REKOMBINASI
Keragaman Hayati dan Perubahan Struktur Genom • Keragaman Hayati merupakan cerminan dari keragaman genetik • Keragaman Genetik mahluk hidup merupakan hasil perubahan struktur gen yang berlangsung melalui banyak generasi • Perubahan struktur genom berlangsung melalui dua proses : Rekombinasi dan mutasi
REKOMBINASI • Rekombinasi : penyisipan atau pertukaran fragmen dari satu kromosom (DNA) ke kromosom (DNA) lain • Contoh: Pindah silang antar kromosom • Rekombinasi terbagi menjadi: – Rekombinasi Umum / Rekombinasi Homolog – Rekombinasi Situs Khusus – Rekombinasi Nirhomolog
Pertukaran & Penyisipan Fragmen λ
Pindah silang antara sepasang kromosom homolog
Integrasi λ ke dalam kromosom bakteri
REKOMBINASI HOMOLOG • Rekombinasi homolog: pertukaran fragmen yang terjadi antara dua kromosom atau DNA homolog • Rekombinasi dikendalikan oleh enzim-enzim RecABC • Enzim RecABC akan mempertukarkan semua bagian kromosom yang homolog • Antara dua kromosom yang bukan pasangan homolog, masih mungkin terjadi rekombinasi senadinya masih terdapat fragmen yang homolog (Translokasi)
Rekombinasi Berjalan Melalui Pemotongan dan Penyambungan
Hipotesis : pemilihan salinan
Hipotesis: Pemotongan dan penyambungan
Mempersyaratkan replikasi
Tidak perlu replikasi
Pembuktian Hipotesis
Rekombinasi Berjalan Melalui Pemotongan dan Penyambungan
Hipotesis : pemilihan salinan
Hipotesis: Pemotongan dan penyambungan
Mempersyaratkan replikasi
Tidak perlu replikasi
Rekombinasi Homolog Berjalan secara resiprok
Rekombinasi Homolog Berjalan secara resiprok
Susunan askospora N.crassa menunjukan migrasi kromosom
Susuna askospora memperlihatkan keresiprokan rekombnasi
Konversi: Penyimpangan terhadap keresiprokan
Rekombinasi membentuk heterodupleks pada DNA
Model Rekombinasi • Model Holiday • Model Masselson dan Radding • Model Pemotongan dan Pemilihan Utas ganda
Model Holiday
Model Maselson dan Radding
Model Pemotongan dan Pemilihan Utas Ganda
Sistem Enzim pada Rekombinasi Homolog • RecBC membuat potongan nick dan menghasilkan utas tunggal • RecA mempertukarkan pasangan utas tunggal hasil pemotongan RecBC dengan dengan utasan DNA homolognya
RecBC
RecA
REKOMBINASI SITUS KHUSUS • Rekombinasi situs khusus adalah rekombinasi yang terjadi bukan antara kromosom homolog • Rekombinasi masih memerlukan situs khusus yang homolog • Contoh rekombinasi situs khusus – Integrasi dan Deintegrasi Fage λ – Integrasi Plasmid F ke dalam Kromosom E. coli – Delesi dan Inversi
Integrasi dan Deintegrasi λ Integrasi λ ke dalam kromosom E.coli berlangsung dalam siklus lisogenik
λ POP’
Berlangsung melalui rekombinasi pada situs khusus
BOB’
λ BOP’
POB’
Proses Integrasi dan Deintegrasi λ dikatalisis oleh enzim integrase Integrasi mempersyaratkan adanya molekul Integrase akan sirkular mengenali situs POP’ dan BOB’ Rekombinasi pada situs khusus menghasilkan POP’ danterintegrasi melakukan adanya dua situs mengapit ruas Integrase rekombinasi
BOP’
BOB’ λ
POB’
Situs Pengintegrasian λ P’ O P -----------TTCAGCTTTTTTATACTAAGTTG------------------AAGTCGAAAAAATATGATTCAAC-------------------GCCTGCTTTTTTATACTAACTTG------------------CGGACGAAAAAATATGATTGAAC-------B B’ O B P’ --GCCTGCTTTTTTATACTAAGTTG-------------------CGGACGAAAAAATATGATTCAAC--------------------------------GCCTGCTTTTTTATACTAACTTG-----------------CGGACGAAAAAATATGATTGAAC-P O B’
Integrasi Plasmid F Ke dalam Kromosom Bakteri Integrasi berlangsung Plasmid F saat pembentukan Hfr Berlangsung pada situs khusus
Kromosom bakteri
Situs khusus
Proses integrasi plasmid F ke dalam kromosom λ Situs integrasi
Kromosom
DELESI & INVERSI • Rekombinasi mungkin terjadi pada dua situs yang terdapat pada satu kromosom yang sama • Kedua situs tersebut homolog satu terhadap yang lain • Rekombinasi seperti ini dapat menyebabkan terjadinya DELESI atau INVERSI –Delesi=suatu fragmen hilang dari kromosom –Inversi=suatu fragmen berbalik arah dalam kromosom
• Merupakan penyimpangan rekombinasi homolog (recABC), atau terprogram
DELESI: kehilangan suatu fragmen
Fragmen hilang
