BAHAN BAKU PERIKANAN (BBI)

I. PENDAHULUAN


1.1. Latar belakang

Bahan baku hasil perikanan adalah bahan atau hasil-hasil perikanan yang dapat dijadikan sumber bahan baku yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan industri hasil perikanan. Perairan umum Indonesia yang meliputi dua pertiga wilayah tanah air Indonesia memiliki Potensi sumber daya hayati perikanan yang besar dan belum seluruhnya dapat dikelola. Mengingat sangat mendesaknya kebutuhan akan protein hewani yang berasal dari ikan, maka sudah seharusnya memanfaatkan sumber-sumber hayati perairan yang ada dan dimanfaatkan semaksimal mungkin karena akan dapat menunjang perluasan kesempatan kerja, meningkatkan pendapatan nelayan dan perbaiakan gizi masayarakat. Keadaan ini sejalan dengan pertambahan penduduk serta kondisi geografis Indonesia yang mutlak memerlukan pelaksanaan peningkatan dalam bidang perikanan.
Usaha perikanan yang ada di Indonesia merupakan perpaduan antara usaha perikanan darat dan perikanan laut. Ikan merupakan sumber protein yang paling murah dibanding dengan sumber protein yang lainnya seperti telur, susu dan daging (Dinas Perikanan Kabupaten Bengkalis, 1996/1997).
Propinsi Riau merupakan salah satu propinsi yang memiliki wilayah daratan 94.561 km2 dan 3.241 pulau-pulau yang memiliki empat satuan wilayah sungai yaitu sungai Rokan, siak, Kampar dan sungai Indragiri yang merupakan perairan yang potensial untuk pembangunan usaha perikanan (Yuniarti, 2000).
Untuk propinsi Riau produksi perikanan umum adalah sebesar 12.706,6 ton atau 7% dari seluruh produksi prikanan Riau, dimana produksi perikanan tersebut berasal dari kabupaten indragiri hulu, Kampar, Bengkalis dan Indragiri hilir (Evy, Mujianti Dan Sujono, 2001).
Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki lautan yang sangat luas sehingga memiliki kekayaan alam yang cukup banyak. Salah satu kekayaan yang ada di perairan indonesia itu adakah kerang darah. Hal ini disebabkan karena kondisi perairan indonesia banyak mempunyai dasar lumpur (Moeljanto dan heruwati, 1995).
Beberapa jenis karang- kerangan yang mempunyai nilai ekonomis tinggi dan bayak digemari masyarakat diantaranya adalah kerang darah, kerang buluh dan kerang kelagik. Pada tahun 1989 produksi kerang darah di Riau baru mencapai 5.871,7 ton, sedangkan pada tahun 1993 sudah mencapai 10.544,1 ton. Ini berarti terjadi peningkatan produksi kerang darah pertahun sebesar 16,6 % (D.P.P.R. 1994)
Menurut Moeljanto (1979) limbah perikanan adalah ikan yang terbuang tercecer dan sisa olahan yang pada suatu saat tertentu belum dapat dimanfaatkan secara ekonomis. Limbah perikanan selalu terjadi dalam proses penangkapan, penanganan, pengangkutan, pengolahan dan distribusi serta pemasaran ikan. Limbah perikanan dikelompokkan berdasarkan jenisnya ada 4 yaityu : hasil sampingan berupa ikan mentah utuh yang merupakan hasil dari usaha penangkapan, limbah pengolahan yang terdiri atas kepala, isi perut, kulit, tulang, sirip dan lain-lain, limbah surplus berupa ikan utuh, limbah industri berupa ikan utuh potongan atau hancuran sisa pengolahan dan pemasaran (Winarno,1997). Dalam Industri pengolahan perikanan limbah yang paling utama antara lain kepala, bagian isi perut, ekor, sirip, tulang, dan lain-lain yang biasa di buang pada pembuatan illet ikan.
Banyak metoda telah dilakukan manusia untuk mengolah berbagai bahan hasil perikanan menjadi produk yang berasal dari limbah perikanan. Berdasarkandari statistik jumlah ikan yang tidak dapat dikonsumsi lagi oleh manusia dapat mencapai lebih dari 500 ton/tahun (Afrianto dan Liviawati, 1984).

1.2. Tujuan dan manfaat
1.2.1.Pasta kerang
Tujuan untuk mengetahui pembuatan pasta kerang dengan memanfaatkan limbah cangkang kerang dara sebagai upaya diversifikasi hasil samping pengolahan perikanan menjadi bahan tambahan dalam produk pembuatan odol (pasta gigi).
Manfaatnya adalah mengetahui pemanfaatan limbah pasta kerang untuk bahan baku odol dan dapat membuatnya sendiri.




1.2.2. Gelatin
Tujuan untuk mengetahui pembuatan Gelatin dengan memanfaatkan limbah tulang ikan patin sebagai upaya diversifikasi hasil samping pengolahan perikanan menjadi bahan tambahan dalam produk pangan maupunm non pangan.
Manfaatnya adalah mengetahui cara pembuatan gelatin dengan memanfaatkan limbah tulang ikan.
1.2.3. Fish Protein Concentrate(FPC)
Tujuan untuk mengetahui pembuatan FPC dengan memanfaatkan daging ikan patin sebagai upaya diversifikasi hasil samping pengolahan perikanan menjadi bahan tambahan dalam produk pangan maupunm non pangan.
Manfaatnya adalah mengetahui cara pembuatan FPC dengan memanfaatkan daging ikan.

1.2.4. Kitosan
Tujuan untuk mengetahui pembuatan Kitosan dengan memanfaatkan kulit udang sebagai upaya diversifikasi hasil samping pengolahan perikanan menjadi bahan tambahan dalam produk pangan maupunm non pangan.
Manfaatnya adalah mengetahui bahwa kulit udang dapat dibuat jadi kitosan yang dapat dimanfaatkan dalam berbagai industri seperti industri kertas dan textile, sebagai koagulan, pensuspensi dan sebagai perekat serta protein sel tunggal.












II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pasta kerang

Kerang dara (Anadara granosa) termasukhewan lunak yang hidup pada perairan yang berlumpur. Menurut Boom (1985) klasifikasi kerang darah adalah sebgai berikut :
Phylum : Moluska
Kelas : Bivalva
Ordo : Arcoida
Famili : Arcidae
Subfamili : Anadarinae
Genus : Anadara
Spesies : Anadara granosa
Menurut Moeljanto dan Heruwati (1975), kerang dara merupakan salah satu jenis kerang yang mempunyai nilai ekonomis penting dan disukai masyarakat. Selanjutnya Ismail (1971) mengatakan kerang darah mempunyain rasa yang guring karena mengandung lemaj dan kadar protein yang tinggi.
Komposisi kimia kerang dara (Anadara granosa) adalah air 83%, lemak 0.91%, protein 10.33% dan kadar abu 1.84% (Moeljanto dan Heruwati ,1975). Kerang darah yang telah dewasa yang berukuran diameter 4 cm dapat memberikan sumbangan energi sebesar 59 kalori serat mengandung 8 gram protein, 1,1 gram lemak, 3,6 gram karbohidrat, 133mg kalsium, 170 mg phosfor, 300 SI vitamin A dan 0,01 mg vitamin B1 (Karnadi,1991).
Kerang merupakan mahkluk “filter feeder” yang mengakumulasi bahan-bahan yang tersaring di dalam insangnya. Dalam prosesnya bakteri dan mikroorganisme lain yang ada di sekelilingnya dapat terakumulasi dan mencapai jumlah yang membahayakan untuk dikonsumsi (Leslie dan lee,1984).
Budiman (1975) menyatakan bahwa tercatat 20 jenis kerang dari famili Acidae, sedangkan yang dimanfaatkan untuk di ambil dagingnya masih terbatas pada kerang dara (Anadara granosa), kerang bulu (Anadora inflata) dan kerang gelatik (Anadora antiquata).
Pemanfaatan kerang saat ini masih terbatas pada konsumsi, dalam hewan segar atau diawetkan dengan penggaraman dan penyaringan. Pengawetan tersebut bertujuan untuk menghambat dan mencegah terjadinya kerusakan/mempertahankan muru, menghindari terjadinya keracunan dan mempermudah penanganan serta penyimpanan(Winaryo dan laksmi,1974).

2.2. Gelatin

Nama gelatin berasal dari bahasa latin “gelare” berarti membuat beku dan merupakan senyawa yang tidak pernah terjadi secara alami. Gelatin adalah hidrokoloid yang berasal dari hewan yang berfungsi untuk menigkatkan kekentalan dan membentuk gel dalam berbagai produk pangan(Bennion dalam Hadi,2006). Gelatin merupakan senyawa turunan yang dihasilkan dari serabut kolagen jaringan penghubung yang dihidrolisis dengan asam basa(Charley dalam Wiratmaja,2006).
Gelatin sangat kaya dengan asam amino glisin (gly) (hamper sepertiga dari total asam amino), prolin (pro) dan 4-hidroksiprolin (4Hyd). Struktur gelatin yang umumadalah : Ala-Gly-Pro-Arg-gly-Glu-4hyp-Gly-Pro. Satu hal yang perlu dicatat adalah kandungan 4Hyd juga berpengaruh pada kekuatan gelatin. Makin tinggi asam amino ini, kekuatan gel juga lebih baik. Meskipun mayoritas diturunkan dari hewan, gelatin sebenarnya tergolong memiliki nilai biologis yang rendah dan sering juga dianggap protein tidak lengkap. Pasalnya, gelatin kekurangan kandungan triptophan (Trp) yang merupakan salah satu asam amino esensial, serta rendah dalam sistein (Cys) dan tirosan (Tyr) (www.Artikel Iptek:Berit@iptek.com).
Gelatin mempunyai titik leleh 350C, dibawah suhu tubuh manusia. Titik leleh inilah yang membuat gelatin mempunyai karateristik yang unik bila dibandingkan dengan bahan pembentuk gel lainnya seperti pati, alginat, pectin, agar-agar, karaginan tang merupakan senyawa karbohidrat (Gomez dan Montero, 2001). Secara fisik dan kimia, gelatin berwarna kuning cerah atau trnsparan, berbentuk serpihan atau tepung, berbau dan berasa, larut dalam air panas, gliserol, dan asam asetat serta pelarut organik lainnya. Gelatin dapat mengembang dan meyerap air 5-10 kali bobot asalnya(Raharja,2004).
Menurut deMan (1997), gelatin adalah protein larut yang diperoleh dari kolagen tak larut. Gelatin juga didefinisikan sebagai produk yang diperoleh dari jaringan kolagen hewan yang dapat didispersi dalam air dan menunjukkan perubahan sel-gel yang reversible seiring perubahan suhu. Proses perubahan kolagen menjadi gelatin melibatkan tiga perubahan yaitu : 1). Pemutusan sejumlah ikatan peptida untuk memperpendek rantai, 2). Pemutusan/pengacauan sejumlah ikatan samping antar rantai, ). Perubahan konfigurasi rantai merupakan satu-satunya perubahan penting untuk mengubah kolagen menjadi gelatin. Kondisi yang dipergunakan selama proses produksi gelatin menentukan sifat-sifatnya.

2.3. Fish Protein Concentrate (FPC).

Fish Protein Concentrate (FPC) mengandung protein sebesar 60-80% dengan persentase atau jumlah yang dapat dicerna oleh ikan 80-95%, serta memiliki kandungan lisin dan methiosin ( asam amino yang jumlah sedikit pada bahan pakan yang berasal dari tumbuhan) yang cukup tinggi (Lovell, 1989).
Tepung ikan mengandung asam amino esensial yang tinggi dengan kandungan lemak berkisar antara 4-20% dan abu berkisar antara 10-23% bergantung dari bahan baku pembuat ikan tersebut ( Halver, 1989).
Protein tepung ikan mengandung 10 macam asam amino esensial yang dibutuhkan olahan dimana umumnya mengandung lysine yang relatif tinggi. Tepung ikan merupakan sumber asam amino lysine dan methionin yang dapat melengkapi kekurangan asam aminotersebut yang sedikit terdapat pada tambahan pakan sumber protein nabati. Adapun kualitas protein tepung ikan terutama ditentukan oleh jumlah dan kualitas asam amino sedangkan komposisi asam amino tepung ikan ditentukan oleh inangnya (lovell, 1989).






2.4. Khitosan

Kitosan adalah suatu selulosa alam yang tersusun dari gugus-gugus glukosa beramin, yang bermuatan berlawanandengan selulosa alam lainnya (yaitu bermuatan positif), dalam bentuk kristal khitosan mempunyai struktur seperti mamtrik berpori yang kompak, sehingga khitosan dapat atau baik digunakan sebagai absorben dan sebagai matriks amobil (Subtijah,2005).
Sumber khitosan adalah kitin, yang merupakan biopolymer yang terdapat dalam eksoskeleton invertebrate dan polisakarida terbesar kedua setelah selulosa. Khitosan merupakan seyawa golongan karbohidrat yang dihasilkan dari limbah hasil laut khususnya golongan udang, kepiting, ketam, dan kerang(Angka dan Suhartono,2000).
Khitosan merupakan produk deasetilasi khitin adalah polimer glukosamin yang larut dalam asam tetapi tidak larut asam sulfat pada suhu kamar, juga tidak larut dalam pelarut organik, tetapi larut baik dalam poliol dengan suasana asam. Pelarut khitosan yang baik adalah asam format dengan konsentrasi 0,2 sampai 100%, namun demikian khitosan sering dipakai dengan dilarutkan terlebih dahulu pada asam asetat(Filter dan Wiring, 1997).
Khitosan mempunyai sifat mudah mengalami degradasi secara biologis, tidak beracun, mempunyai berat molekul yang tinggi, tidak larit pada pH 6,5(Potan Laboratories, 1997). Berat molekul rata-rata 120.000 (Mujarelli).











