa gen-gen rRNA selama oogenesis pada ampibi.

2. Rolling circle replication pada bakteriofage ФX174 terbagi dalam tiga tahapan yaitu: (1) Untaian positif induk → RF induk, (2) RF induk → RFs anakan, dan (3) RFs anakan → untaian positif anakan. Untuk lebih jelasnya mengenai mekanisme rolling circle replication

Percobaan Hershey dan Chase membuktikan bahwa DNA virus masuk kedalam tubuh bakteri E. Coli, sedangkan sebagian besar protein virus tetap berada diluar. Masuknya materi genetik kedalam tubuh bakteri akan menyebabkan terjadinya kerusakan program genetik bakteri karena diambil alih oleh DNA virus. Hal ini menyebabkan virus dapat dengan mudah memperbanyak diri selama di dalam tubuh bakteri. Percobaan Hershey dan Chase memberikan bukti kuat bahwa asam nukleat (bukan protein) merupakan materi hereditas.

Percobaan Meselson dan Stahl

Setelah ada tiga macam teori ini maka M.S. Messelson dan F.W stahl mempublikasikan pada tahun 1958 bahwa replikasi DNA berjalan sesuai denga teori semi konservatif. Percobaan yang dapat membuktikan bahwa replikasi DNA berjalan secara semi konservatif ini dilakukan dengan menggunakan bakteri E. coli. Berikut adalah langkah-langkah percobaan yang dilakukan oleh Meselson dan Stahl.

1.        Meselson dan Srahl menumbuhkan E. coli selama bergenerasi pada medium yang mengandung isotop ¹⁵N sebagai pengganti isotop normalnya yaitu ¹⁴N yang lebih ringan. Purin dan pirimidin mengandung nitrogen, sehingga nantinya  semua purin dan pirimidin dari bakteri yang dibiakkan ini mengandung isotop¹⁵N. Dengan demikian massa jenis bakteri ¹⁵N akan lebih besar dari massa jenis bakteri ¹⁴N.

2.        Saat dilakukan percobaan ini telah diketahui adanya prosedur teknik pemisahan molekul berdasarakan massa jenisnya yang dikenal dengan sebutan equilibrium density centrifugation.

3.        Untuk mengetahui teori mana yang berlaku dalam replikasi DNA, maka Meselson dan Stahl dapat mengetahuinya dari pencatatan perubahan komponen massa jenus DNA sel yang ditumbuhkan pada medium ¹⁵N dan kemudian di pindahkan ke medium ¹⁴N. Massa jenis DNA kurang lebih sama dengan massa jenis larutan garam berat.seperti Cesium Klotida (CsCl). Massa jenis DNA yang memiliki isotop ¹⁴N sebesar 1,710 g/cm³, sedangkan DNA dengan isotop ¹⁵Nmemiliki massa jenis 1,724 g/cm³. Dengan sentrifugasi kecepatan tinggi dan waktu tertentu maka dapat dipisahkan antara molekul dengan massa jenis tinggi dan molekul dengan massa jenis rendah secara bergradien dari bagian atas tabung sampai ke bagian bawahnya.

4.        Setelah membiakkan bakteri bakteri dalam medium dengan isotop ¹⁵N, maka Meselson dan Stahl memindahkan bakteri untuk dibiakkan di medium dengan isotop ¹⁴N. Berikut adalah gambar langkah-langkah percobaan yang dilakukan oleh Meselson dan Stahl.

5. Setelah dibiakkan dalam waktu tertentu maka sebagian bakteri dianalisis dengan teknik CsCl equilibrium density centrifugation. Analisis dilakukan pada berbagai generasi. Hasil analisis yang didapat seperti ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

Hasilnya

a .       Sebelum perlakuan maka diuji dulu untuk memastikan DNA parental yang dipakai adalah DNA yang mengandung isotop ¹⁵N. Kontrol 1, DNA bakteri yang dibiakkan di medium isotop ¹⁴N yang semuanya masa jenisnya ringan. Kontrol 2 campuran antara bakteri yang dibiakkan di isotop ¹⁴N dan ¹⁵N yang terpisah membentuk dua lapisan yang berbeda.

b.      Pada generasi pertama, setelah bakteri yang dibiakkan pada isotop¹⁵N dipidahkan ke ¹⁴N, diperoleh hasil DNA yang massa jenisnya terletak antara massa jenis DNA bakteri yang dibiakkan di medium isotop ¹⁵N dan isotop ¹⁴N (DNA hibrid). Hasil ini memenuhi teori semikonservatif dan teori dispersif.

c.       Pada generasi kedua,diperoleh bakteri dengan DNA hibrid dan DNA ringan (mengandung ¹⁴ N) yang setara. Hasil ii memenuhi teori semikonservatif.

d.      Pada generasi ketiga diperoleh hasil seperempat DNA hibrid dan tiga perempatnya DNA ringan.

7.     Berdasarkan kenyataan ini maka dapat diperoleh kesimpulan bahwa replikasi DNA itu secara semikonservatif.

Dari hasil percobaan Meselson-Stahl ini, maka secara kuat diperoleh kesimpulan bahawa replikasi DNA adalah semi konservatif. Replikasi semikonservatif ini terjadi pula pada organisme lain selain bakteri yakni kelompok hewan dan tumbuhan.

EXTRACHROMOSOMAL INHERITANCE

1. Hasil Perkawinan reciprocal mengalami penyimpangan mendel

2. sel kelamin betina betina mempunyai sitoplasma lebih banyak dari sel jantan.

3. Ada persilangan2 tertentu dan dipetakkan gennya, dan selalu berubah-ubah (polanya tidak tetap)

4. Rasio/perbandingan hasilnya berbeda-beda, dikendalikan gen-gen diluar inti.

5. Eksperimen substitusi nukleus. ex: sifat tertentu dikendalikan oleh inti.