MAKALAH GENETIKA BAKTERI DAN STRUKTUR DNA BAKTERI

I.1 Latar Belakang

Ilmu genetika mendefinisikan dan menganalisis keturunan atau konstansi dan perubahan pengaturan dari berbagai fungsi fisiologis yang membentuk karakter organisme. Unit keturunan disebut gen yang merupakan suatu segmen DNA yang nukleotidanya membawa informasi karakter biokimia atau fisiologis tertentu. Pendekatan tradisional pada genetika telah mengidentifikasikan gen sebagai dasar kontribusi karakter fenotip atau karakter dari keseluruhan stuktural dan fisiologis dari suatu sel atau organisme, karakter fenotif seperti warna mata pada manusia atau resistensi terhadap antibiotik pada bakteri, pada umumnya di amati pada tingkat organisme. Dasar kimia untuk variasi dalam fenotif atau perubahan urutan DNA dalam suatu gen atau dalam organisasi gen.

Penelaahan tentang genetika pertama kali dilakukan oleh seorang ahli botani bangsa Austria, Gregor Mendel  pada tanaman kacang polongnya. Pada tahun 1860-an ia menyilangkan galur-galur kacang polong dan mempelajari akibat-akibatnya. Hasilnya antara lain terjadi perubahan-perubahan pada warna,bentuk, ukuran, dan sifat-sifat lain dari kacang polong tersebut. Penelitian inilah ia mengembangkan hukum-hukum dasar kebakaan. Hukum kebakaan berlaku umum bagi semua bentuk kehidupan. Hukum-hukum mendel berlaku manusia dan juga organisme percobaan dahulu amat populer dalam genetika, yakni lalat buah Drosophila. Namun sekarang, percobaan-percobaan ilmu kebakaan dengan menggunakan bakteri Escherichia coli. Bakteri ini dipilih karena paling mudah dipelajari pada taraf molekuler sehingga merupakan organisme pilihan bagi banyak ahli genetika. Hal ini membantu perkembangan bidang genetika mikroba. Jasad renik yang di pelajari dalam bidang genetika mikroba meliputi bakteri, khamir, kapang, dan virus.

Genetika mikroba tradisional terutama berdasarkan pada pengamatan atau observasi perkembangan secara luas. Variasi fenotif telah diamati berdasar kemampuan gen untuk tumbuh dibawah kondisi terseleksi, misalnya bakteri yang mengandung satu gen yang resisten terhadap ampisilin dapat dibedakan dari bakteri kekurangan gen selama pertumbuhannya dalam lingkungan yang mengandung antibiotik sebagai suatu bahan penyeleksi. Catatan bahwa seleksi gen memerlukan ekspresinya dibawah kondisi yang tepat dapat diamati pada tingkat fenotif. Genetika bakteri mendasari perkembangan rekayasa genetika, suatu teknologi yang bertanggung jawab terhadap perkembangan di bidang kedokteran._eka_boy@ovi.com

I.3 Tujuan Penulisan

Penulisan ini betujuan untuk mengetahui pengertian dari genetika bakteri dan komponen apa sajakah yang menyusun genetika bakteri. Genetika merupakan bagian yang sangat penting dalam kehidupan bakteri. Tanpa adanya faktor genetika ini, kelanjutan spesies bakteri yang bersangkutan tentu sangat dipertanyakan. Oleh karena pentingnya masalah ini, kelompok kami mencoba untuk membahas dan mempresentasikannya pada presentasi kali ini.

          Adapun terdapat beberapa tujuan dari pengambilan materi genetika bakteri ini, antara lain adalah:

Ø  untuk menambah wawasan dan pengetahuan penulis mengenai faktor genetika bakteri.

Ø  Penulis mendapat banyak pengetahuan tentang bagaimana genetika bakteri dapat berpindah dari satu sel ke sel lainnya.