III. BAHAN DAN METODE


3.1. Waktu dan Tempat

3.1.1. Pasta Kerang
Praktikum Bahan Baku Hasil Perikanan tentang Pasta Kerang dilaksanakan pada hari Senin tanggal ..November 2008 dari pukul 13.00-15.00 WIB. Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Hasil Perikanan (THP) Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Universitas Riau.
3.1.2. Gelatin
Praktikum Bahan Baku Hasil Perikanan tentang Gelatin dilaksanakan pada hari Senin tanggal ..November 2008 dari pukul 13.00-15.00 WIB. Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Hasil Perikanan (THP) Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Universitas Riau.
3.1.3. Fish Protein Concentrate (FPC)
Praktikum Bahan Baku Hasil Perikanan tentang Fish Protein Concentrate (FPC) dilaksanakan pada hari Senin tanggal ..Desember 2008 dari pukul 13.00-15.00 WIB. Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Hasil Perikanan (THP) Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Universitas Riau.
3.1.4. Khitosan
Praktikum Bahan Baku Hasil Perikanan tentang Kitosan dilaksanakan pada hari Senin tanggal ..Desember 2008 dari pukul 13.00-15.00 WIB. Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Hasil Perikanan (THP) Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Universitas Riau.

3.2. Bahan dan Alat

3.2.1. Pasta Kerang
Bahan yang digunakan selama praktikum mengenai Pasta Kerang adalah Cangkang Kerang Dara dan Tempurung. Alat-alat yang dipergunakan selama praktikum berlangsung adalah gilingan, saringan, serbet, timbangan, dan sikat pembersih.
3.2.2. Gelatin
Bahan yang digunakan selama praktikum mengenai Gelatin terdiri dari bahan baku yaitu limbah tulang ikan patin dan bahan kimia yaitu asam klorida (HCL) pekat dan Aquades . Alat-alat yang dipergunakan selama praktikum berlangsung adalah Kompor, pisau, panci, pan aluminium, blender, toples kaca ukuran besar, pengaduk dan sikat pembersih.
3.2.3. Fish Protein Concentrate (FPC)
Bahan yang digunakan selama praktikum mengenai Fish Protein Concentrate (FPC) adalah daging ikan patin . Alat-alat yang dipergunakan selama praktikum berlangsung adalah pisau,oven, blender, kain saring.
3.2.4. Khitosan
Bahan yang digunakan selama praktikum mengenai Kitosan adalah kulit Udang.. Alat-alat yang dipergunakan selama praktikum berlangsung adalah blencer, saringan, Asam Klorida (HCL) 1 N 1:7, Natrium Hidroksida (NaOH) 3,5 % 1:20 dan Natrium Hidroksida (NaOH) 50% 1:20.

3.3. Metode Praktikum

Metode Praktikum yang di gunakan adalah metode pengamatan langsung, di mana bahan baku yang sudah tersedia langsung di lakukan pengolahan demi mendapatkan hasil yang di inginkan di bantu dengan asisten.

3.4. Prosedur praktikum

3.4.1. Pasta Kerang
Prosedur yang harus dilakukan oleh praktikum adalah sebagai berikut :
- Praktikum mempersiapkan sejumlah cangkang kerang dara
- Cangkang kerang dara kemudian dicuci dan dikeringkan
- Dibakar dengan menggunakan bara dari tempurung.
- Setelah itu digiling hingga halus, kemudian disaring dan jadi pasta kerang
3.4.2. Gelatin.
Prosedur yang harus dilakukan oleh praktikum adalah sebagai berikut :
- Ambil Tulang ikan Patin dengan cara membersihkan semua kulitnya
- Tulang tersebut dicuci dan dibersihkan
- Direbus pada suhu 800C
- Dibersihkan dengan menggunakan sikat gigi
- Dipotong-potong ukuran 1-3cm
- Direndan dengan HCL
- Setelah menjadi Ussein selanjutnya di ektraksi dan digiling halus atau di blender hingga halus dan akhirnya menjadi Gelatin.
3.4.3. Fish Protein Concentrate (FPC)
Prosedur yang harus dilakukan oleh praktikum adalah sebagai berikut :
- Sediakan daging ikan patin dan dicuci
- Kemudian digiling dan di pres dengan menggunakan saring/serbet
- Di oven selama 24 jam
- Setelah itu di blender dan akhirnya menjadi FPC
3.4.4. Khitosan
Prosedur yang harus dilakukan oleh praktikum adalah sebagai berikut :
- Sediakan kulit udang
- Dicuci dan dikeringkan
- Penghancuran dengan blencer
- Demineralisasi dengan HCL 1 N 1: 7 pada suhu 900C selam 1 jam
- Penyaringan dan pencucian
- Deproteinasi dengan NaOH 3,5% 1:20 pada suhu 900C selama 1 jam
- Penyaringan dan pencucian
- Deasetilasi dengan NaOH 50% 1:20 pada suhu 1400C selama 3 jam
- Pencucian
- Kemudian dikeringkan dan akhirnya menjadi Khitosan




IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil
4.1.1. Pasta Kerang


Gambar 1.1. Pasta kerang
Setelah diolah cangkang kerang dara tadi menjadi Pasta kerang dengan warna putih keabu-abuan. Pasta kerang ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan tambahan dalam pembuatan obat gigi (odol) karena adanya kandungan kalsium dalam cangkang yang dapat memperkuat gigi.

4.1.2. Gelatin


Gambar 1.2. Gelatin
Tulang ikan patin mengandung kolagen, dan setelah di oven atau di didihkan di dalam air yang dikombinasikan dengan perlakuan asam akan mengalami transformasi menjadi ghelatin.
4.1.3. Fish Frotein Concentrate


Gambar 1.3. Fish Pretein Concentrate

FPC yang dihasilkan dari daging ikan ini mempunyai warna kuning kecoklatan.

4.1.4. Khitosan

















4.2. Pembahasan

4.2.1. Pasta kerang
Anadara granosa adalah spesies dari tiram perahu yang dikenal dengan kerang darah. Kerang ini pertama kali ditemukan disepanjang daerah Indo-Pasifik, Afrika timur, Australia, Austria dan Jepang. Kerang ini tinggal di daerah yang sebagian besar intertidal (sekitas dua meter kedalaman air), biasnya menengelamkan dirinya di pasir atau lumpur. Ukuran dewasa kira-kira 5-6 cm dan lebar 4 5 cm. Kerang darah ini mempunya nilai ekonomis yang tinggi sebagai makanan, dan selama ini terus dibudidayakan. Kerang ini paling baik jika dihidangkan dalam keadaan direbus atau dipanggang. Kerang ini bercangkang ganda banyak ditemukan di wilayah dasar perairan. Pigmen merah di Anadara adalah berasal dari hemoglobin, biasanya dihubungkan dengan penyakit hepatitis, kolera, dan dysenteri. Dimana kerang-kerangan meracuni setelah dikonsumsi, karena sifatnya yang filder, sehingga mampu menyerap segala kotoran dan zat-zat berbaya yang tertinggal di dasar perairan.. kerang darah selain memakan hewan-hewan kecil juga sering ditemukan daging kepiting-kepiting kecil didalam cangkangnya (Pathansali 1966).

4.2.2. Gelatin
Gelatin merupakan suatu jenis protein yang di ektraksi dari serabut kolagen yang terdapat pada kulit, tulang hewan (jaringan pengikat). Menurut Hinterwaldner (1997), terdapat tiga tahap proses pembuatan gelatin. Tahap pertama, tahap persiapan bahan baku antara lain penghilangan kompenen non kolagen dari bahan. Tahap kedua, tahap konversi kolagen menjadi gelatin. Tahap ketiga, tahap pemurnian gelatin dengan penyaringan dan pengeringan. Persiapan dilakukan dengan pencucian pada tulang ikan. Tulang dibersihkan dari sisa-sisa daging dan kotoran lain yang mengandung deposit-dposit lemak yang tinggi. Untuk memudahkan pembersihan maka sebelumnya dilakukan pemanasan dengan air panas selama 25 menit. Proses penghilanga lemak ini disebut degreasing dengan tujuan untuk menghilangkan lemak-lemak yang masih terdapat dalam tulang.

Pada prinsipnya proses pembuata gelatin dapat dibagi menjadi dua yaitu proses asam dan basa. Perbedaan kedua ini terletak pada perendamannya. Berdasarkan kekuatan ikatan kovalen silang protein dan jenis bahan yang diekstrak, maka penerapan jenis asam maupun basa organik dan metode ekstraksi lain nya seperti lama hidrolisis, pH dan suhu akan berbeda-beda.
Gelatin dapat dimanfaatkan dalam industri pangan seperti pembentuk busa, pengikat, penstabil, pembentuk gel, perekat dan pengental sedangkan dalam bidang farmasi dimanfaatkan untuk bahan pembuat kapsul, pengikat tablet, dalam industri kertas gelatin dapat dimanfaatkan sebagai sizing paper.
Penggunan gelatin dalam pengolahan pangan lebih disukai disebabkan oleh sifat fisik dan kimia gelatin yang khas daripada gizinya sebagai protein. Asam amino yang ditemukan pada gelatin tidak lengkap, yaitu tidak terdapat asam-asam amino triptopan (http://www.gelatin.co.za/gltn.html,2008).

4.2.3. Fish Protein Concentrate
Fish Protein Concentrate (FPC) adalah bentuk produk yang dibuat dengan cara memisahkan lemak dan air dari tubuh ikan. FPC merupakan Stable Protein dari ikan yang dimakan untuk konsumsi manusia, dimana kandungan proteinnya lebih dipekatkan dari pada aslinya.
Fish Protein Concentrate (FPC) mengandung asam amino esensial yang tinggi dengan kandungan lemak berkisar antara 4-20% dan abu berkisar antara 10-23% bergantung dari bahan baku pembuat ikan tersebut ( Halver, 1989).










4.2.4. Khitosan
Kitin adalah polimer organik yang terbanyak terdapat didalam selulosa. Kitin banyak ditemukan pada binatang tingkat rendah, terutama pada invertebrata kitin membentuk kerangka luar yang berfungsi sebagai penunjang struktur tubuh dan pelindung dari serangan mangsanya.
Khitosan dapat dihasilkan dari kitin dengan melakukan proses ”deastilasi” (penghilangan gugus asetil). Penghilangan gugus asetil dari kitin dapat dilakukan dengan menambahkan natrium hidroksida dengan konsentrasi 40-50 persen pada kitin. Khitosan dapat diproduksi dengan menambahkan kalium hidroksida pada kitin, kemudian dilakukan pencucian dan penirisan serta penggilingan hingga diperoleh khitosan. Khitosan sedikit lebih stabil terhadap asam.( Halver,.1989).





















V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Bahan baku hasil perikanan adalah bahan atau hasil-hasil perikanan yang dapat dijadikan sumber bahan baku yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan industri hasil perikanan. Jadi limbah canakang kerang dara, tulang ikan patin, rucah ikan dan kulit udang selama ini hanya dibuang oleh masyarakat yang mengkonsumsinya dapat diolah menjadi Pasta kerang, Gelatin, Fish Protein Concentrate dan Khitosan yang mempunyai nilai ekonomis tinggi yang digunakan dalam berbagai bidang seperti bidang industri pangan, pabrik kertas, farmasi dan produk lainnya.

5.2. Saran

Perlu dilakukan penyuluhan kepada masyarakat akan pentingnya limbah perikanan yang mempunyai nilai ekonomis tinggi jika diolah agar pemanfaatan olahan perikanan dapat ditingkatkan dan kalau bisa peralatan laboratorium THP lebih ditingkatkan demi kemajuan praktikum berikutnya.

MIKRODAS GENETIKA

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang

Genetika ialah telaah mengenai pewarisan dan keragaman ciri ciri suatu organisme, baik organisms itu uniselular maupun multi¬selular. Penelitian dalam bidang genetika pada taraf molekular telah mengenali asam deoksiribonukleat (DNA), yaitu substansi kimiawi yang membangun kromosom, sebagai substansi yang tu¬run-temurun. Banyak yang telah ditemukan mengenai struktur molekul DNA dan juga replikasinya. Sandi genetis yang terkan¬dung di dalamnya telah pula diungkapkan artinya. Kini kita me¬miliki pengetahuan mengenai bagaimana informasi genetis diterus¬kan untuk mengendalikan pertumbuhan dan aktivitas selular.
Pengetahuan ini juga telah menuntun kepada pemahaman bahwa cacat molekular pada informasi yang disandikan di dalam DNA merupakan penyebab banyak penyakit genetis. Penyakit¬penyakit ini meliputi albinisme (tidakadanya pigmen ketika lahir), anemia sel sabit (anemia hemolitik), xeroderma pigmentosum (penyakit kulit akibat terkenai cahaya matahari), dan alkoptonuria dan fenilketonuria (penyakit metabolik).
Seperti halnya prinsip-prinsip biokimiawi, prinsip-prinsip genetika itu universal. Telaah mengenaigenetika itsikrobe telahme- Banyak sumbangannya terhadap apa yang kita ketahui mengenai genetika semua organisme. Sel-sel prokariotik, terutama bakteri, telah terkenal sekali kegunaannya di dalatn hal ini; karena prokariota adalah organisme berkromosom tunggal, perubahan¬perubahan dalarrl bahan genetisnya mengakibatkan perubahan ciri yang diekspresikan dengan segera dan mudah diamati. Tidak ter¬dapat efek menutupi terhadap perubahan yang dialami kromosom yang disebabkan adanya anggota pasangan kromosom yang tidak mengalami perubahan, yaitu suatu keadaan yang dapat terjadi pada organisme yang kromosomnya berpasangan. Keuntungan nyata lainnya bila bekerja dengan mikrobe untuk menelaah gene¬tika meliputi mudahnya menyediakan kondisi terkendali yam konstan terhadap mikrobe, laju petumbuhan mikrobe yang cepat, dan besarnya populasi mikrobe yang berkembang dalam biakan.
Plasmid, sepotong DNA bundar kadang-kadang dijumpai di surnping DNA kromosom pada bakteri. Struktur berlingkar ini adalah gelembl ng'ata mata replikasi pada DNA. Plasmid bakteri memainkan peranan penting di dalam bidang rekayasa genetika yang sedang berkembang sekarang ini. Pembesara x 2.1.000. (Atas kebaikan.JA. Hassel, McGill University).

1.2. Tujuan dan Manfaat

Adapun tujuan dari makalah ini adalah untuk menyelesaikan tugas yang diberikan demi memperlancar proses pembelajaran dasar – dasar mikrobiologi, sedangkan manfaatnya adalah menambah pengetahuan di bidang mikrobiologi khususnya” Genetika Mikrobial “.

