Ringkasan Materi Genetika
Nama : Muhammad Shobirin NIM : 140341808629
Pewarisan Sifat pada Ekstrakromosom Genetika ekstranuklear mempelajari bagaimana fungsi dari genom organisme yang terdapat diluar inti, dalam hal ini yang lebih ditekankan adalah pada genom ekstranuklear dari organisme eukariot. Genome ekstrakromosomal pada eukariot adalah berupa Mitochondria dan Chloroplast (plastida), yang sering disebut dengan mtDNA dan cpDNA. Pewarisan ektrakromosomal didefinisikan sebagai pewarisan non-mendelian, biasanya mencakup organelorganel seperti mitokondria dan plastida. Ada sejumlah sifat genetik pada eukariot yang pewarisannya diatur oleh unsur-unsur di luar nukleus. Pewarisan ekstranukleus, atau dikenal pula sebagai pewarisan sitoplasmik, ini tidak mengikuti pola Mendel. Pewarisan sifat sitoplasmik diatur oleh materi genetik yang terdapat di dalam organel-organel seperti mitokondria, kloroplas (pada tumbuhan), dan beberapa komponen sitoplasmik lainnya. Begitu juga virus dan partikel mirip bakteri dapat bertindak sebagai pembawa sifat herediter sitoplasmik.
Organel Sitoplasmik Pembawa Materi Genetik Di dalam sitoplasma antara lain terdapat organel-organel seperti mitokondria dan kloroplas, yang memiliki molekul DNA sendiri. Kedua organel ini dapat mengadakan pembelahan subseluler sendiri, sehingga kedua organel ini disebut organel otonom. Mitokondria, yang dijumpai pada semua jenis organisme eukariot membawa hingga lebih kurang 50 gen di dalam molekul DNAnya. Gen-gen ini di antaranya bertanggung jawab atas struktur mitokondria dan pengaturan berbagai bentuk metabolisme. Enzim-enzim untuk keperluan respirasi sel dan produksi energi terdapat di dalam mitokondria. Kloroplas merupakan organel fotosintetik pada tumbuhan dan beberapa mikroorganisme yang membawa sejumlah materi genetik yang diperlukan bagi struktur dan fungsinya dalam melaksanakan proses fotosintesis. Pada alga hijau plastida diduga membawa mekanisme genetik lainnya, misalnya mekanisme ketahanan terhadap antibiotik streptomisin pada Chlamydomonas. Ada perbedaan karakter antara sifat yang dipengaruhi olah gen dalam kromoson dan gen-gen diluar kromosom, diantaranya ialah :
1
1. Perbedaan dalam hasil persilangan resiprok yang diperkirakan merupakan suatu deviasi dari pola transmisi gen autosomal untuk mengatur persilangan resiprok. Betina dari strain A dikawinkan dengan jantan dari strain B dan jantan dari strain A dikawinkan dengan betina dari strain B. Jika sex linkage mengalami perputaran, perbedaan pada hasil persilangan resiprok menunjukkan bahwa satu induk (biasanya induk betina)memiliki pengaruh yang lebih besar daripada yang lainnya pada sidfat tertentu. 2. Sel reproduksi betina biasanya membawa banyak sitoplasma dan organel sitoplasmik daripada sel jantan, hal ini akan mempengaruhi sifat organel dan simbion di dalam sitoplasma. 3. Gen dalam kromosom menempati lokus tertentu yang berhubungan dengan gen lain, kegagalan dalam menemukan keterkaitan kemungkinan disebabkan pengaruh gen diluar nukleus. 4. Kekurangan pada segregasi Mendel dan karakteristik Mendelian tergantung pada transmisi kromosomal dalam meiosis yang menunjukkan transmisi ekstrakromosomal. 5. Eksperimen substitusi nukleus mungkin memperjelas pengaruh relatif nukleus dan sitoplasma. Perubahan sifat tanpa transmisi gen kromosomal menunjukkan pewarisan ekstranuklear.
