Kali ini kita belajar tentang Cluster and Repeat. Hanya saja konsep ini saya pelajari dengan beberapa teman saya. Artinya saya tidak menulis ini sendiri. Adapun yang berperan dalam menulis artikel ini selain saya adalah Dwi Martha Nur Aditya, S.Pd., M.Pd. (Dosen Universitas Surabaya), Anis Samrotul Lathifah, S.Pd., M.Pd (Dosen Universitas Tribhuwana Tunggadewi), dan Dewi Sagita, S.Pd., M.Pd.
Kita mulai ya... apasih Cluster and Repeats itu? kalau langsung diterjemahkan cluster itu kelompok-kelompok, repeats itu ulangan-ulangan. kelompok yang diulang-ulang? hehehe...
Kita mulai dari Gen dulu ya...Set
turunan gen hasil duplikasi dan variasi dari gen leluhurnya disebut keluarga
genetis. Anggotanya akan memiliki gugus yang memiliki kemiripan. Gen biasanya
akan memiliki hubungan pada bagian exonsnya, sedangkan intronnya menyimpang (dibuang).
Exons yang memiliki peranan dalam penentuan fungsi protein.
Kejadian
awal yang mengikuti perkembangan exons (gen) yaitu duplikasi, ketika beberapa
sekuen dalam genom membentuk salinannya. Tandem (ulangan) duplikasi
biasanya digunakan
dalam proses replikasi dan rekombinasi. Pemisahan material duplikat dari satu
kromosom ke yang lainnya disebut translokasi. Duplikat pada lokasi yang baru akan
mengalami transposisi pada transposon. Adanya
komponen exon yang terduplikasi, ternyata
berbeda dari duplikat maka terjadi mutasi.
Keluarga gen memiliki anggota
yang identik yang disebut dengan gen cluster. Gen cluster memiliki
jangkauan yang khusus. Keberadaan gen cluster ini mengindikasikan adanya
evolusi. Hal ini terjadi akibat adanya unequal
crossing-over (nonreciprocal recombination) dari sisi kromosom yang tidak
homolog. Keadaan ini menunjukkan adanya pengulangan dari DNA parental ke
keturunannya. Pengulangan ini dapat dianalisis menggunakan satelit DNA. Di dalam satelit tersebut terdapat rantai pendek DNA yang disebut mini-satelit.
Dari sinilah dapat digunakan untuk tujuan pemetaan gen.
Duplikasi
Gen Merupakan Kekuatan Utama dalam Evolusi
Setelah
terjadi proses duplikasi terjadi proses kombinasi. Exon dan intron yang
berduplikasi, dalam duplikatnya bisa aktif dan inaktif. Apabila ekspresinya
inaktif pada duplikat, maka akan menyebabkan perbedaan ekspresi dari exon dan intron sebelumnya
sehingga lambat laun bisa terjadi perubahan (evolusi). Selain itu, faktor
terjadinya mutasi selama proses duplikasi juga dapat menyebabkan perubahan
(evolusi). Keadaan ini diawali dengan ketidakcocokan individu, kemudian
berlanjut terbentuk spesiasi, dan kemudian menjadi terpisah dari populasinya.
Dalam kurun waktu yang lama disebut evolusi.
Gugus Globin Dibentuk Melalui Duplikasi dan Perbedaannya
Pada
umumnya hasil duplikasi suatu
gen akan menghasilkan salinan gen yang mirip dengan gen yang dikopi, tetapi
pada beberapa kasus pada duplikasi tingkat lanjut akan terbentuk gugus yang
memiliki keterkaitan dengan gen, misalnya gen globin. Unsur pokok dari sel
darah merah adalah tetramer globin yang berikatan dengan heme dan membentuk
hemoglobin. Gen globin pada semua spesies memiliki struktur umum yang sama
yaitu dibagi menjadi 3 exon sehingga dapat disimpulkan gen globin diturunkan
dari satu nenek moyang gen.