II. PEMBAHASAN

2.1. Sifat Bahan Genetis
• Struktur Asam Deoksiribonukleat

Asam deoksiribonukleat (deoxyribonucleic acid atau DNA) acla¬lah substansi kimiawi yang berperanan dalam penerusan infor¬masi yang turun-temurun. Tetapi bagaimanakah caranya? Kromo¬som sel dibentuk dari DNA. Di dalam struktur DNA terkodekan (tersandikan) informasi bagi sintesis semua protein sel. Segmen¬segmen yang diskrit (mempunyai ciri-ciri tersendiri) pada DNA atau kromosom, disebut gen, menyandikan masing-masing pro¬tein. Informasi ini diteruskan dari sel ke sel melalui proses repli¬kasi DNA.
Asam nukleat tipe laih, yaitu asam ribonukleat (RNA), juga ada dalam setiap sel. RNA menyerupai DNA tetapi tidak sama dan kerjanya ialah mengolah informasi yang disandikan di dalam DNA bagi sintesis protein melalui transkripsi dan tranlasi.

DNA adalah sebuah molekul yang panjang menyerupai tali

Gambar 1-1. Sel Escherichia coli yang dibuat pecah menunjukkan DNA menyerupai tali yang tercecer keluar. Perhatikanlah plasmid (tanda panah pada bagian tengah atas), yaitu potongan DNA bundar yang tidak merupakan bagian kromosom E. coil dan yang bereplikasi terpisah dari padanya (Dengan izin dari J.D. Griffith, The University of North Carolina).


Gambar 1-2. Diagram suatu segmen pendek DNA, memperlihat¬kan bagaimana kedua utasannya membelit sehingga membcntuk heliks ganda. Kedua pita seba¬gaimana yane terlihat menggambarkan tulang punggung gula (g) fosfat (f) dan garis-garis horison¬tal menggambagkan pasangan-pasangan basa (A, adenin; G, gua¬nin; C, sitosin; T, timin) yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen.

(Gambar 1-1), biasanya terdiri dari dua utas, saling membelit membentuk bentuk heliks Banda (Gambar 1-2). Setiap utas heliks DN terdiri dari nukleotide-nukleotide yang tergabung membentuk rantai polinukleotlde.
Setiap nukleotide dibentuk tiga bagian :
1. Sebuah senyawa cincin yang mengandung nitrogen, disebut basa bernitrogen yang dapat berupa purin atau pirimidin,
2. Sebuah gugusan gula berkarbdn-lima (pentose), disebut biroksiribose.
3. Sebuah molekul fosfat.
Bagian-bagian ini terhubungkan bersama-sama dalam urutan beri¬kut: basa bernitrogen-deoksiribose-fosfat.
Pada DNA dijumpai dua macam purin, yaitn adenin dan gua¬nin, dan dua macam pirimidin, yaitu sitosin dan timin. Struktur basa-basa ini dan juga struktur deoksiribose Serta fosfat, diperlihat¬kan pada Gambar 1-3. Karena ada empat jenis basa, maka pada DNA dijumpai empat jenis nukleotide:


Gambar 1-3. Bahan pembangun nukleotide pada DNA dan RNA. Perhatikan bahwa 2-deoksiribose, gula yang dijumpai pada DNA, berbeda dengan ribose, gula yang dijumpai pada RNA disebabkan oleh tidak adanya gugusan –OH pada karbon 2. RNA menggunakan urasil sebagai bahan pembangun dan bukan timin sebagaimana yang dijumpai pada DNA.

Deoksiadenosin-5'-monofosfat (adenin + deoksiribose + fosfat)
Deoksiguanosin-5'-monofosfat (guanin + deoksiribose + fosfat),
Deoksitidin-5'-monofosfat (sitosin + deoksiribose + fosfat)
Timidin-5'-monofosfat (timin + deoksiribose + fosfat).
Keempat jenis nukleotide ini dihubungkan bersama-sama menjadi utasan polinukleotide DNA oleh ikatan-ikatan fosfodiester; yaitu setiap gugusan fosfat menghubungkan atom karbon nomor-3 pada deoksiribose sebuah nukleotide dengan atom karbon nomor-5 pada deoksiribose nukleotide berikutnya, dengan gugusan fosfat terletak di luar rantai (Gambar 1-4). Hasilnya ialah suatu rantai yang mengandung gugusan fosfat berselang-seling dengan gugusan _gula dengan basa-basanya yang mengandung nitrogen menonjol dari gugusan gula (lihat Gambar 164). Ikatan-ikatan lemah, yang dikenal dengan ikatan hidrogen, menghubungkan basa dari satu rantai dengan basa dari rantai yang lain. Dua basa yang terhubung¬kan dengan cars demikian disebut pasangan basa komplementer. Karna sifat ikatan hidrogen basa-basa tersebut, pada DNA ber¬utasan-ganda hanya dijumpai dua macam pasangan basa komple¬menter, yaitu adenin (A) dan timin (T) atau guanin (G) dan sito¬sin (C, "cytosin"). Akibatnya perbandingan adenin terhadap timin atau guanin terhadap sitosin pada DNA berutasan-panda ialah selalu 1:1. Perbandingan-perbandingan lainnya, seperti adenin/sitosin, sitosin/timin, atau adenin + timin/guanin + sitosin tidak selalu 1: 1 ; melainkan nilai-nilainya bersifat khas bagi jenis organisme masing-masing. Nilai-nilai tersebut digunakan di dalam ' identifikasi atau pengelompokkan taksomik bakteri.
Tidak dijumpainya perbandingan 1:1 antara adenin dan timin atau guanin dan sitosin pada virus-virus tertentu telah menuntun kepada penemuan DNA berutasan-tunggal pada organisme-organis¬me ini. Kasus semacam ini merupakan kekecualian yang jarang, yang umum dijumpai ialah DNA berutasan ganda.
Pasangan-pasangan basa komplementer itulah yang menyatu¬kan kedua utasan heliks ganda melalui ikatan hidrogen. Antara se¬tiap pasangan A-T terbentuk dua ikatan hidrogen, sedangkan 'intara setiap pasangan G-C terbentuk tiga ikatan hidrogen. Kom¬plementaritas purin dan pirimidin berarti bahwa urutan basa pada satu utas mendikte urutan basa pada utasan lainnya. Hal ini amat penting dalam replikasi (sintesis) utasan-utasan baru DNA selama pembelahan sel. Akibat pembentukan pasangan-pasangan A-T dan G-C ialah bahwa kedua utasan heliks DNA dikatakan ber

Gambar 1-4. Lokasi DNA di dalam sel, konfigurasi molekular, dan struktur kintiawi sebagaimana dilihat dengan makin terperinci.
sifat anti paralel, yang berarti bahwa setiap utas menuju arah yang berlawanan sehingga yang satu diakhiri dengan gugusan hidroksil¬3' bebas dan lainnya dengan gugusan fosfat-5'. Dapat juga kita katakan bahwa satu utas menjurus dari ujung 3' ke ujung 5', dan utasan lainnya dari ujung 5' ke ujung 3'. Angka-angka tersebut menunjukkan atom-atom karbon pada gugusan-gugusan gula (lihat Gambar 1-4).
Hubungan DNA terhadap komponen-komponennya yang mempunyai berat molekul rendah tampak pada Gambar 1-5. Dibuangnya gugusan fosfat dari nukleotide menghasilkan nukleo¬side yang terdiri dari sebuah gugusan gula pentose yang terhubung¬kan pada sebuah basa bernitrogen.









Gambar 1-5. Perombakan asam deoksiribonukleat menjadi komponen-komponen dengan berat molekul lebih rendah. DNA tersusun dari nukleotide-nukleotide rang bila gugusan fosfatnya dibuang, menjadi nukleoside. Nukleoside dapat diuraikan menjadi basa dan gula (2-deoksiribose).

• Struktur asam ribonukleat
Asam nukleat lainnya yang dijumpai secara alamiah ialah asam ribonukleat (RNA). Bedanya dari DNA ialah :
1. Biasanya berutasan-tunggal.
2. 2 Komponen gula pada nukleotide yang membentuk RNA adalah ribose, dan bukan deoksiribose. Ribose adalah lama de¬ngan deoksiribose kecuali adanya gugusan hidroksil pada atom
3. Basa bernitrogen pirimidin yang dijumpai pada nukleotide yang membentuk RNA ialah urasil dan bukan timin (lihat Gambar 16-3).

• Biosintesis DNA
Biosintesis nukleotida
Sebelum rantai polinukleotide DNA dapat disintesis oleh bak¬teri (atau organisme lain), harus tersedia sekumpulan nukleotide selular. Pada bakteri-bakteri tertentu, nukleotide harus disuplai dalam medium dalam bentuk jadi. Tetapi bakteri-bakteri lain da¬pat mensintesis nukleotide dari nutrien yang sangat sederhana seperti glukose, amonium sulfat, dan mineral. Perubahan nutrien sederhana menjadi nukleotide bagi sintetis DNA menyangkut sederetan reaksi yang rumit, beberapa di antaranya memhutult¬kan energi dalam bentuk ATP. Salah satu dari reaksi-reaksi ini ialah pembentukan bentuk teraktivasi nukleotide sebagai prekur- sor langsung bagi'sintesis rantai polinukleotide DNA berutasan¬ganda :
Nukleotide + ATP kinase nukleotide-fosfat + ADP (1)
Nukleotide-fosfat + ATP kinase Nukleotide-difosfat + ADP (2)
Energi dalam bentuk ATP disediakan. Pada setiap nukleoti¬de teraktivasi terikat dua gugusan fosfat yang berasal dari peru¬raian dua ATP.

Replikasi DNA.
Kromosom suatu bakteri yang khas ialah sebuah molekul DNA berutasan-ganda, yang mempunyai berat molekul kira-kira 2,5 x 109 dalton (satu dalton sama dengan massa satu atom hidrogen). J umlah pasangan basanya kurang lebih 4 x 106. Bila kromosom tersebut ditarik secara linear dalam bentuk heliks-ganda, ukuran¬nya akan mencapai-kira-kira 1250 ,um (1,25 mm), yaitu beberapa ratus kali lebih panjang daripada sel bakteri yang memilikinya.
Replikasi dimulai pada suatu situs tertentu yang sudah pasti pada kromosom bakteri yang disebut titik pangkal (Gambar 1-¬6) Kedua utas DNA memisah pada situs ini membentuk struktur berbentuk Y, titik persimpangannya disebut titik tumbuh. Replikasi bergerak berurutan dari titik tumbuh, baik pada satu, arah (replikasi satu-arah) atau dua arah (replikasi dua-arah) (Gambar 1-6). Titik asal dan titik tumbuh terikat pada membran sel dan di situlah kedua utasan tersebut diduplikasi. Masing-masing utasan mempunyai urutan basa yang komplementer terhadap urutan basa pada utasan-utasan DNA yang mula-mula.
Molekul kromosom sirkular (DNA berutasan-ganda)

Gambar 1-6. Replikasi kromosom sirkular (DNA berutasan-Banda) dalam suatu bak¬teri. Sintesis DNA pada titik tumbuh diper¬lihatkan dengan lebih terperinci pada Gambar 1-7.

Enzim DNA polimerase menambahkan nukleotide pada ujung hidroksil-3' utasan atau utasan-utasan DNA yang sedang berepli¬kasi, jadi mensintesis utasan-utasan DNA dengan arah 5' ke 3' (Gambar 1-7). Sejauh ini belum ditemukan polimerase yang me¬replikasi 'dengan arah 3' ke 5'. Karenanya, bagaimanakah Sintesis DNA dapat berlangsung berurutan dari satu titik pangkal di sepan¬jang kedua utasan DNA? Sintesis DNA bersifat tidak sinambung; artinya, utasan-utasannya direplikasi dalam bentuk segmen-segmen kecil yang disebut fragmen Okazaki, dengan arah 5' ke 3'. Fragmen-fragmen ini kemudian digabungkan menjadi satu oleh enzim DNA ligase sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1-7.
Selain mekanisme replikasi DNA yang baru saja diuraikan, inisiasi (pengawalan) replikasi DNA membutuhkan suatu pan¬cing atau pemula ("primer") yaitu sepotong pendek RNA yang disintesis oleh RNA polimerase dan komplementer terhadap DNA. Dengan adanya pemula ini, DNA polimerase dapat mu¬lai mensintesis deoksiribonukleotide. Sekali pancingan mengena, DNA polimerase lalu mencerna RNA tersebut dan menggantikan¬nya dengan DNA. Berpartisipasinya RNA sebagai pancing tampak¬nya ekstensif karena setiap fragmen Okazaki juga mengandung sebagian RNA sebagai pancing.


Gambar 1-7. Sintesis DNA secara tak sinambung. Segmcn-segmen pendek DNA, yaitu fragmen-fragmen okazaki, disintesis dengan arah 5' ke 3' oleh DNA polimerase: Fragmen-fragmen ini digambarkan dengan garis terputus-putus berpanah. Kernudian fragmen-fragmen tersebut dihubung-hubungkan oleh ligase sehingga membentuk utasan, sementara titik tumbuh bergerak lebih lanjut di sepanjang DNA.

Bila titik-titik tumbuh telah bergerak di seluruh panjang mole¬kul DNA, maka terbentuk dua molekul DNA yang lengkap (lihat Gambar 1-6). Setiap molekul berutasan-gan.da mengandung salah satu dari utasan asli dan satu utasan baru; Cara replikasi ini disebut semikonservatif.

• Biosintesis protein
Bahan pembangun protein
Sama halnya seperti nukleotide merupakan bahan pembangun DNA, asam amino adalah bahan pembangun protein. Tetapi, DNA terdiri dari hanya empat jenis nukleotide, sedangkan protein terdiri dari lebih kurang 20 macam asam amino (Tabel 1-1). Mikoorganisme sangat berbeda dalam kemampuannya mensintesis asam amino. Misalnya, Escherichia coli dapat mensintesis semua asam amino yang dibutuhkannya untuk sintesis protein, tetapi bakteri asam laktat tidak dapat dan harus diberi asam-asam amino siap-pakai.
Dalam suatu sel bakteri terdapat beribu-ribu protein yang berbeda-beda. Setiap tipe protein mempunyai urutan asam amino sendiri yang spesifik serta struktur tiga-dimensi. Asam-asam amino tersebut dihubungkan bersama-sama oleh ikatan-ikatan peptide membentuk rantai yang panjang.Ikatan peptide yang terbentuk adalah sebagai berikut :

Bila sejumlah besar asam amino tergabungkan bersama-sama oleh ikatan peptide, maka tabentuk rantai asam amino yang disebut rantai polipeptide. Protein terdiri dari satu atau lebih rantai poli¬peptide.