Organel Sitoplasma dan Simbion Organel sitoplasma membawa DNA yang berkembang dari simbion prokaryot yang mampu bertahan selama evolusi. Mitokondria diduga merupakan bakteri yang hidup bebas yang bersimbiosis dengan sel eukaryot dan berevolusi menjadi organel di dalamnya, sedangkan kloroplas diduga merupakan evolusi dari alga yang hidup bebas yang bersimbiosis dengan sel eukariot atau sel tumbuhan.
DNA Mitokondria (mtDNA) DNA mitokondria merupakan DNA genom berbentuk sirkuler double helix yang ditemukan pada organel sel respiratori yaitu pada mitokhondria. Organel ini mengandung beberapa komponen-komponen untuk berlangsungnya proses replikasi, transkripsi dan translasi yaitu
2
tRNAs, aminoasil, rRNAs dan beberapa subunit polipeptida penyusun protein sitokrom oksidase, NADH-dehidrogenase, dan ATP-ase.
Gambar : Bentuk mtDNA Manusia Organisasi dari genom mitokhondria sangat unik, yaitu ribosomnya terdiri dari 16S rRNA (subunit besar) dan 12S rRNA (subunit kecil) yang berbeda dengan ribosom pada genom inti. Keunikan yang lainnya adalah, terdapatnya beberapa bagian dari genom sirkular ini daerah pengkode resistensi terhadap antibiotik seperti streptomycin, neomycin dan chloramphenicol. Gen-gen ini biasanya hanya ditemukan pada Plasmid dari bakteri. Intron hanya ditemukan pada mtDNA dari yeast, tumbuhan dan beberapa jenis organisme lainnya, tapi tidak pernah ditemukan pada mtDNA dari manusia (primata). Dibutuhkan paling sedikit 22 tRNA untuk membaca keseluruhan kodon dari mRNA dan dalam pembacaan mRNA dari mtDNA oleh tRNA terdapat beberapa perbedaan dengan mRNA dari genom inti.
3
DNA Kloroplas Chloroplast umumnya ditemukan pada organel seluler dari tumbuhan hijau dan protista fotosintetik. cpDNA mempunyai struktur organisasi replikasi yang sama dengan mtDNA. Berbentuk sirkuler, double strand, supercoil. Ukurannya sedikit lebih besar dibandingkan dengan mtDNA dari hewan, yaitu 80 – 600 kb. Contohnya pada tembakau yaitu 155.844 bp dan pada padi adalah 134.525 bp. Sebagian besar genom cpDNA mengandung sangat banyak sekuen DNA yang tidak dikodekan (non coding sequence).
Gambar : DNA Kloroplas
Tipe-tipe Pewarisan Ekstrakromosomal: Segregasi Vegetatif : dihasilkan dari replikasi acak dan pembagian organel-organel sitoplasmik. Hal ini terjdi saat kloroplas dan mitokondria selama pembelahan sel mitotik dan dihasilkan pada sel betina yang mengandung sampel acak dari organel sel induk. Pewarisan Uniparental : hanya mengambil sifat dari salah satu tetua (parental). Contoh klasik dari penyaluran gen uniparental adalah pewarisan maternal dari mitokondria manusia. Pewarisan Biparental : terjadi pada gen ekstraselular ketika kedua induk mewariskan DNA organel pada sel anak.