Terjadi akibat pindahsilang antara dua situs dengan urutan basa yang searah pada satu kromosom
Kromosom terdelesi
PROSES DELESI Terjadi perpasangan situs homolog yang diikuti pindah silang Menghasilkan satu DNA sirkular yang terlepas dari kromosom
INVERSI Inversi: merupakan hasil pindah-silang antara dua situs homolog yang mempunyai urutan basa yang berlawanan Dihasilkan:terbaliknya arah ruas kromosom yang diapit oleh kedua situs homolog Inversi dapat terjadi akibat penyimpangan rekombinasi umum, atau terjadi sebagai proses regulasi seperti pada Salmonella thypimurium
Proses INVERSI
1 Perpasangan situs homolog
2 Pindah silang antar situs
Proses INVERSI
1 Perpasangan situs homolog
2 Pindah silang antar situs
3 Pemutaran arah ruas antara dua situs homolog
REKOMBINASI NIRHOMOLOG (Elemen Loncat) • Rekombinasi ini tidak memerlukan kehomologan antara situs yang berekombinasi • Tidak terdapat keresiprokan • Akibat rekombinasi ini akan terjadi perpindahan lokasi fragmen pada DNA • Dikendalikan oleh enzim khusus (Transposase) • Enzim mengenali situs -situs elemen loncat dan situs sasaran perpindahan elemen
Elemen loncat: Akan meninggalkan lokasi awal dan menyisip pada situs sasaran DNA Donor
Enzim Transposase akan mengenali situs penanda dan memindahkan elemen ke situs sasaran Situs sasaran
Ruas pengapit
DNA penerima
Elemen loncat: Akan meninggalkan lokasi awal dan menyisip pada situs sasaran DNA Donor
Enzim Transposase akan mengenali situs penanda dan memindahkan elemen ke situs sasaran Situs sasaran
Ruas pengapit
DNA penerima
Contoh : Penyisipan IS1 pada gen lak-i --ACGAT GTCGCAGAG TATGC---TGCTA CAGCGTCTC ATACG--IS1 ACGATGTCGCAGAG TGCTACAGCGTCTC
IS1
GTCGCAGAGTATGCCAGCGTCTCATACG
Ruas pengapit, Ruas sisipan, Transposon Elemen loncat diapit oleh ruas pengapit yang akan dikenali oleh enzim transposase Ruas pengapit tersusun oleh ruas ulang terbalik Enzim transposase disandikan oleh gen trp Ruas sisipan: elemen loncat kecil yang hanya membawa gen trp Transposon : elemen loncat besar yang selain membawa gen trp juga mengandung gen lain trp trp
gen-x
Contoh Ruas Sisipan pada Bakteri Nama IS1 IS2 IS3 IS4 IS5 γ−δ IS101 IS903
# Eksemplar Ukuran/pb Pengapit 4-10 krom E.coliK12 768 20/23 4-13 kromE.coliK12, 1F 1327 32/41 5-6 kromE.coliK12, 2 F 1400 32/38 1-2 kromE.coliK12 1426 16/18 10-11 krom E.coli 1250 1-3 krom E.coliK12, 1 F 5700 35/35 plasmid pSC101 201 31/37 R6, IS903 pada Tn903 1397 17/22
Contoh Transposon prokariot Nama Gen Penanda Ukuran/kb Pengapit Tn3 Ampisilin 4,957 38/38 Tn4 Ampisilin,streptomisin, 20.5 pendek sulonamid Tn5 Kanamisin 5.4 1500 Tn7 Trimetofrin,stretomisin 14.0 Tn9 Khloramfenikol 2.63 18/23 Tn10 Tetrasiklin 9.3 1400 Tn501 Ion-ion merkuri 8.2 35/38 Tn551 Eritrmisin 5.3 35/35
IS1(768)
IS3(1400)
IR(20) trp IR(20)
IR(32)
Tn10 6500
IS3(1400)
IR(1500)
Contoh elemen loncat
trp IR(32)
IR(140)
IS3(1400)
Tn5 2400 Tn2 4250
IR(1500)
IR(140)
Tn9 IS1(768)
1100
IS1(768)
Sifat Transposase Akan memindahkan ruas antara ruas pengapit Mengenali satu ruas sasaran (Tn7), atau banyak sasaran (Tn5) trp
trp di antara pengapit
trp
trp di luar pengapit
Mekanisme Rekombinasi Nirhomolog 1 Melibatkan replikasi : akan terjadi penggandaan elemen loncat sebelum perpindahanelemen; sehingga pada DNA donor akan tetap ada elemen loncat 2 Tidak melibatkan replikasi : tidak terjadi penggandaan, sehingga akibat lompatan elemen DNA donor akan kehilangan elemen loncat
Dua jenis proses transposisi
Transposase
Polimerase DNA,Resolvase Ligase
Transposisi melibatkan replikasi
Transposase
Pemotongan, Polimerase DNA, Ligase
Transposisi tidak melibatkan replikasi
Teknologi DNA Rekombinan • Teknologi DNA rekombinan adalah teknik rekombinasi buatan dari beberapa molekul DNA; misal plasmid bakteri disisipi DNA tumbuhan atau hewan • Teknik ini digunakan untuk pengklonan gen, dalam usaha analisis atau rekayasa genetik • Teknik ini terdiri dari isolasi gen dari DNA donor, menyisipkannya ke dalam vektor pembawa seperti plasmid, dan memasukan vektor rekombinan kedalam sel
Enzim Restriksi sebagai alat Teknologi DNA Rekombinan