Transkripsi
Sintesis protein terjadi pada ribosom, yaitu partikel-partikel RNA-protein berukuran besar di dalam sitoplasma sel bakteri. (Pada sel-sel eukariotik ribosom melekat pada retikulurn endo¬plasma). Sekitar 90 person dari jumlah RNA selular total ada¬lah RNA ribosomal (rRNA). Sebelum sintesis protein dapat ber¬langsung, pertama-tama sandi-sandi pada DNA harus dipindahkan ke suatu substansi yang melalukan informasi dari DNA di daerah inti ke ribosom di dalam sitoplasma. Substansi ini dikenal dengan nama asam ribonukleat kurir (messenger ribonucleic acid atau m RNA). Proses atau langkah disintesisnya m RNA berutusan-tung¬gal dan komplementer terhadap salah satu utasan DNA disebut transkripsi, sintesis rantai polinukleotide m RNA dikatalisis oleh enzim RNA polimerase. Sarna halnya seperti pada sintesis DNA, enzim ini membutuhkan ribonukleotide teraktivasi sebagai sub¬stratnya.
Transkripsi adalah langkah pertama dalam ekspresi genetis. Proses ini sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 16-8, me- nyangkut pemisahan kedua utasan DNA, salah situ di antaranya berfungsi sebagai acuan bagi sintesis utasan m.KNA yang komple¬menter oleh RNA polimerase yang bergantung pada DNA. Utasan DNA yang dipilih untuk transkripsi ialah yang mengandung situs awal (inisiasi) yang spesifik dan disebut utasan yang "berarti". Penghentian sintesis mRNA adalah pada titik tertentu di sepanjang molekul DNA yang dikenali oleh RNA polimerase.

Gambar 1-8. Transkripsi DNA dan RNA polimerase yang bergantung paa DNA Rantai mRNA sedang disintesis dari informasi pada DNA. Perhatikan bagaimana caranya komplementaritas dipertahankan. Misalnya, pada tempat-tempat dijumpai¬nya sebuah G pada DNA, disisipkan sebuah C pada mRNA dan bila ada A pada DNA, disisipkan U pada mRNA. mRNA akan berfungsi sebagai suatu pola untuk sintesis protein (lihat Gambar 16-9). Pertumbuhan rantai mRNA berlangsung dengan arah 5' → 3’ dengan cara serupa dengan replikasi DNA. (A. adenin; T, timin; C, sitosin; G, guanin; U, urasil).

Translasi
Translasi (penerjemahan), yaitu langkah berikutnya di dalam ekspresi gen, adalah proses pengarahan sintesis protein oleh in¬formasi genetis yang sekarang ada pada molekul mRNA.

Tabel 1-1 Sandi genetis bagi triplet-triplet basa mRNA dan asam-asam amino yang disandikannya*
Basah peratma Basah kedua Basah ketiga
U C A G
U UUU Phenilalanin UCU Serin UAU Tirosin UGU Sistein U
UUC UCC UAC UGC C
UUA Leusin UCA UAA “Oker”
“Amber” UGA “Umber” A
UUG UCG UAG UGG Triptofan G
C CUU Leusin CCU Prolin CAU Histidin CGU Arginin U
CUC CCC CAC CGC C
CUA CCA CAA Glutamin CGA A
CUG CCG CAG CGG G
A AUU Isoleisin ACU Thereonin AAU Asparagin AGU Serin U
AUC ACC AAC AGC C
AUA ACA AAA Lisin AGA Arginin A
AUG Metionin ACG AAG AGG G
G GUU Valin GCU Alanin GAU Asam asparatat GGU Glisin U
GUC GCC GAC GGC C
GUA GAA GAA Asam glutamat GGA A
GUG GUG GAG GGG G

*Kodon-kodon pada mRNA dibaca dengan arah 5’ dan 3’ (dari kiri ke kanan). Kodon-kodon UUA (oker), UAG (amber), da UGA (umber) menyebabkan terhentinya sintesis protein. AUG dan GGUG merupakan kodon yang mengawali rantai. Perhatikan bahwa asam amino yang sama dapat disandikan oleh lebih dari satu kodon (sandi semacam itu disebut turun derajat). Namun tidak ada kodon yang menyandikan lebih dari satu asam amino.

Bila keempat basa yang berbeda-beda pada nukleotide-nukleo¬tide m RNA itu ditata dalam suatu deretan, maka setiap deret yang terdiri dari 3 basa (triplet)-disebut kodon, mampu menetapkan suatu asam amino tertentu.
Karena ada empat macam basa yang berbeda-beda, jumlah deret berbasa tiga tersebut yang mungkin terbentuk adalah 43, atau 64 macam. Triplet-triplet basa ini, ma¬sing-masing menetapkan suatu asam amino tertentu, merupakan sandi genetis (Tabel 1-1). Sandi ini mungkin bersifat universal bagi semua spesies organisme hidup.
Bagaimanakah sandi ini ditranslasikan? Dengan menggunakan Tabel 1-1, andaikanlah urutan basa mRNA ialah :
C U U A G A A A A U U U A G U G G G A C U U C U
Maka penerjemahan sandi ini menjadi asam amino dalam rantai polipeptide pada ribosom'ialah
Leu-Arg-Lis-Phe-Se r-Gli-Thr-Ser
Lima dari keenampuluh empat macam triplet atau kodon tersebut tidak menunjuk pada asam amino apa pun. Kelima kodon tersebut ialah AUG dan GUG, yaitu kodon-kodon yang mengawali rantai polipeptide, serta UAA, UAG, dan UGA, yaitu kodon¬kodon yang mengakhiri rantai polipeptide. Ketiga kodon yang disebut terakhir ini disebut kodon nonsens atau kodon tak berarti.
Sifat lainnya yang nyata mengenai sandi genetis ini ialah bah- wa asam amino yang sama dapat disandikan oleh lebih dari satu kodon, artinya, sandi tersebut turun derajat (degenerate). Tam¬bahan pula, tidak diperlukan adanya "tanda baca" atau sinyal untuk menunjukkan akhir suatu kodon dan permulaan kodon berikutnya. Karena itu kerangka pembacaan atau urutan diurai¬kannya sandi genetis harus diatur dengan tepat pada permulaan pembacaan suatu molekul mRNA. Pembacaan kemudian bergerak berurutan dari satu triplet ke triplet berikutnya tanpa istirahat. Bila kerangka pembacaan tidak diatur dengan baik dari permulaan, maka semua kodon akan salah langkah dan menuju pada pemben¬tukan protein salah-arti (missense protein) dengan urutan asam amino yang kacau (lihat Bab 17).
Peristiwa-peristiwa yang terjadi dari DNA ke RNA ke protein diperlihatkan pada Gambar 1-9. Ini akan membawa kita pada suatu pembahasan yang lebih terperinci mengenai sintesis protein, yaitu suatu proses biosintetik yang sangat rumit.
• Proses sintesis protein
Langkah pertama dalam sintesis protein ialah aktivasi asam-asam amino. Proses ini dilakukan oleh enzim-enzim pengaktivasi asam amino yang disebut aminoasil-tRNA sintetase. Reaksi aktivasi ini membutuhkan energi dalam bentuk ATP :
Asam amino + ATP + E
Enzim peneaktivasi
Asam amino asam amino — AMP — E + P — P
Aminoasil-adenilat-E, Pirofosfat

Bagi setiap macam asam amino tertentu ada enzim pengaktiva¬si tertentu pula. Setelah aktivasi, asam-asam amino teraktivasi te¬tap terikat kuat pada enzim yang bersangkutan.
Selanjutnya, asam amino teraktivasip terikat pada sebuairrno- lekul RNA yang disebut RNA transfer {transfer RNA atau tRNA) proses ini dikatalisis oleh enzim yang sama yang kini terikat pada asam amino :
Asam amino-AMP-E + tRNA asam-amino-tRNA + AMP + E
RNA transfer berfungsi dalam sintesis protein untuk membawa asam-asam amino ke, dan mengenali kodon-kodon pada, mRNA

Gambar 1-9. Peristiwa-peristiwa dari DNA ke m RNA ke protein.
RNA transfer adalah suatu rantai tunggal yang mengandung sekitar 80 nukleotide dan melipat diri sehingga membentuk susun¬an daun semanggi melalui ikatan hidrogen antara pasangan-pasang- an basa komplementer. Struktur umum tRNA diperlihatkan pada Gambar 16-10. Tiga dari basa yang tidak mempunyai pasangan pada., tRNA membentuk suatu triplet antikodon yang secara khu¬sus megenali kodon yang komplementer terhadapnya pada mRNA untuk suatu asam amino tertentu. Urutan nukleotide yang terakhir ialah adenilat-sitidilat-sitidilat (ACC) dan dijumpai pada semua tRNA. Asam amino yang akan dibawanya akan terikat pada nukleotide terminal yang mengandung adenin.
Seperti mRNA, tRNA ditranskripsikan dari suatu daerah ter¬tentu pada molekul DNA oleh RNA polimerase. Molekul-molekul tRNA berfungsi sebagai "penyesuai" (adapters), yang kepada nya dapat "ditancapkan" asam-asam amino tertentu sehingga da¬pat disesuaikan dengan bahasa triplet nukleotide sandi genetic yang ditranskripsikan pada mRNA.
Sekarang tRNA membawa asam amino yang terikat padanya ke mRNA yang terikat pada permukaan ribosom. Di sini asam amino tersebut ditambahkan pada rantai polipeptide yang sedang tumbuh. Permukaan ribosom dapat dipandang sebagai titik penyu¬sun bagi sintesis protein.

Gambar 1-10. Struktur daun-semanggi tRNA
Penyusunan rantai protein pada ribosom. Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya, ribosom adalah situs sintesis protein. rRNAnya ditranskripsikan Bari bagian-bagian tertentu DNA me lui proses yang sama yang membutuhkan energi yang digunakan. untuk sintesis m RNA dan t RNA. Ribosom dapat diibaratkan sett*, gai mesin yang memainkan pita rekaman, seperti halnya me tersebut akan mengalunkan macam suara atau bunyi-bunyian yang bergantung pada pita rekaman yang€limainkan, ribosom akan membuat protein yang macamnya bergantung, pada jenis mRNA yang disediakan
Ribosom Esciaerichia coli telah dipelajari secara luas dan dike¬tahui terdiri dari dua subunit, masing-thasing dikenali melalui konstanta sedimentasinya (S) yang ditentukan melalui penelitian¬penelitian ultrasentrifugasi. Subunit yang lebih besar ialah parti¬kel 50-S. sedangkan subunit yar lebih kecil ialah partikel 30-S. Subunit-subunit ribosom tersebut dapat berasosiasi dan berdiso¬ siasi dengan sesamanya. Sebuah subunit 30-S dan sebuah subunit 50-S berasosiasi membentuk ribosom 70-S. (S- ialah unit Svedberg, suatu ukuran yang menyatakan berapa cepatnya suatu part, kel mengendap selama ultrasentrifugasi. Penggabungan subunit 30-S dan 50-S untuk membentuk ribosom 70-$ menunjukkan bahwa perilaku sedimentasi ribosom 70-S bukanlak semata-mata ¬penjumlahan sederhana unit-unit partikel yang lebih kecil. Sintesis rantai protein pada ribosom berlangsung stbagai beri- kut (Gambar 1-11):
Langkah 1 : Ribosom terikat pada salah satu ujung molekul mRNA pada suatu situs tertentu (spesifisitas di sini penting artinya karena inilah yang me¬mulai translasi mRNA menurut urutan pembacaan yang benar.
Lihat Gambar (1-11).
Langkah 2 : tRNA bermuatan yang membawa molekul asam amino yang pertama kemudian terikat pada kodon yang mengawali rantai (X) pada m RNA.
Langkah 3 : tRNA lain yang membawa asam amino yang kedua kemudian terikat pada kodon berikut¬nya (Y).
Langkah 4 : Gugusan amino dari asam amino pada tRNA yang kedua bereaksi dengan gugussan karbiksil terminal yang aktif pada asam amino dai tRNA yang pertama untuk membentuk dipeptide; tRNA yang pertama lalu dilepaskan. M RNA digerakkan di sepanjang ribosom untuk menempatkan kodon berikutnya (z) supaya siap menerima tRNA yang membawa asam amino ketiga

Gambar. 1-11. Sintesis rantai protein pada ribosom
Proses ini diteruskan sampai rantai peptide menjadi lengkap. Penghetian terjadi pada salah satu kodon nonsens yaitu UAA, UAG, atau UGA dan rantai pun berdisosiasi dari molekul t RNA yang terakhir.
Satu molekul tunggal mRNA cukup panjang untuk dibaca oleh beberapa riboson pada waktu yang sama. Bila sejumlah ribosom 70-S secara aktif terlibat dalam sintesis protein pada seutas mRNA, maka disebut polisom (lihat gambar 1-12)

Gambar 1-12. penyajian skematik sebuah polisom selama sintesis protein mRNA bergerak dari kanan ke kiri. Ribosom bergerak dari ujung 5’ ke ujung 3’ (kiri ke kanan) mRNA, semuanya membaca dengan serentak. Pada prokariota, masa hidup mRNA amat pendek, hanya sekitar 2 menit.