Ø  Penulis dapat mengetahui lebih dalam bagaimana suatu sel bakteri dapat mengalami proses mutasi dan menjadi mutagen dalam kesehariannya.

Semua tujuan-tujuan ini diharapkan dapat tercapai setelah terwujudnya laporan makalah ini. Selain itu, pengetahuan-pengetahuan yang penulis dapat dari pembahasan materi ini bisa menjadi wawasan awal yang dapat penulis ambil dan kembangkan menjadi pengetahuan yang lebih tinggi lagi berikutnya._eka_boy@ovi.com

I.4 Manfaat penulisan

Penulisan ini memberikan beberapa manfaat. Aspek akademis memberikan informasi ilmiah kepada masyarakat tentang pengertian dari genetika bakteri serta komponen apa sajakah yang menyusun genetika bakteri. Mengetahui genetika dari mikroorganisme serta kompoen penyusunnya maka dapat membuat mikoorganisme yang mempunyai kualitas yang sama yang digunakan dalam industri dengan memanfaatkan genetika dari mikroorganisme yang mempunyai sifat unggul.

I.5 metode penulisan

          Dalam pembahasan materi “Genetika Bakteri” ini, penulis menggunakan metode kepustakaan untuk mendapatkan bahan materi yang menyeluruh. Kepustakaan yang penulis gunakan tak hanya memakai beberapa buku untuk menjadi sumber acuan. Akan tetapi, penulis juga mencari bahan dari internet baik berupa materi maupun gambar yang dapat melengkapi pembahasan materi sebelumnya._eka_boy@ovi.com

II. 1 Struktur DNA

Pada tahun 1953, Frances Crick dan James Watson menemukan model molekul DNA sebagai suatu struktur heliks beruntai ganda, atau yang lebih dikenal dengan heliks ganda Watson-Crick.

Informasi genetika disimpan sebagai suatu urutan basa pada DNA. Kebanyakan molekul DNA adalah rantai ganda, dengan basa-basa komplementer (A-T; G-C) berpasangan menggunakan ikatan hidrogen pada pusat molekul. Sifat komplementer dari basa memungkinkan satu rantai (rantai cetakan, template) menyediakan informasi untuk salinan atau ekpresi informasi pada suatu rantai yang lain (rantai penyandi).

Pasangan-pasangan basa tersusun dalam bagian pusat double helix DNA dan menentukan informasi genetiknya. Setiap empat basa diikatkan pada phosphor-2-deoxyribose membentuk suatu nukleotida. Setiap nukleotida dibentuk dari tiga bagian yaitu:

1)    Sebuah senyawa cincin yang mengandung nitrogen, disebut basa nitrogen. Dapat berupa purin atau pirimidin.

2)    Sebuah gugusan gula yang memiliki lima karbon (gula pentosa), disebut deoksiribosa.

3)    Sebuah molekul fosfat.

Bagian-bagian tersebut terhubungkan bersama-sama dalam urutan basa nitrogen-deoksiribosa-fosfat.

Purin dan pirimidin yang membentuk nukleotida, masing-masing memiliki dua macam basa :

1)    Purin yaitu adenine dan guanine,

2)    Pirimidin yaitu cytosine dan thymine.

Karena ada empat jenis basa, maka pada DNA dijumpai empat jenis nukleotida :