4
Kriteria Pewarisan Ekstrakromosomal: Perbedaan hasil perkawinan resiprok merupakan penyimpangan dari pola Mendel. Rasio penurunan dari hasil segregasi Mendel (hukum segregasi bebas) tidak ditemukan pada penurunan sifat dari genom ekstrakromosomal. Persilangan resiprok (persilangan dengan sifat berbeda) dari genom ekstrakromosomal tidak sama rasio hasilnya dengan persilangan genom inti. Mempunyai kecendrungan yang sangat tinggi terhadap penurunan fenotip secara Uniparental, yaitu hanya mengambil sifat dari salah satu tetua (parental). contohnya pada penurunan sifat fenotip yang menyerupai induk, yang lebih dikenal sebagai Maternal inheritance. Pewarisan sifat ini muncul karena jumlah sitoplasma dari genom atau gamet betina selalu jauh lebih besar dibandingkan pada gamet jantan. Sehingga zigot akan lebih banyak mengandung genom ekstrakromosomal dari induk betina dan terekspresikan sebagai fenotip induk betina. Gen-gen ekstrakromosomal (ekstranuklear) tidak dapat dipetakan sebagaimana gen-gen pada genom inti. Penurunan sifat ekstranuklear ini tidak dipengaruhi oleh pergantian inti dengan genotip lain yang berbeda.
Pertanyaan 1. Bagaimana cara membedakan antara sifat bawaan yang dikontrol oleh gen nuklear dan yang dikontrol oleh gen ekstranuklear? Jawab: Untuk membedakannya dapat dilihat dari lima kriteria diantaranya adalah perbedaan hasil pada persilangan resiprok menunjukkan penyimpangan pola transmisi gen Mendel, Jika DNA ekstranuklear dapat dihubungkan dengan transmisi sifat turunan tertentu, kegagalan dalam mencari kaitan untuk mengetahui jenis gen inti akan mengesampingkan kemungkinan adanya pewarisan kromosom, dan pewarisan ekstranuklear dapat berlangsung jika data cukup, kurangnya segregasi Mendel dan rasio karakteristiknya (yang bergantung pada transmisi kromosom dalam proses meosisnya) mengarah pada transmisi ekstrakromosom, transmisi sifat turunan tanpa perpindahan gen-gen inti akan mengarah pada pewarisan ekstranuklear, Gen dan virus banyak yang serupa sehingga dbutuhkan garis pemisah untuk memilah infeksi
5
persisten dan sitoplasmik DNA dan fenotip dari salah satunya bisa memenuhi syarat terjadinya pewarisan ekstranuklear.
2. Bagaimana efek ekstranuklear yang terus bertahan di dalam Paramecium? Jawab: Beberapa strain dari P.aurelia dapat menghasilkan sebuah substansi yang berefek mematikan untuk anggota strain jenis yang lain di dalam spesies yang sama. Paramecia dari strain yang mampu memproduksi substansi beracun disebut dengan “killer / pembunuh”. Jika killer ditempatkan dalam tempera tur rendah, kapasitas membunuhnya perlahan-lahan menghilang. Efek toksiknya juga menurun setelah terjadi divisi sel yang berulang-ulang. Elemen terpisah dalam sitoplasma dibentuk untuk memproduksi substansi beracun. Lewat perhitungan matematis setidaknya dibutuhkan 400 partikel untuk membuat killer menjadi efektif. Lalu killer diobservasi secara mikroskopis dan ‘partikel’ yang disebut ‘kappa’ diteliti dalam jumlah yang sudah ditentukan. “partikel’ ini tampak berbentuk bakteri simbiotik, dan bernama Caedobacter taeniospriralis (bakteri pembunuh dengan pita spiral). Saat killer diperbolehkan tetap bertahan dalam media selama beberapa waktu dan kemudian baru diganti dengan bakteri senstif, bakteri sensitif lalu akan mati. Paramecin, yang terbukti tidak berefek pada killer, dihubungkan dengan jenis kappa tertentu yang muncul sebanyak 20 % dari total populasi kappa. Jenis bakteri kappa tertentu ini memiliki protein reflaktil – mengandung badan ‘R” yang disebut dengan brights karena mereka sudah terinfeksi virus yang mengontrol proses sintesis beberapa protein tertentu. Virus ini bersifat toksik / beracun untuk paramecia yang sensitif dan tak mematikan untuk bakteri ‘non’ bright.
DAFTAR PUSTAKA Gardner, E.J., dkk. 2000. Principle of Genetic. New York: Chichester-Brisbane-Toronto-Singapore: John Wiley and Sons Inc.
6