2.2. Pewarisan Ciri dan Keragaman

• Rekayasa Genetika dengan Mikroorganisme Ringkasan dan prospek
Genetika adalah suatu cabang ilmu yang dinamis dan berkem¬bang dengan cepat. Penelaahannya dilakukan oleh beribu-ribu ilmuwan di seluruh dunia. Rekayasa genetika ("genetic engineer¬ing"), suatu segi baru studi genetika, menjanjikan pada masyara¬kat baik perkembangan yang menguntungkan maupun kemung¬kinan timbulnya akibat-akibat yang mernbawa bencana. Renung¬kanlah, misalnya, harapan untuk menaklukkan semua penyakit menurun dan kemungkinan terubahnya suatu mikrobe yang umum dan tidak berbahaya menjadi bentuk yang amat patogenik.
Hanya seratus tahun lebih sedikit yang lalu penelaahan menge¬nai genetika pertama kalinya dilakukan dengan sungguh-sungguh oleh seorang botaniwan berkebangsaan Austria, Gregor Mendel pada sebidang kecil tanaman kacang polongnya. Pada tahun 1860-an ia menyilangkan galur-galur kacang polong dan mempelajari akibat-akibatnya — perubahan-perubahan dalam hal warna, ben¬tuk, ukuran serta sifat-sifat lain kacang polong tersebut. Dari penelitiannya ini ia mengembangkan hukum-hukum dasar keba¬kaan.
Pada kira-kira waktu yang sama seorang penyelidik alam ber¬kebangsaan Inggris bernama Charles Darwin memperkenalkan teorinya mengenai evolusi. Teori tersebut didasarkan pada prinsip¬prinsip seleksi alamiah dan kelangsungan hidup yang terkuat. Jelaslah bahwa di dalam lingkungan yang berubah-ubah, dengan berla¬lunya waktu hanya organisme-organisme yang dapat beradaptasi secara genetis terhadap lingkungan yang selalu berubah itulah yang akan dapat sertahan hidup. Karena itu, kemampuan untuk mem¬peroleh ciri pembawaan genetis yang barn memberikan keuntung¬an pada organisme tersebut untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya.
Hukum kebakaan itu umum bagi semua bentuk kehidupan. Hukum tersebut berlaku bagi manusia dan bagi organisme perco¬baan yang dulu amat populer dalam penelitian genetika, yaitu lalat buah Drosophila. Serangga yang amat kecil ini amat mudah dipe¬lajari. Perubahan-perubahan warna matanya banyak menghasilkan keterangan mengenai letak gen-gen di dalam kromosomnya. Namun, kira-kira tigapuluh tahun yang lalu, Drosophila diganti dengan bakteri Escherichia coli sebagai organisme riset genetis yang disukai karena lebih mudah lagi untuk mempelajarinya. Seka¬rang ini, di antara semua organisme yang ada, Escherichia coli ada¬lah yang paling dipahami pada taraf molekular dan merupakan organisme pilihan bagi banyak ahli genetika. Hal ini membantu berkembangnya bidang genetika mikrobe. Jasad-jasad renik yang diselidiki dalam bidang ini meliputi bakteri, khamir, kapang, dan juga virus. Bab ini hanya akan membahas genetika bakteri.
• Pewarisan ciri dan keragaman
Ciri khas semua bentuk kehidupan, dari segi pandangan gene¬tika; adalah kemantapan umum atau "kesamaan" ciri-ciri progeni dan tetuanya. Dengan mudah kita amati dalam spesies kita sendiri, milsalnya, bahwa beberapa keluarga secara teratur mempunyai rambut hitam, mata coklat, dan bentuk hidung serta dagu tertentu, sedangkan keluarga lain mempunyai rarnbut pirang mata biru, dan struktur muka yang berbeda. Dengan cars yang sama sekalipun ukurannya kecil, bakteri dan protista lain juga meneruskan ciri¬-cirinya kepada keturunannya. Kenyataan bahwa kita dapat meng¬identifikasi spesies dan. bahkan galur bakteri menunjukkan bahwa jasad renik tersebut mampu meneruskan informasi genetis dari ge¬nerasi ke generasi dengan amat tepat.
Tetapi, di samping pewarisan ciri-ciri, yang menyebabkan ada¬nya sifat-sifat yang tetap sebagaimana diperlihatkan oleh spesies-¬spesies biologis, progeni mengekspresikan keragaman atau peru¬bahan. Perubahan-perubahan ini berkaitan dengan dua sifat asasi sel atau organisme, yaitu genotipe dan fenotipe. Genotipe menga¬cu pada komposisi genetis sel. Fenotipe ialah ekspresi genotipe dalam bentuk sifat-sifat yang dapat diamati yang khas bagi sel atau organisme yang bersangkutan.
Genotipe suatu biakan sel relatif konstan selama pertumbuh¬an, tetapi dapat berubah melalui mutasi. Perubahan ini dapat mengakibatkan berubahnya sifat-sifat yang dapat diamati, atau fenotipe sel. Jadi genotipe merupakan ciri-ciri potensial total suatu sel yang bersifat temurun, sedangkan fenotipe adalah ciri¬ciri yang diekspresikan


• Perubahan fenotipe, akibat perubahan lingkungan
Bakteri, seperti halnya sel-sel organisme tingkat tinggi, mem¬bawa lebih banyak informasi genetis — genotipenya — daripada yang dipergunakannya atau diekspresikannya pada suatu waktu tertentu. Sampai sejauh mana informasi ini diekspresikan tergan¬tung kepada lingkungannya. Misalnya suatu bakteri anaerobik fakultatif akan menghasilkan produk-produk akhir metabolisms, tergantung pada ada tidaknya oksigen selama pertumbuhan. Ada tidaknya oksigen menentukan enzim-enzim mana yang berfungsi dan mana yang tidak. Sesungguhnya di suatu lingkungan tertentu pengetahuan mengenai faktor-faktor yang mengatur aktivitas gene¬tis merupakan aspek yang amat penting untuk memahami metabo¬lisme sel.
Segi yang menonjol pada tips perubahan fenotipe ini -ialah bahwa hal ini melibatkan sebagian besar sel di dalam biakan. Peru¬bahan fenotipik macam ini tidak diwarisi-, melainkan terjadi bila beberapa keadaan dalam lingkungan berubah. Kembalinya pada fenotipe astinya terjadi bila keadaan lingkungan yang semula pulih kembali.
Gambar 1-13. memperlihatkan beberapa perubahan fenotipe yang disebabkan oleh perubahan kondisi lingkungan.


• Perubahan genotipe
Genotipe suatu sel ditentukan oleh informasi genetis yang di¬kandung dalam koromosomnya. Kromosom terdiri dari gen-gen. Gen ialah suatu satuan fungsional yang temurun, menentukan pembentukan suatu polipeptide tertentu dan juga berbagai tipe RNA. Setiap gen terdiri dari beratus-ratus pasangan nukleotide.

Gambar 1-13. Perubahan morfologis pada suatu galur Bacillus subtilis. Perubahan feno¬tipe ini merupakan akibat digesernya suhu tumbuh dari 30 menjadi 450C.,(A) 0 menit pada 450C. (B) setelah 80 menit pada 450C. (C) setelah 265 menit pada 450C. (x 3.280). (Atas kebaikan H.J. Rogers. "The National Institute of Medical Research", Mill Hill, England).

Misalnya, bila sebuah rantai polipeptide mengandung 300 asarn amino maka gen yang menyandikan polipeptide harus mengan¬dung 900 pasang bass (tiga basa untuk setiap asam amino). Ini adalah dasar bagi hubungan satu gen — satu polipeptide. Telah di¬perkirakan bahwa kromosom bakteri mempunyai kapasitas untuk menyandikan kira-kira 3.000 protein yang berbeda-beda.
Tetapi, gen manapun dapat berubah atau bermutasi menjadi bentuk lain sehingga akan memerintahkan pembentukan suatu protein yang berubah atau baru yang pada gilirannya dapat meru¬sak kekhasan selnya (kadang-kadang menyebabkan kematian). Sebagai contoh, substitusi hanya satu asam amino sekalipun di antara beberapa ratus di dalam sebuah rantai polipeptide dapat menyebabkan protein tersebut tidak berfungsi. Mutasi ialah peru¬bahan di dalam rangkaian nukleotide suatu gen. Ini menimbulkan ciri genetis yang baru, atau genotipe yang berubah. Suatu sel atau organisms yang memperlihatkan efek suatu mutasi disebut mutan. Jadi kita sewaktu-waktu melihat perubahan mendadak pada tum¬buh-tumbuhan dan hewan-hwan yang kita kenal. Sekali-sekali seekor kucing albino muncul di antara saUdara-saudara seperin-. dukannya yang berwarna hitam, atau sebiji kacang polong ber¬warna kuning di antara kacang-kacang polong berwarna hijau. Fenomena yang serupa terjadi di antara mikroorganisme.
Mutasi adalah peristiwa yang jarang, terjadi secara acak dan timbul secara spontan tanpa memperhatikan persyaratan ling¬kungan. Mutasi bakteri secara spontan dapat terjadi pada laju 1 mutasi saja di dalam 1 juta sel bakteri sampai kepada laju 1 mutasi di dalam 10 milyar sel bakteri. Biasanya mutan-mutan di dalam suatu populasi sel tertutupi (tersembunyikan) oleh sel-sel yang tidak mengalami mutasi yang jumlahnya lebih besar. Mengisolasi sebuah sel mutan ialah seperti kata pepatah mencari jarum dalam setumpuk jerami. Namun, para mikrobiologiwan telah mengem¬bangkan teknik-teknik yang mempermudah isolasi mutan yang hanya sedikit saja jumlahnya itu dari suatu populasi besar sel-sel yang tidak bermutasi (tipe liar). Sebagai contoh, sejenis antibiotik dapat dicampurkan dalam medium pertumbuhan untuk mendapat mutan yang resisters terhadap antibiotik tersebut. Gambar 17-2 memperlihatkan suatu metode yang unik yaitu teknik pencawanan replika untuk mengisolasi mutan-mutan nutrisi.

Gambar 1-14. Pencawanan replika digunakan untuk mengisolasi mutan-mutan nutri¬si E. colt., (A) Suspensi bakteri ditaruh dalam sebuah cawan petri terbuka dan di¬kenai bahan mutagenik, seperti radiasi ultraviolet. (B) Sampel dari (A) dicawankan pada permukaan medium "lengkap" seperti agar nutrien. Cawan ini diinkubasi¬kan, setelah inkubasi, letak koloni-koloni yang pasti pada cawan itu dicatat. (C) Suatu unit pencawanan replika yang steril dengan hati-hati ditekankan pada per¬mukaan cawan (B), Wu diangkat (D), dan kemudian ditekankan pada permukaan suatu cawan medium agar "minimum" (E). Peletakan unit pencawanan replika pada agar minimal itu harus tepat, sehingga letak setiap koloni dapat dibandingkan pada masing-masing cawan tersebut. Cawan-cawan itu akan merupakan replika dari se samanya. Agar minimum di dalam cawan pada (E) terdiri dari garam-garam anor¬ganik dan glukose, yaitu nutrien yang biasanya menunjang pertumbuhan E. coli.- Setelah inkubasi (F), muncul koloni-koloni pada cawan yang barn itu pada keln¬nyakan, tetapi tidak semua posisi sesuai dengan letak koloni-koloni pada cawan asli¬nya. Dapatlah dianggap bahwa organisms yang tidak berhasil berkembang adalah mutan nutrisi, yaitu tidak mampu tumbuh pada medium garam-garam, anorga¬nik-glukose, suatu ciri yang semula mereka miliki.

• Tips-tips mutasi
Pada taraf molekular, perubahan-perubahan dalam rangkaian basa purin-pirimidindapat terjadi dengan beberapa cara sehingga meng¬akibatkan-,,mutasi. Dua tips yang umum ialah mutasi titik dan mutasi pergeseran kerangka.
Mutasi titik. Mutasi Aitik terjadi sebagai akibat tersubstitusinya satu nukleotide oleh yang lain di dalam rangkaian nukleotide tertentu suatu gen. Substitusi satu purin oleh purin yang lain atau satu pirimidin oleh pirimidin yang lain disebut mutasi titik tipe transist Sedangkan penggantian suatu purin oleh pirimidin atau sebaliknya disebut transverse. Substitusi pasangan basa ini dapat mengakibatkan salah satu dari tiga macam mutasi yang mempe¬ngaruhi proses translasi :
1. Triplet gen yang berubah itu menghasilkan sebuah kodon pada mRNA yang menetapkan asam amino yang berbeda dari yang ada di dalam protein yang normal. Mutasi ini disebut mutasi salah arti (missense mutation). Protein semacam itu dapat menjadi tidak berfungsi atau kurang aktif ketimbang protein yang normal. Sebuah contoh yang baik mengenai mutasi salah arti pada manusia ialah penyakit anemia sel-sabit ("sikle-cell anemia"). Penggantian satu basa tunggal pada ko¬don bagi asam amino keenam dalam hemoglobin A mengubah asam amino keenam itu dari asam glutamat menjadi valin, sehingga membentuk ciri-ciri hemoglobin S pada anemia sel sabit. Yaitu, GAG, yang menyandikan asam glutamat, dapat berubah menjadi GUG yang menyandikan valin. Di bawah konsentrasi oksigen yang rendah, molekul-molekul hemoglo¬bin S yang berubah itu bertumpuk menjadi kristal, sehingga bentuk sel-sel darah merah menjadi seperti sabit.
2. Triplet gen yang berubah itu menghasilkan sebuah kodon pada mRNA yang mengakhiri rantai, mengakibatkan berakhirnya pembentukan protein sebelum waktunya selama translasi. Ini disebut mutasi nonsens. Hasilnya ialah suatu polipeptide tak lengkap yang tidak berfungsi.
3. Triplet gen yang berubah itu menghasilkan sebuah kodon mRNA yang menetapkan asam amino yang sama karena ko¬don yang dihasilkan dari mutasi merupakan sinonim dari ko¬don aslinya. Ini adalah mutasi netral.
Mutasi pergeseran kerangka. Mutasi ini merupakan akibat pe¬nambahan atau kehilangan satu atau lebih nukleotide di dalam suatu gen. Hal ini mengakibatkan bergesernya kerangka pembaca¬an. Kita lihat pada Bab 16 bahwa selama berlangsungnya sintesis protein, pembacaan Sandi genetic dimulai dari satu ujung acuan protein yaitu mRNA, dan dibaca sebagai satuan tiga basa secara berurutan. Karena itu mutasi pergeseran kerangka pada umumnya menyebabkan terbentuknya protein yang tidak berfungsi sebagai akibat disintesisnya rangkaian asarn arnino yang sama sekali barn dari pembacaan rangkaian nukleotide mRNA yang telah bergeser kerangkanya (yal.-Ig ditranskripsikan dari mutasi pada DNA sel) Tipe mu tali ini digambarkan pada Gam bar 1-15.