Pada sel
dewasa, tetramer globin terdiri dari 2 rantai α identik dan 2 rantai β identik.
Sel embrionik mengandung tetramer hemoglobin yang berbeda dengan sel dewasa. Setiap tetramer berisi dua seperti rantai α
dan dua seperti rantai β
yang identik, masing-masing
rantai tersebut akan digantikan oleh polipeptida
sel dewasa. Pada
manusia, zeta dan alfa adalah dua rantai yang seperti rantai α. Sedangkan
epsilon, gamma, dan beta adalah dua rantai yang seperti rantai β. Pada
tahapan perkembangan manusia, ζ adalah rantai seperti α
yang diekspresikan pertama, kemudian segera digantikan oleh rantai α. Pada
jalur β, ε dan γ diekspresikan pertama yang kemudian akan diganti. Pada manusia
dewasa, gen α2β2 mengkode hemoglobin sekitar 97% dan oleh
α2δ2sebesar 2%, sedangkan pada janin 1% dikode oleh α2γ2. Pembagian
rantai globin menjadi rantai seperti α dan seperti β memberikan gambaran adanya
pengaturan gen. Setiap tipe globin yang dikode oleh gen menjadi suatu gugus
tunggal. Pada gugus
β mempunyai 5 gen yang fungsional yaitu ε, dua γ, δ, dan β, serta memiliki 1
gen non fungsional yaitu ψβ. 2 gen γ dibedakan berdasarkan kode sekuen pada
satu asam amino. Gugus α terdiri dari 28 kb yang memiliki 1 gen aktif yaitu gen
ζ dan satu gen ζ non fungsional, 2 gen α, 2 gen α
nonfungsional dan gen θ yang belum diketahui fungsinya.
Perbedaan
yang signifikan antara embrio dengan manusia dewasa adalah pada globin embrio
dan fetal memiliki afinitas oksigen yang sangat tinggi. Hal ini sangat penting
utnuk mendapatkan oksigen dari darah ibu. Gen fungsional didefinisikan sebagai
ekspresi yang terdapat pada RNA dan dari protein yang terbentuk. Sedangkan gen
nonfungsional didefinisikan sebagai ketidakmampuan gen dalam mengkode protein,
hal ini diakibatkan oleh banyak faktor diantaranya adalah tidak lengkapnya
tahapan transkripsi maupun translasi, gen ini disebut dengan pseudogen yang
disimbolkan dengan ψ. Penyebaran gen fungsionaldan gen non fungsional berbeda
disetiap kasus. Setiap kasus mengandung gen embrio dan dewasa. Gugus terpanjang
terdapat pada kambing, di mana 4 gen dasar diduplikasi 2 kali.
Gen yang
dibutuhkan untuk mengkode globins seperti β 20-120 kb. Jumlah tersebut jauh
lebih besar dari yang diharapkan dalam pencarian protein globin β atau dari gen
tunggal. Walaupun gugus ini bukanlah kejadian yang biasa, kebanyakan gen
ditemukan sebagai lokus tunggal.Dari organisasi gen globin di berbagai spesies,
dapat dilacak evolusi dari gugus gen globin dari satu gen nenek moyang globin.
Gen leghemoglobin tanaman dapat menggambarkan bentuk gen nenek moyang. Gen
globin dalam bentuk modern seperti pada urutan rantai tunggal mioglobin
mamalia, yang mengandung garis keturunan gen globin 800 juta tahun yang lalu.
Myoglobin gen memiliki pengaturan dan organisasi yang sama dengan gen globin,
sehingga dapat disimpulkan 3 struktur exon menunjukkan nenek moyang dari
globin.
Perbedaan
Sekuen Adalah Dasar dari Jam Evolusi
Kebanyakan
perubahan sekuen protein disebabkan oleh mutasi kecil yang terus bertambah.