1)    Deoksiadenosin-5’-monofosfat (adenine + deoksiribosa + fosfat),

2)    Deoksiguanosin-5’-monofosfat (guanine + deoksiribosa + fosfat),

3)    Deoksitidin-5’-monofosfat (cytosine + deoksiribosa + fosfat),

4)    Timidin-5’-monofosfat (thymine + deoksiribosa + fosfat).._eka_boy@ovi.com

Keempat jenis nukleotida ini dihubungkan menjadi utasan polinukleotida DNA oleh ikatan-ikatan fosfodiester, yaitu setiap gugusan fosfat menghubungkan atom karbon nomor 3 pada deoksiribosa sebuah nukleotida dengan atom karbon nomor 5 pada deoksiribosa nukleotida berikutnya, dengan gugusan fosfat terletak di luar rantai. Hasilnya ialah suatu rantai yang mengandung gugusan fosfat berselang-seling dengan gugusan deoksiribosa dan basa-basanya yang mengandung nitrogen menonjol dari gugusan. Ikatan-ikatan hidrogen menghubungkan basa dari satu rantai ke rantai yang lain. Muatan negatif phosphodiester backbone dari DNA berhadapan dengan pelarut, dan muatan ini tersusun sepanjang struktur linear dari molekul. Panjang molekul DNA pada umumnya tersusun dalam ribuan pasang DNA ribuan pasang basa, atau kilobase pavis (kbp). Suatu kromosom Eshericia coli memiliki 4639 kbp. Panjang keseluruhan kromosom E.coli diperkirakan I nm. Oleh karena keseluruhan dimensi sel bakteri diperkirakan 1000 kali lebih kecil dari pada panjangnya tersebut sehingga terbentuk lipatan yang melipat lagi atau supercoiling, menyusun struktur fisik dari molekul in vivo.

	Presentase basa nitrogen
	Adenin	Sitosin	Guanin	Timin
Kamir (yeast)	32	18	18	32
Mycrobacterium tuberculosis	16	34	34	16
Manusia	131	19	19	131

Antara setiap pasangan Adenin-Timin terbentuk dua ikatan hidrogen (A=T), sedangkan antara setiap pasangan Guanin-Sitosin terbentuk tiga ikatan hidrogen (G≡C). Akibat dari pembentukan pasangan-pasangan tersebut ialah bahwa kedua utasan heliks DNA bersifat anti-paralel, yang berarti bahwa setiap utas menuju arah yang berlawanan sehingga yang satu diakhiri dengan gugusan hidroksil-3’ bebas dan yang lain dengan gugusan fosfat-5’.

II. 2 Genetika Bakteri

Ada dua fenomena biologi pada konsep hereditas yaitu:

1.     Hereditas yang bersifat stabil di mana generasi berikut yang terbentuk dari pembelahan satu sel mempunyai sifat yang identik dengan induknya.

2.     Variasi genetik yang mengakibatkan adanya perbedaan sifat generasi berikut dari sel induknya akibat peristiwa genetik tertentu, misalnya mutasi.

Pada bakteri, unit herediternya disebut genom bakteri. Genom bakteri lazimnya disebut sebagai gen saja. Gen bakteri biasanya terdapat dalam molekul DNA (asam deoksirinukleat) tunggal, meskipun dikenal pula adanya materi genetik di luar kromosom (ekstra kromosomal), yang di sebut plasmid, yang tersebar luas dalam populasi bakteri. Meskipun bakteri bersifat haploid, transimisi gen dari satu generasi ke generasi berikutnya berlangsung secara linier, sehingga pada setiap siklus pembelahan sel, sel anaknya menerima satu set gen yang identik dengan sel induknya.

Kromosom bakteri yang terdiri dari DNA mempunyai berat  lebih kurang 2-3% dari berat kering satu sel. Dengan mikroskop elektron, DNA tampak sebagai benang-benang fibriler yang menempati sebagian besar dari volume sel. Molekul DNA bila diekstraksi dari sel bakteri biasanya mempunyai bentuk yang sirkuler, dengan panjang kira-kira 1 mm. DNA ini mempunyai berat molekul yang tinggi karena terdiri dari heteropolimer dari deoksiribonukleotida purin yaitu Adenin dan Guanin dan deoksiribonukleotida pirimidin yaitu Sitosin dan Timin.