Gambar 1-15. Mutasi pergeseran kerangka, sebagai akibat penyisipan satu nukleotide pada suatu gen. Penyisipan satu nukleotide pada suatu gen mengakibatkan trans¬kripsi satu nukleotide tambahan pada mRNA. Ini mengakibatkan pergeseran ke¬rangka ketika kodon-kodon dibaca selama berlangsungnya translasi sehingga semua kodon setelah penyisipan menjadi berubah dan semua asam amino yang disandikan menjadi berubah pula. Mutasi pergeseran kerangka sebagai akibat delesi (hilangnya) satu nukleotide pada pokoknya akan mempunyai efek yang sama.

• Terjadinya mutasi
Mutasi paling umum terjadi selama replikasi DNA. Beberapa mu¬tasi terjadi sebagai akibat kerusakan yang ditimbulkan oleh cahaya ultraviolet atau sinar X. Karena unsur-unsur ini merupakan bagian yang tak terhindarkan dari lingkungan (misalnya, cahaya UV adalah komponen cahaya matahari), maka mungkin inilah yang menyebabkan banyaknya mutasi spontan. Namun, laju mutasi dapat ditingkatkan secara nyata dengan cara menyinari biakan dengan sinar-sinar tersebut. Unsur mana saja yang dapat mem¬pertinggi laju mutasi disebut mutagen. Mutasi yang diperoleh dengan menggunakan mutagen dikatakan terinduksi, dan bukan spontan, sekalipun bedanya mungkin hanya pada frekuensinya, bukan pada macamnya. Sebagai contoh, cahaya UV menyebabkan mutasi pada kondisi-kondisi baik alamiah m;itil)im laboralo ris. Tetapi, jumlah mutan yang diperoleh dengan kondisi kondisi laboratoris lebih tinggi, karena tingginya dosis UV yang digunakan.
Tidak satu pun mekanisme tertentu yang dapat ditisulkan untuk menerangkan pengaruh mutagenik sinar X. Karena sinar X dapat menyebabkan pecahnya banyak ikatan kimiawi yang her¬beda-beda macamnya, maka mungkin merusak DNA dengan ber¬bagai cara. Pengaruh utama cahaya UV ialah menyebabkan pem¬bentukan dieter dengan ikatan silang antara pirimidin-pirimidin yang bersebelahan, terutama timin. Dieter ini mengacaukan pro¬ses replikasi yang normal.
Penemuan yang paling banyak membuka rahasia mutasi pada tahun-tahun belakangan ini datang dari penelitian mengenai pe¬ngaruh mutagenik berbagai bahan kimia. Ada dua tipe senyawa kimia yang mutagenik. Yang pertama terdiri dari senyawa-senya¬wa yang dapat bereaksi secara kimiawi dengan DNA. Karena ke¬khususan replikasi DNA bergantung pada ikatan purin-pirimidin, yang diakibatkan oleh ikatan hidrogen antara gugusan-gugusan amino dan hidroksil pada purin dan pirimidin, maka modifikasi kimiawi gugusan-gugusan amino dan hidroksil ini dapat menye¬babkan mutasi. Asam nitrous, yang dapat membuang gugusan amino dari purin dan pirimidin, adalah mutagen semacam itu. Tipe zat kimia mutagenik yang kedua terdiri dari analog-analog basa. Ini adalah zat-zat kimia yang strukturnya cukup menyamai basa-basa pada DNA yang normal sehingga dapat menggantikan¬nya selama berlangsungnya replikasi DNA (Gambar 17-4). Meski¬pun strukturnya mirip, analog basa tidak mempunyai sifat ikatan hidrogen yang sama seperti basa yang normal. Karena itu dapat menyebabkan terjadinya kesalahan dalam replikasi yang mengaki¬batkan mutasi.

• Reparasi mutasi
Telah disebutkan bahwa kerusakan DNA dapat disebabkan oleh radiasi UV, sinar X, dan zat-zat kimia tertentu. Untungnya, sel mengandung enzim-enzim khusus yang dapat mereparasi DNA yang rusak. Dengan cara ini, beberapa sel yang terpengaruh dapat melanjutkan fungsinya dengan normal.

Gambar 1-16. Dua basa DNA yang normal dan dua mutagen analog basa. 2-Aminopurin adalah analog adenin dan dapat berpasangan dengan timin atau sit"n. 5-Bromou¬rasil adalah analog timin dan dapat berpasangan dengan adenin atau guanin. Yang dikurung dalam kotak dengan garis terputus-putus menyoroti bagian analog yang berbeda dari basa yang normal.

Banyak macam sel bakteri dan khamir telah diperlihatkan memiliki mekanisme fotoreaktivasi yang efisien untuk merepara¬si kerusakan yang disebabkan oleh radiasi UV. Fotoreaktivasi ini terjadi ketika sel-sel yang terkenai dosis cahaya UV yang memati¬kan segera dikenai cahaya kasatmata. Suatu enzim khusus, yang di¬giatkan oleh cahaya kasatmata, memotong atau menguraikan ikat¬an antara dimer-dimer yang terbentuk akibat terkenai cahaya UV dan memulihkan aktivitas normal sel-sel yang rusak itu.
Beberapa bakteri mempunyai enzim yang disebut endonu¬klease dan eksonuklease, yang memotong segmen DNA yang rusak. Kemudian enzim-enzim yang lain, polimerase dan ligase, memperbaiki bagian yang pecah itu dengan cara mengisi celah-¬celah itu dan menggabung-gabungkan potongan-potongan tersebut - menjadi satu. Mekanisme ini digambarkan pada Gambar 17-5.
Beberapa penyakit tipe reparasi terjadi pada manusia. Yang paling terkenai ialah xeroderma pigmentosum. Pada penyakit menurun ini, kulit sangat peka terhadap cahaya UV. Pada orang-orang ini, cahaya matahari sedikit saja bila mengenai kulitnya akan menyebabkan luka-luka bakar yang gawat yang pada akhirnya dapat menyebabkan kanker. Cacat yang dideritanya ialah pada mekanisme reparasi pemotongan yaitu tidak mempunyai memotong dimer-dimer pirimidin yang terbentuk akibat terkenai cahaya UV.

Gambar 1-17. Reparasi. eksisi pada DNA yang rusak karena cahaya UV yang mengan¬dung dimer timin-timin.

Perlu diperhatikan bahwa bila DNA yang mengandung dim- dimer pirimidin bereplikasi pada bakteri dengan kemampuanrepa¬rasi eksisi yang cacat, maka sintesis utasan yang baru akan berhen¬ti pada posisi dimer tersebut tetapi berlanjut pada jarak tertentu setelah itu. Jadi terbentuk celah pada utasan DNA yang baru disin¬tesis itu. Celah tersebut dapat terisi dengan cara menukar dan menggabungkan fragmen-fragmen yang mengandung utasan-utasan DNA yang menumpuk yang celah-celahnya tidak berimpit. Selan¬jutnya, karena replikasi terinterupsi dan dengan demikian terha¬langi pada celah ini, maka utasan-utasan dengan celah yang jumlahnya lebih sedikit bereplikasi dengan lebih cepat dan pada akhirnya dapat mempersedikit jumlah DNA yang rusak.
Laju mutasi
Laju mutasi ialah peluang bagi suatu sel untuk bermutasi ketika terjadi pembelahan sel. Jadi laju mutasi pada umumnya didefinisikan sebagai jumlah rata-rata mutasi per sel per pembelahan, dan dinyatakan sebagai pangkat negatif per pembelahan sel. Sebagai contoh, bila ada satu peluang dalam sejuta bahwa suatu gen akan bermutasi ketika selnya membelah, maka laju mutasi bagi satu gen tunggal mana pun sama dengan 10-6 per pembelahan sel. Pada umumnya, laju mutasi bagi satu gen tunggal berkisar antara 10-3 dan 10-9 per pembelahan sel.
Laju mutasi mempunyai implikasi praktis. Karena gen bermu¬tasi secara acak dan tidak bergantung satu dengan lainnya, maka peluang terjadinya dua mutasi di dalam sel yang sama merupakan produk dari masing-masing laju mutasi tunggalnya. Jadi, misalnya, bila laju mutasi untuk resistensi terhadap penisilin ialah 10-8 per pembelahan sel dan untuk resistensi terhadap streptomisin ialah 10-6 per pembelahan sel, "maka peluang terjadinya kedua mutasi tersebut di dalam sel yang sama ialah 10-6 X 10-8 , atau 10-14 Laju mutasi ini amat rendah. Karena alasan inilah maka umum se¬kali dilakukan pemberian dua antibiotik sekaligus dalam peng¬obatan beberapa penyakit.,Sebagai contoh, kombinasi penisilin G dan streptomisin telah terbukti ampuh untuk mengobati infeksi oleh streptokokus. Sel yang telah menjadi resisten terhadap satu antibiotik rnasih bisa dihambat atau dibunuh oleh antibiotik yang lain.
Tipe-tipe mutan bakteri
Karena semua sifat sel-sel hidup pada akhirnya dikendalikan oleh gen, maka ciri sel yang mana pun dapat berubah karena mutasi. Berbagai ragam mutan bakteri telah diisolasi dan dipelajari secara intensif. Beberapa dari tipe-tip,- utama mutan adalah sebagai berikut :
1. Mutan yang memperlihatkan toleransi yang meningkat terha¬dap unsur-unsur pengliambat, terutama antibiotik (mutan yang resisten terhadap antibiotik atau obat•-obatan).
2. Mutan yang menunjukkan kemampuan fernrientasi yang beru¬bah, atau menin-katnya atau berkurangnya kapasitas untuk beberapa produk akhir.
3. Mutan yang mempunyai defisiensi akan nutrisi, yaitu membutuhkan medium yang lebih konipleks untuk tubuhnya ketimbang biakan aslinya
4. Mutan yang memperlihatkan perubahan dalam bentuk koloni atau kemampuan untuk menghasilkan pigmen
5. Mutan yang menunjukkan perubahan pada struktur permukaan dan komposisi selnya (mutan antigenik).
6. Mutan yang resisten terhadap aksi bakteriofage.
7. Mutan yang memperlihatkan beberapa perubahan pada cir-ciri morfologis, misalnya hilangnya kemampuan untuk menghasilkan spora, kapsul, atau flagela (Gambar 1-18).


Gambar 1-18. Beberapa mutan memperlihatkan perubahan morfologis. Mutan-mutan Bacillus subtills yang Pyata sekah kekurangan enzirn-enzim yang diperlukan untuk mernisahkan sel-sel anak setelah pembelahan, tumbuh pada laju yang normal seba¬gai rantai amat paniang yang terdiri dari sel-sel yang tidak memisah. Pada kondisi pertumbuhan tertentu mutan-mutan ini jugs membentuk struktur helikal. (A) Tipe liar, sketsa fotomikrograf kontras-fase; (B) mutan, sketsa fotomikrograf kontxas¬fase; (C) mutan, sketsa mikrograf elektron payar. Perhatikan struktur helikal ada 13 Dan C.'(Atas kebaikan Jared E Fein, McGill Urziversity).

Dari-daftar ini jelaslah bahwa semua ciri khas bakteri dapat berubah melalui proses mutasi. Juga jelas bahwa beberapa dari perubahan-perubahan khusus yang, disebabkan oleh mutasi ternyata serupa atau sama dengan yang diakibatkan oleh perubahan kondisi lingkungan. Maka dari itu perlu dipastikan secara eksperimental bahwa suatu perubahan itu benar-benar disebabkan oleh mutasi dan bukanlah merupakan tanggapan terhadap lingkungan. Ada banyak implikasi praktis yang berkaitan dengan terjadinya mutan. mikrobe. Hal ini digambarkan oleh contoh – contoh berikut :
1. Diketahui ada beberapa mikroorganisme yang menggambarkan resistensi terhadap antibiotik-antibiotik tertentu akibat mu¬tasi. Kenyataan ini sangat penting dalam pengobatan penyakit, karena antibiotik yang pada mulanya efektif untuk mengenda¬likan suatu infeksi bakterial menjadi kurang atau tidak lagi efektif ketika muncul mutan-mutan yang resisten terhadap an¬tibiotik yang bersangkutan.

2. Dapat diisolasi mutan biokimiawi.yaiig mamput menghasilkan suatu produk akhir dalam jumlah besar. Hal ini penting dalam industri. Sebagai contoh, jumlah penisilin yang dihasilkan da¬lam produksi komersial meningkat. secara dramatis cricialui seleksi galur-galur mutan Penicillium.
3.Pemeliharaan biakan murni spesies-spesies jasad renik yang tipikal mensyaratkan tercegahnya mutasi, kalau tidak, maka biakan tersebut tidak akan tipikal lagi.
4.Mutan mikrobe telah digunakan secara meluas di dalampenye¬lidikan berbagai proses biokimiawi, terutama reeksi-roaksi bio¬sintetik. Sebagai contoh, mutan-mutan yang terhalang atau rusak pada langkah-langkah enzimatik yang berbeda-beda telah digunakan untuk menyingkapkan seluk-beluk rangkaian meta¬bolik.
Banyak mutan, mungkin sebagian besar, dapat balik ke kondisi liar melalui mutasi batik, yaitu kembalinya sel-sel mutan, ke feno¬•pe asainy'a. Akan tetapi, hat ini tidak, mesti disebabkan .oleh pem¬balikan mutasi aslinya secara tepat. Kadang-kadang, pengaruh mu¬tasi asli dapat ditekan sebagian atau seluruhnya oleh mutasi.kedua pada situs yang berbeda pada kromosom.