Mutasi poin dan sisipan kecil maupun delesi terjadi kapanpun, mungkin kurang
lebih memiliki kemungkinan yang sama pada setiap genom, kecuali hotspot yang
lebih sering terjadi. Ada sedikit mutasi yang bermanfaat. Saat terjadi kejadian
yang langka, kemudian menyebar kedalam populasi dan menggantikan gen yang telah
ada, maka dikatakan akan tetap pada populasi tersebut. Proporsi mutasi yang
mengubah sekuen asam amino adalah netral, yaitu yang tidak mengubah fungsi
protein dan kerjanya.
Rata-rata
dimana perubahan mutasi terakumulasi adalah karakteristik dari masing-masing
protein. Pada spesies, protein berevolusi oleh mutasi substitusi, yang diikuti
dengan eliminasi atau fiksasi pada satu lokasi perkembangbiakan (breeding pool). Saat satu spesies
terpecah menjadi dua spesies baru, masing-masing memiliki jalur evolusi yang
berbeda. Melalui perbandingkan potein dari dua spesies,
dapat diketahui perbedaan keduanya yang telah terakumulasi sejak pada saat
moyangnya melakukan perkawinan silang.
Perbedaan
antara dua protein yang diekspresikan disebut dengan divergensi (perbedaan), yaitu persentase dari posisi dimana
asam amino itu berbeda. Perbedaan antar
protein dapat dilihat dari sekuen nukleotida, pada tiga basa nitrogennya.
Sekuen nukleotida dari daerah pencetakan dapat dibagi menjadi situs pengganti (replacement sites) dan situs diam (silent sites). Pada replacement
site, mutasi memperbaiki asam amino yang dikode, efeknya (merugikan,
netral, ataupun menguntungkan) tergantung pada pergantian asam amino. Pada silent site, mutasi hanya mengganti satu
kodon sinonim dengan lainnya, sehingga tidak terjadi perubahan protein.
Meskipun demikian, hal ini dapat mengakibatkan ekspresi gen melalui perubahan sekuen pada RNA. Mutasi pada replacement site merespon dengan perbedaan
asam amino. Sebenarnya, perbedaan terukur memiliki perbedaan yang lebih rendah
dengan yang terjadi saat evolusi, karena terjadinya pada satu kodon.
Perbedaan
antara replacement site dan silent site menunjukkan keberadaan
hambatan yang sangat besar pada posisi nukleotida yang mempengaruhi protein.
Jadi, mungkin sangat sedikit perubahan asam amino yang bersifat netral.
Perbedaan dari pasangan sekuen globin kurang lebih proporsional hingga mereka
berpisah. Hal ini membentuk jam evolusi yang mengukur akumulasi mutasi. Dengan
membadningkan sekuen dari gen homolog pada spesies yang berbeda, angka perbedaan
baik dari replacement ataupun silent sites
dapat ditentukan. Misalnya pada gambar 6.9 yang menunjukkan bahwa adanya perbedaan
pada gen globin dengan rata-rata ~0,096 % per juta tahun. Dengan
mempertimbangkan ketidakpastian, hasilnya menujukkan waktu yang linear. Pada
data silent site, kurang jelas. Pada
gambar, perbedaannya jauh lebih besar dibandingkan dengan replacement site. Jika kita anggap bahwa harus ada perbedaan nol
pada waktu nol, maka,, dapat dilihat bahawa sebenarnya silent site tidak menunjukkan data linear. Ketika
data yang cukup telah dikumpulkan pada sekuens dari gen tertentu, argument tersebut dapat dibalik dan dibandingkan bahwa
gen dari spesies yang berbeda dapat digunakan untuk mengakses hubungan
taksonominya.
 |
kajian masih belum selesai. masih ada lagi di part berikutnya ya...
Sumber: Lewin, Benjamin. 2004. Genes VIII. New Jersey: Pearson Prentice Hall
Komentar
Posting Komentar