Watson dan Crick, dengan sinar X menemukan bahwa struktur DNA terdiri dari dua rantai poliribonukleotida yang dihubungkan satu sama lain oleh ikatan hidrogen antara purin di satu rantai dengan pirimidin di rantai lain, dalam keadaan antiparalel, dan disebut sebagai struktur double helix. Ikatan hidrogen ini hanya dapat menghubungkan Adenin (6 aminopurin) dengan Timin (2,4 dioksi 5 metil pirimidin) dan antara Guanin (2 amino 6 oksipurin) dengan Sitosin (2 oksi 4 amino pirimidin). Singkatnya pasangan basa pada suatu sekuens DNA adalah A-T dan S-G. Karena adanya sistem berpasangan demikian, maka setiap rantai DNA dapat dijadikan cetakan/template untuk membangun rantai DNA yang komplementer. Waktu terjadinya proses replikasi DNA dalam pembelahan sel, molekul DNA dari sel anaknya terdiri dari satu rantai DNA yang komplememter tapi dibuat baru, dengan kata lain, pemindahan materi genetik dari satu generasi ke generasi berikutnya adalah dengan cara semikonservatif.

Fungsi primer DNA pada hakikatnya adalah sebagai sumber perbekalan informasi genetik yang dimiliki oleh sel induk. Proses replikasi di kerjakan dengan amat lengkap sehingga sel anaknya mendapatkan pula informasi genetik yang lengkap, sehingga terjadi kesetabilan genetik dalam suatu  populasi mikroorganisme. Satu benang kromosom biasanya terdiri dari lima juta pasangan basa dan terbagi atas segmen atau sekuens asam amino tertentu yang akan membentuk stuktur protein. Protein ini kemudian menjadi enzim-enzim, komponen membran sel dan struktur sel yang lain yang  secara keseluruhan menentukan karakter dari sel itu.

Mekanisme yang menunjukan bahwa sekuen nukleotida di dalam gen menentukan sekuens asam amino pada pembentukan protein adalah sebagai berikut:

1.     Suatu enzim amino sel bakteri yang disebut enzim RNA polimerase membentuk satu rantai oliribonukleotida (= messesnger RNA = mRNA) dari rantai DNA yang ada. Proses ini diseut transkripsi. Jadi pada transkripsi DNA, terbentuk satu rantai RNA yang komplementer dengan salah satu rantai double helix dari DNA.

2.     Secara enzimatik asam amino akan teraktifasi dan ditransfer kepada transfer RNA (= tRNA yang mempunyai daptor basa yang komplementer dengan basa mRNA di satu ujungnya dan mempunyai asam amino spesifik di ujung lainnya tiga buah basa pada mRNA di sebut triplet basa yang lazim disebut sebagai kodon untuk suatu asam amino.

3.     mRNA dan tRNA bersama-sama menuju kepermukaan ribosom kuman, dan disinilah rantai polipeptida terbentuk sampai seluruhkodon selesai dibaca menjadi menjadi suatu sekwen asam amino yang membentuk protein tertentu. Proses ini disebut translasi.

II. 3 DNA Bakteri

Bakteri memiliki kekurangan unsur-unsur yang mengacu pada stuktur komplek yang terlibat dalam pemisahan kromsom-kromosom eukariota menjadi nukleid anak yang berbeda. Replikasi dari DNA bakteri dimulai pada satu titik dan bergerak ke semua arah. Dalam prosesnya, dua pita lama DNA terpisah dan digunakan sebagai model untuk mensistensiskan pita-pita baru (replikasi semikonservatif). Strukur dimana dua pita terpisah dan sintesis baru terjadi disebut sebagai percabangan replikasi. Replikasi kromosom bakteri sangat terkontrol, dan kromosom tiap sel yang tumbuh berkisar antara satu dan empat. Beberapa plasmida bakteri bias memiliki sampai 30 tiruan dalam satu sel bakteri, dan mutasi yang menyebabkan kontrol bebas dari relikasi plasmida bahkan bias menghasilkan tiruan yang lebih banyak.._eka_boy@ovi.com