• Rekombinasi bakteri
Rekombinasi genetis ialah pembentukan suatu genotipe bare melalui pemilihan kembali gen-gen setelah terjadinya pertukaran bahan genetis antara due kromosom yang berbeda yang mempu¬nyai gen-gen serupa pada situs-situs yang bersangkutan. Kromosom semacam ini disebut kromosom homologus. Progeni. yang, dihasil¬kan dari rekombinasi mempunyai kornbinasi gen-gen yang berbeda dari yang ada pada tetuanya. Pada bakteri, rekombinasi genetis dihasilkan dari tiga tipe pemindahan gen:
1. Konjugasi. Pemindahan gen antara sel-sel yang kontak satu de¬ngan yang lain secara fisik.
2. Transduksi. Pemindahan gen dari satu sel ke sel yang lain oleh bakteriofage.
3. Transformasi. Pemindahan DNA bebas-sel atau "bugil" dari satu sel ke sel yang lain.
Ketiga tipe pemindahan gen ini diperlihatkan pada Gambar 17-8. Pada rekombinasi bakteri, sel tidak melebur dan biasanya hanya sebagian saja dari kromosom sel donor Oantan) dipindahkan ke sel resipien (betina). Maka sel resipien ini menjadi merozigot. suatu zigot yang diploid sebagian. Begitu terjadi pembentukan me¬rozigot, maka rekombinasi dapat berlangsung.

Mekanisme umum bagi rekombinasi bakteri diduga terjadi sebagai berikut. Di dalam sel resipien fragmen DNA donor diletak¬kan di sepanjang DNA resipien sedemikian rupa sehingga gen-gen yang homologus terletak bersebelahan. Enzim-enzim bekerja pada DNA resipien, menyebabkan terguntingnya dan tereksisinya suatu fragmen. Kemudian DNA donor dipadukan ke dalam kromosom resipien di tempat DNA yang tereksisi. Sel resipien lalu menjadi sel rekombinasi karena kromosomnya mengandung DNA dari kedua sel, baik donor maupun resipien. (Potongan-potongan DNA yang tereksisi dari kromosom resipien mungkin dirombak atau diurai¬ka oleh enzim-enzim khusus). Mekanisme rekombinasi yang umum ini dapat dilihat pada Gambar 17-9.
Konjugasi
Konjugasi, salah satu dari tiga mekanisme untuk pemindahan bahan genetis dari satu bakteri ke yang lain, bergantung kepada kontak sel dengan sel. Sementara pada transduksi dan transformasi hanya fragmen-fragmen amat kecil kromosom bakteri yang dipin¬dahkan (akan dibahas kemudian), pada konjugasi mungkin dipin¬dahkan fragmen, besar, dan pada kasus-kasus khusus bahkan selu¬ruh kromosom.
Konjugasi bakteri pertama kali dipertunjukkan oleh Leder- berg dan Tatum pada tahun 1946. Mereka menggabungkan dua galur mutan Escherichia coli yang berbeda yang tidak mampu mensintesis satu atau lebih faktor tumbuh esensiil dan memberinya kesempatan untuk kawin. Kemudian mereka mencawankan biakan campuran tersebut pada medium minimal yang hanya me¬nunjang pertumbuhan galur-galur tipe liar. Ketika mereka mene¬mukan koloni-koloni tipe liar, mereka tahu bahwa mestinya koloni-koloni tersebut merupakan hasil rekombinasi genetik mela¬lui konjugasi antara galur-galur mutan. Gambar 17-10 memper¬lihatkan prinsip percobaan mereka dalam bentuk yang disederha¬nakan.
• Faktor seks.
Konjugasi pada bakteri dipahami dengan lebih je¬las ketika ditemukan bahwa ada diferensiasi seksual pada E. coli, dengan perkataan lain, ada tipe-tipe perkawinan yang berbeda¬-beda pada bakteri tersebut. Sel jantan mengandung sepotong DNA yang kecil dan bundar (sirkular), di dalam sitoplasma dan tidak merupakan bagian dari kromosom, disebut faktor seks, atau faktor F (faktor kesuburan atau fertility factor). Sel ini disebut sebagai F+ dan merupakan donor dalam perkawinan. Sel betina disebut F— dan tidak memiliki faktor ini, mereka adalah sel resi¬pien.
Persilangan antara dua galur F— tidak menghasilkan rekombi¬nan. Pada persilangan F+ x F—, yang jantan mereplikasikan faktor seksnya, dan satu kopi dari padanya hampir selalu dipindahkan ke resipien betina. Sel F- diubah menjadi sel F+ dan mampu berfung¬si sebagai donor (lihat 17-11). Karena itu, selama sel-sel itu tumbuh, proses konjugasi dapat berlanjut melalui penularan dengan pemindahan faktor seks secara berulang-ulang. Pemindahan faktor F di dalam suatu persilangan F+ x F- terjadi dengan frekuensi yang mendekati 100 persen. Tetapi pembentukan rekombinasi di dalam persilangan F+ x F- terjadi pada frekuensi yang rendah¬sekitar satu rekombinan per 104 sampai 105 sel. Jadi jelaslah bah¬wa pemindahan faktor F tidak tergantung kepada pemindahan gen-gen kromosomal.
Karena pemindahan faktor F itu mandiri, maka DNA faktor F itu melangsungkan replikasi tanpa bergantung kepada kromosom normal sel donor. DNA faktor F hanya cukup untuk menspesi¬fikasikan kira-kira 40 gen yang mengendalikan replikasi faktor seks dan sintesis pili seks. Setiap sel F+ menghasilkan satu atau lebih pili seks (Gambar 17-12). Peranan pili seks tampaknya ialah mengikatkan sel F- ke sel F+ dan kemudian menarik diri ke dalam sel F+, membuat sel F tertarik sampai kontak secara dekat sekali . Jugs ada beberapa bukti bahwa pili seks adalah tubul-tubul yang dilalui DNA dari sel F+ ke sel F- selama konjugasi.

Gambar 1-19. Pilus seks menghubungkan pasangan perkawinan E. coll. Sel yang jan¬tan (sebelah kanan) juga mempunyai pili tipe lain di camping pilus seks. Bakterio¬fage RNA kecil yang menempel pada pilus seks dapat dilihat sebagai titik-titik (x 25.000).(Atas kebaikan C. Brinton Jr., University of Pittsburg).

Galur-galur rekombinasi berfrekuensi tinggi. Penelitian menge¬nai konjugasi pada bakteri menjadi dipermudah ketika galur-galur baru terisolasi dari biakan-biakan F+ yang mengalami rekombinasi seksual dengan sel-sel F- pada laju 103 kali lebih besar dari sel-sel F+ x F-. Maka galur-galur donor yang baru ini disebut galur rekombinasi berfrekuensi tinggi (high frequency recombination atau Hfr). Sel-sel Hfr muncul dari sel-sel F+ yang di dalamnya faktor F menjadi terpadu ke dalam kromosom bakteri. Bedanya dengan sel-sel F+ ialah bahwa faktor F. dari Hfr jarang sekali ter¬pindahkan selama rekombinasi. Jadi di dalam suatu persilangan Hfr x F-, frekuensi kombinasinya tinggi dan pemindahan faktor F-nya rendah (Gambar 17-13); pada persilangan F+ x F-, fre¬kuensi rekombinasinya rendah dan pemindahan faktor F nya tinggi.
Urutan dipindahkannya bahan kromosom dari satu donor Hfr ke suatu resipien F- ditentukan oleh percobaan perkawinan yang diganggu ciptaan Elie Wollman dan Francois Jacob. Suatu galur Hfr dicampur dengan suatu galur F-, dan konjugasi tersebut di¬ganggu pada berbagai waktu dengan cara memisah-misahkan sel-col itu di dalam blender berkecepatan tinggi. Sel-sel tersebut kemu¬dian dicawankan pada bermacam-macam tipe media-agar yang se¬lektif untuk memperoleh sel-sel rekombinan yang telah menerima gen donor sebelum perkawinannya diganggu.
Percobaan perkawinan yang diganggu itu menyingkapkan urut¬an gen-gen kromosom menurut saat masuknya Serta frekuensi re¬kombinasi setiap penanda (marker), yang merupakan mutasi Yang dapat dikenali yang berfungsi untuk mengidentifikasi gen pada lokus atau situs tempat terjadinya. Setiap gen memasuki sel F pada waktu yang khan, dan dengan menggunakan waktu masuk sebagai ukuran maka pets pertautan (linkage map) kromosom Hfr dapat dibangun. Ini adalah metode utama untuk mengetahui letak gen pada kromosom bakteri. Hal ini di¬mungkinkan karena kromosom Hfr dipindahkan ke sel F secara linear meskipun kromosom itu bundar. Selama pemindahan, kromosom Hfr mulai bereplikasi pada titik disisip¬kannya faktor F. Karena faktor F dapat terpadu pada posisi seks dipindahkan dengan sangat efisien bersama-sama dengan gen¬gen bakteri yang terbawa tadi. Set resipien itu kemudian menjadi set P sekunder; merupakan diploid sebagian bagi gen-gen yang di¬terimanya dari set F' primer. Proses dipindahkannya gen-gen bak¬teri dari donor ke resipien sebagai bagian dari faktor seks diistilah¬kan sebagai seksduksi oleh Jacob dan Wollman.

• Unsur genetis ekstrakromosomal
Selain kromosom DNA yang normal, pada bakteri seringkali di¬jumpai unsur genetis ekstrakromosomal (ekstrakromosomal = di luar kromosom). Unsur ini disebut plasmid dan dapat melang¬sungkan replikasi secara swatantra di dalam sitoplasma set bakteri. (Gambar 16-1 dan 17-17). Plasmid adalah potongan bundar DNA yang merupakan gen tambahan. Bila unsur ekstrakromo¬somal dapat bereplikasi secara swantantra dan terpadu ke dalam kromosom DNA bakteri, maka disebut episom. Perilaku ini mem¬bedakan episom dari plasmid, karena yang terakhir ini tidak ter¬padu ke dalam kromosom. Jadi faktor F E. coli adalah suatu epi¬som karena dapat secara bergantian ada dalam status F+ atau Hfr.
Beberapa bakteri mempunyai plasmid yang merupakan faktor bakteriosinogenik. Faktor ini menentukan pembentukan bakterio¬sin, yaitu protein yang membunuh spesies bakteri yang sama atau yang berkerabat dekat. Bakteriosin E. coli disebut kolisin; yang dihasilkan oleh Pseudomonas spp. disebut piosin, dan seterusnya.

Gambar 1-20. Plasmid bakteri diperlihatkan sebagai sebuah molekul DNA melingkar ("looped DNA"). Plasmid tahan obat-obatan yang diperlihatkan disebut R28K, membawa sifat resisters terhadap ampisilin, dan paniangnya 21,um. (Alas kebaikan Michiko Egel–Mitanij.

Bakteriosin telah terbukti bermanfaat untuk membedakan galur-galur tertentu dari spesies bakteri yang mana dalam diagnosis bakteriologis medis. Bakteri mempunyai jenis-jenis plasmid lain yang disebut faktor pemindah resistensi atau faktor R yang mem¬berikan resistensi terhadap sejumlah antibiotik. Beberapa dari faktor R tersebut dapat dipindahkan pada sel-sel yang lain melalui konjugasi, karena itulah maka diistilahkan sebagai resistensi yang menular.

• Transduksi
Transduksi ialah proses pemindahan gen dari satu bakteri ke bak¬teri lain oleh bakteriofage. Beberapa bakteriofage tenang (tempe¬rate) (lihat Bab 11), yang biasanya tidak melisis sel inang, mem¬bawa DNA yang dapat berperilaku sebagai episoin di dalam bak¬teri. Bila DNA virus ini terpadu di dalam kromosom bakteri, maka disebut. profage. Bila bakteri lisogenik memasuki siklus litik, entah secara spontan ataupun karena induksi oleh cahaya UV, maka sekali-sekali sebagian dari kromosom bakteri secara tidak sengaja dapat terkait ke dalam kepala fage. Bila kemudian virus tersebut menginfeksi bakteri lain, maka fragmen kromo¬som bakteri tadi dari sel yang pertama jugs diinjeksikan sebagai bagian dari DNA virus. Fragmen kromosom ini menjalani perpa¬sangan basa dengan kromosom inang, akan terpadu dan menjadi bagian yang tetap dari kromosom bakteri yang terinfeksi itu.
Transduksi umum. Transduksi tipe ini terjadi bila suatu fage "tenang" memindahkan gen yang mana pun dari koromosom bakteri atau plasmid. (Gambar 17-20). Proses ini berbeda dari transduksi khusus, yaitu galur-galur fage tenang tertentu dapat memindahkan hanya beberapa gen terbatas dari kromosom bak¬teri. Dalam transduksi umum, pada saat fage memulai siklus litik, enzim-enzim virus menghidrolisis kromosom bakteri menjadi ba¬nyak potongan kecil DNA. Bagian mana pun dari kromosom bakteri itu dapat digabungkan ke dalam kepala fage selama per¬akitan fage. Sebagai contoh, fagekoli P1 dapat mentransduksi berbagai gen di dalam kromosom bakteri. Setelah infeksi, sejum¬lah kecil dari fage-fage itu membawa hanya DNA bakteri (lihat Gambar 17-20). Karena DNA ini cocok dengan DNA bakteri baru yang diinfeksi itu, bakteri yang kedua ini tidak akan menjadi lisogenik bagifage P1. Melainkan, DNA yang diinfeksikan itu akan terpadukan ke dalam kromosom sel resipien.

Gambar 1-21. Transduksi. Kromosom fage PI, setelah injeksi ke dalam sel inang, me¬nyebabkan perombakan kromosom inang menjadi fragmen-fragmen kecil. Selama pematangan partikel virus, beberapa kepala fage dapat membungkus fragmen-frag¬men DNA bakteri dan bukannya DNA fage. KeSka DNA bakteri ini memasuki sel inang yang baru, dapat menjadi terpadu ke dalam kromosom bakteri, dengan demi¬kian memindahkan beberapa gen dari satu inang ke yang lain.

Transduksi telah dipertunjukkan pada beberapa spesics bak¬teri. Proses ini menyajikan suatu alai yang ampult untuk mengem¬bangkan galur-galur bakteri baru, memetakan kromosom bakteri, dan untuk banyak percobaan genetis lain.

