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

Pindah silang antara sepasang kromosom homolog

Integrasi λ ke dalam kromosom bakteri

λ

Pertukaran & Penyisipan Fragmen

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

• RecBC membuat potongan nick dan menghasilkan utas tunggal

• RecA mempertukarkan pasangan utas tunggal hasil pemotongan RecBC dengan dengan utasan DNA homolognya

Sistem Enzim pada Rekombinasi Homolog

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.coliberlangsung dalam siklus lisogenikBerlangsung melalui rekombinasi pada situs khusus

λ

λ

POP’

BOB’

BOP’ POB’

Proses Integrasi dan Deintegrasi λ dikatalisis oleh enzim integrase

Integrase

POP’

BOB’

Integrase akan mengenali situs POP’ dan BOB’ dan melakukan rekombinasi

BOP’ POB’λ

Integrasi mempersyaratkan adanya molekul sirkular

Rekombinasi pada situs khusus menghasilkan adanya dua situs mengapit ruas terintegrasi

-----------------GCCTGCTTTTTTATACTAACTTG------------------CGGACGAAAAAATATGATTGAAC--

-----------GCCTGCTTTTTTATACTAACTTG-------------------CGGACGAAAAAATATGATTGAAC--------

--GCCTGCTTTTTTATACTAAGTTG--------------------CGGACGAAAAAATATGATTCAAC----------------

-----------TTCAGCTTTTTTATACTAAGTTG-------------------AAGTCGAAAAAATATGATTCAAC---------

Situs Pengintegrasian λP P’O

O B’B

B’

B P’

P O

Integrasi Plasmid F Ke dalam Kromosom Bakteri

Kromosom bakteri

Plasmid F

Situs khusus

Integrasi berlangsung saat pembentukan Hfr

Berlangsung pada situs khusus

λSitus integrasi Kromosom

Proses integrasi plasmid F ke dalam

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

Kromosom terdelesi

Fragmen hilang

Terjadi akibat pindah-silang antara dua situs dengan urutan basa

yang searah pada satu kromosom

PROSES DELESI

Terjadi perpasangan situs homolog yang diikuti pindah silang

Menghasilkan satu DNA sirkular yang terlepas dari kromosom

INVERSI

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

Inversi: merupakan hasil pindah-silang antara dua situs homolog yang mempunyai urutan basa yang berlawanan

Proses INVERSI

1 Perpasangan situs homolog

2 Pindah silang antar situs

Proses INVERSI

3 Pemutaran arah ruas antara dua situs homolog

1 Perpasangan situs homolog

2 Pindah silang antar situs

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

Ruas pengapit

Enzim Transposaseakan mengenali situs penanda dan memindahkan elemen ke situs sasaran

Situs sasaran DNA penerima

DNA Donor

Elemen loncat: Akan meninggalkan lokasi awal dan menyisip pada situs sasaran

DNA penerimaSitus sasaran

Ruas pengapit

Enzim Transposaseakan mengenali situs penanda dan memindahkan elemen ke situs sasaran

DNA Donor

--ACGAT GTCGCAGAG TATGC----TGCTA CAGCGTCTC ATACG---

IS1ACGATGTCGCAGAG TGCTACAGCGTCTC

GTCGCAGAGTATGC-CAGCGTCTCATACG

IS1

Contoh : Penyisipan IS1 pada gen lak-i

Ruas pengapit, Ruas sisipan, TransposonElemen loncat diapit oleh ruas pengapit yang

akan dikenali oleh enzim transposase

Enzim transposase disandikan oleh gen trpRuas sisipan: elemen loncat kecil yang hanya

membawa gen trpTransposon : elemen loncat besar yang selain membawa gen trp juga mengandung gen lain

trptrp gen-x

Ruas pengapit tersusun oleh ruas ulang terbalik

Contoh Ruas Sisipan pada BakteriNama # Eksemplar Ukuran/pb PengapitIS1 4-10 krom E.coliK12 768 20/23IS2 4-13 kromE.coliK12, 1F 1327 32/41IS3 5-6 kromE.coliK12, 2 F 1400 32/38IS4 1-2 kromE.coliK12 1426 16/18IS5 10-11 krom E.coli 1250 -γ−δ 1-3 krom E.coliK12, 1 F 5700 35/35IS101 plasmid pSC101 201 31/37IS903 R6, IS903 pada Tn903 1397 17/22

Contoh Transposon prokariotNama Gen Penanda Ukuran/kb PengapitTn3 Ampisilin 4,957 38/38Tn4 Ampisilin,streptomisin, 20.5 pendek

sulonamidTn5 Kanamisin 5.4 1500Tn7 Trimetofrin,stretomisin 14.0 -Tn9 Khloramfenikol 2.63 18/23Tn10 Tetrasiklin 9.3 1400Tn501 Ion-ion merkuri 8.2 35/38Tn551 Eritrmisin 5.3 35/35

Contoh elemen loncat

IS1(768) IS3(1400)

IR(20) IR(20) IR(32) IR(32)

IR(1500) IR(1500)

IS1(768) IS1(768)

IS3(1400) IS3(1400)

trp trp

Tn106500

Tn5

Tn9

2400

1100

IR(140) IR(140)

Tn24250

Sifat TransposaseAkan memindahkan ruas antara ruas pengapit

Mengenali satu ruas sasaran (Tn7), atau banyak sasaran (Tn5)

trp trp

trp di antara pengapit 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

Transposisi melibatkan replikasi

Transposisi tidak melibatkan replikasi

Transposase

Polimerase DNA, Ligase

Resolvase Pemotongan, Polimerase DNA, Ligase

Transposase

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