• Rekayasa genetika dengan mikroorganisme
Rekayasa genetika, atau manipulasi gen secara biokimiawi, men¬jadi kenyataan dalam tahun 1973 ketika dikembangkan teknik untuk mengisolasi dan menggabungkan potongan-potongan DNA yang tak sama sehingga dapat dihasilkan molekul DNA rekombinan yang aktif. Molekul ini, sekali dihasilkan, dapat di¬masukkan ke dalam sel bakteri, seperti E. soli, dan mereka dapat bereplikasi di dalamnya.
Bagaimanakah terjadinya hal ini?. Enzim endonuklease dapat digunakan untuk memotong bagian-bagian DNA khusus yang pen¬dek, biasanya mengandung beberapa gen, dari kromosom sel tipe apa pun — tumbuhan, hewan, atau bakteri — ataupun virus. Po¬tongan-potongan ini mempunyai ujung yang "lengket" atau kohe¬sif yang akan dengan mudah digabungkan dengan cara perpasang¬an basa pada daerah-daerah berutasan tunggal dengan utasan-utas¬an DNA lain. Dengan cara ini, fragmen-fragmen yang diperoleh dari kromosom sel apa pun atau virion dapat disambungkan ke plasmid bakteri atau genom fage dengan bantuan enzim lain, se¬perti polinukleotide ligase. Plasmid atau fage tersebut kemudian dapat bereplikasi di dalam bakteri inangnya. Kadang-kadang bahan genetis baru di dalam plasmid atau DNA fage juga dapat terpadu¬kan ke dalam kromosom sel inang dan bertindak sebagai kompo¬nen normal dari padanya. Pada pokoknya sel-sel bakteri semacam itu telah menerima gen acing dan merupakan organisme baru; sifat serta kemampuannya bisa amat berbeda dari baik inang maupun donornya. Mereka juga memperbanyak diri dan dapat membuat kopi-kopi bahurangkap diri mereka sendiri dalam waktu yang amat pendek. Ciri-ciri utama manipulasi gen secara bioki¬miawi itu diperlihatkan pada Gambar 1-21.
Pentingnya teknologi baru ini ialah bergeraknya gen melintasi garis species, seperti dari hewan dan lalat-lalat buali ke bakteri. Ini mengakibatkan terciptanya organisme baru yang telah direka kem¬bali.
Ada kekhawatiran bahwa produksi molekul-molekul DNA rekonibitian yang fungsional in vivo dapat terbukti berbahaya se¬cara biologic—Bila mereka dibawa di dalatn mikrobe seperti E. coli, yang mempakan bakteri kornensal di dalam usus manusia dan dapat mempertukarkan informasi genetic dengan tipe-tipe bakteri lain, mereka mungkin bisa menjadi tersebar Was di antara populasi manusia, bakteri, tumbuhan, atau hewan, dengan akibat yang tidak dapat diduga.

Gambar 1-22. "Rekayasa genetika" ("genetic engineering") dengan plasmid bakteri Pembungkus sel bakteri mula-mula dilarutkan di dalam larutan seperti deterjen dan DNA-nya keluar. Plasmid bakteri lalu diisolasi dari DNA kromosom dengan sentri¬fugasi. Plasmid ini dipotong dengan enzim-enzim restriksi dan plasmid yang terbuka ini kemudian dicampurkan di dalam suatu larutan dengan gen-gen (jugs dipisahkan dengan menggunakan enzim-enzim restriksi) dari DNA tumbuhan, hewan, virus, atau bakteri yang juga telah diekstraksi dan dibuka. Di dalam larutan, DNA ligase melekatkan gen-gen acing itu pada tempatnya pada bagian plasmid yang terbuka sehingga terbentuk plasmid bakteri rekombinan (sosok atau "loop"). Plasmid bak¬teri rekombinan yang telah dirakit ini lalu ditaruh di dalam larutan kalsium kloride dingin yang mengandung sel-sel bakteri. Bila larutan itu tiba-tiba dipanaskan, pem¬bungkus sel bakteri itu menjadi permeabel sehingga memungkinkan plasmid bak¬teri rekombinan untuk masuk. Sekali berada di dalam sel bakteri, mereka dapat te¬tap ada sebagai plasmid atau dapat terpadu dengan kromosom sel inang. (Diambil dari Bio Science 24 (12): 692, 1974).
Kekhawatiran yang khusus ialah terbentuknya plasmid-plasmid bakteri barn yang dapat bereplikasi secara swantantra yang bila tidak diawasi dengan ketat, dapat memasukkan determinan genetic untuk resistensi antibiotik atau pernbentukan toksin bakteri ke dalam galur-galur bakteri yang pada waktu ini tidak membawa determinan semacam itu. Percobaan untuk menghubungkan semua segmen DNA virus onkogenik ataupun virus hewani yang lain menjadi unsur-unsur DNA yang melangsungkan replikasi se¬cara swatantra, seperti plasmid bakteri atau. DNA viral lainnya, juga merupakan ancaman. Penyebaran molekul DNA rekombinan semacam itu mungkin dapat meningkatkan terjadinya kanker atau penyakit-penyakit lain.
Namun teknik-teknik rekombinasi yang baru itu, bila dilaku¬kan dengan aman, dapat juga memecahkan masalah-masalah biolo¬gic teoretis maupun praktis. Sebagai contoh, metode DNA rekom¬binan dapat digunakan untuk mengembangkan bakteri yang dapat mensintesis bermacam-macam substansi biologic dan kimiawi yang sekarang ini belum tersedia pada Skala industri. Bakteri yang mampu menghasilkan kromosom insulin telah dilaporkan. Bakteri lain, suatu species Pseudomonas, telah dikembangkan dan dipaten¬kan karena bisa amat berguna untuk membersihkan tumpahan minyak. (Tetapi bagaimana bila bakteri itu tersasar ke dalam su¬mur minyak?). Pengaruhnya pada pertanian juga dapat dipikirkan. Kita mengetahui pentingnya penambatan nitrogen oleh prokariota dalam peningkatan kesuburan tanah. Gen untuk fiksasi nitrogen (nif) membentuk tandan pada kromosom Klebsiella pneumoniae dan dapat dipindahkan. Gen-gen tersebut dapat terpadu ke dalam atau bersegregasi dari DNA kromosom maupun plasmid, dan plas¬mid yang mengandung nif dapat memperoleh sifat-sifat baru mela¬lui rekombinasi. Karena itu kini terbuka kemungkinan-kemung¬kinan yang amat menarik untuk mempersiapkan bakteri penambat nitrogen yang baru, dengan menggunakan gen nif yang didasarkan pada plasmid yang dikaitkan dengan aktivitas faktor seks. Selan¬jutnya, bahkan mungkin dapat mengubah genom tumbuh-tumbuh¬an yang ada dengan memanfaatkan gen bakteri pada plasmid dan membuat tumbuh-tumbuhan itu sendiri mampu menambat nitro¬gen.
Beberapa ilmuwan bahkan sedang memikirkan dengan sung¬guh-sungguh untuk mengobati penyakit-penyakit temurun pada manusia dengan cara mengganti gen-gen yang "jelek" dengan yang normal. Kisaran yang lugs penyakit temurun dapat diobati dengan mengganti gen selagi penyakit tersebut menampakkan diri pada berbagai tingkatan kehidupan. Bahkan jika suatu penyakit temurun didiagnosis in utero (ketika dikandung), maka sel-sel janin mungkin dapat diprogramkan kembali di dalam kandungan. Jadi, kita lihat bahwa prospek masa depan rekayasa genetika bisa menjadi amat gemilang, sekalipun berbahaya bila tidak diawasi. Bagaimanapun juga bidang ini harus dijelajahi dengan disertai tindakan-tindakan pencegahan yang semestinya. Banyak negara kini mempunyai garis-garis pedoman mengenai pengurungan re¬kombinan secara biologic dan fisik, banyak mikrobiologiwan menganggap garis-garis pedoman semacam itu memberikan taraf keamanan yang cukup bagi percobaan-percobaan DNA rekombi¬nan.






























III. KESIMPULAN

Sandi genetis dibawa oleh DNA dan dihantarkan dari generasi ke generasi melalui.Teplikasi DNA. Pengungkapan arti dan penggu- naan sandi genetisldi dalam produksi protein, yang esensial bagi pertumbuhan dan kegia-tan sel, menyangkut dua tahap yaitu transkripsi dan translasi. Transkripsi ialah pemindahan informasi dari DNA ke RNA, data translasi adalah penerjemahan informasi ini dari RNA menjadi protein.
Masih banyak : lagi yang harus ditemukan mengenai proses- \proses yang lebih-rumit yang berkenaan dengan replikasi DNA, transkripsi,, dart translasi misalnya saja fungsi yang tepat beberapa enzim. Setiap asam amino di dalam suatu protein disandikan oleh sebuah triplet basa atau kodon, dan sebelum ini kita yakin bahwa setiap untai kodon hanya dibaca satu arah. Tetapi, telah ditemukan sebuah: gen di dalam kromosom bakteriofage OX 174 yang dibaca dua arah dan dengan demikian menghasilkan dua protein yang sama sekali berbeda. Penemuan ini didorong oleh adanya perbedaan antara jumlah DNA yang dikandung di dalam bakteriofage dari jumlah protein yang disintesisnya. Dengan per¬kataan lain, jurnlalt DNA yang ada tidak cukup untuk mensintesis sepuluh protein berbeda yang disandikan oleh virus, menurut kaidah tradisional “satu gen-sane protein”. Ternyata bahwa gen untuk satu protein seluruhnya terkemas di dalam gen yang menja¬dikan protein lain. Tegasnya, gen pertarna itu sama dengan 60 per¬son terakhir gen keduai, Kedua gen tersebut juga dibaca menurut urutan yang berbeda. Gen yang lebih kecil dibaca dalam suatu urutan yang tergeser sebanyak satu kerangka.
Ditemukannya gen-gen bertumpang-tindih ini meruntuhkan konsepsi satu gen satu protein. Masih harus diamati seberapa luasnya penyebaran gen-gen bertumpang-tindih ini di antara sePsel hidup dan virus, Penemuan-penemuan semacam akan membawa kepada pengetahuan yang lebih dalam mengenai bagaimana akti¬vitas selular dikendalikan.
Transformasi
Transformasi ialah proses pemindahan DNA bebas sel atau "bugil" yang mengandung sejumlah terbatas informasi DNA, dari satu set ke set yang lain. DNA tersebut diperoleh dari set donor melalui lisis set alamiah atau dengan cara ekstraksi kimiawi. Begitu DNA diambil oleh set resipien, maka terjadilah rekombinasi- Bakteri yang telah mewarisi penanda dari set donor tersebut telah tetrans¬formasi. Jadi, bakteri-bakteri tertentu, bila ditumbuhkan dengan diberi sel-sel coati, filtrat biakan, atau ekstrak set suatu galur yang berkerabat dekat, maka akan memperoleh dan Uu memindah¬sebarkan ciri-ciri dari galur yang sekerabat tersebut. Fenomena ini digambarkan pada Gambar 17-18, yang memperlihatkan trans¬formasi pneumokokus tipe II menjadi pneumokokus tipe II. "Penyebab transformasi" ini dikenali sebagai DNA oleh Avery, Macleod, dan McCarty dalam tahun 1944. Mereka mendefinisikan DNA sebagai substansi kimiawi yang menyebabkan sifat menurun..Bakteri yang telah ditransformasikan meliputi spesies-spesies dalam genus Bacillus, Haemophilus, Neisseria, dan Rizobium.
Setelah masuknya DNA ke dalam sel, satu utas dengan segera dirombak oleh enzim deoksiribonuklease, sedangkan utasan lain¬nya mengalami perpasangan basa dengan bagian yang homologue pada kromosom set resipien, lalu menjadi terpadu ke dalam DNA resipien Karena perpasangan basa komple¬menter berlangsung antara satu Was fragmen DNA donor dan suatu daerah khusus pada kromosom resipien, maka banyalah ga¬lur-galur bakteri yang berkerabat dekat dapat ditransformasikan.
Sifat sel resipien. Kondisi yang sesuai untuk pengambilan DNA donor ke dalam sel-sel resipien terjadi hanya selama Ease pertumbuhan logaritmik. Selama periode ini, bakteri yang dpat ditransformasikan itu disebut kompeten untuk mengambil dan menggabungkan DNA donor. Biakan yang kompeten mungkin menghasilkan faktor protein ekstraseluler yang rupanya bertindak dengan cara mengikat atua menjerat fragmen-fragmen DNA donor pada situs-situs khusus pada permukaan bakteri.
Pentingnya transformasi sebagai mekanisme perubahan gene¬tic secara alamiah diragukan. Mungkin proses tersebut terjadi me¬nyusul terjadinya lisis suatu mikrobe dan penglepasan DNAnya ke lingkungan sekitarnya. Boleh jadi transformasi antara galur¬galur bakteri dengan virulensi rendah dapat menyebabkan timbul¬nya sel-sel tertransformasi dengan virulensi tinggi. Dalam hal yang many pun, fenomena transformasi telah terbukti sangat ber¬guna dalam penelitian-penelitian genetic bakteri di laboratorium, terutama dalam memetakan kromosom bakteri (karena frekuensi transformasi dua gen pada waktu yang sama merupakan peturijuk
Bakteri mampu menyimpan dan meneruskan informasi genetic kepada keturunannya seperti halnya organisme lain. Disamping mewariskan ciri-cirinya, bakteri juga mempertunjukkan keragaman yang berkaitan dengan genotipe dan fenotipenya. Perubahan fenotipe dapat disebahkan oleh pengaruh lingkungan atau mutasi di dalarn genomnya. Mutasi pada peringkat molekular misalnya ialah mutasi titik dan mutasi pergeseran kerangka. Set mengan¬dung enzim-enzim khusus yang dapat memperbaiki DNA yang rusak.
Ada tiga tipe utama pemindahan gen pada rekombinasi bak¬teri, yaitu konjugasi, transduksi, dan transformasi. Konjugasi bergantung pada kontak antar set dan diatur oleh faktor seks, yaitu episom. Unsur-unsur ekstrakromosom lain meliputi plasmid seperti misalnya faktor pemindah resistensi. Transduksi adalah semacam pernindahan gen, dalam hal ini DNA donor dibawa dari set donor ke set resipien di dalam faga. Pada transformasi, sepotong DNA bugil diambil oleh set resipien.
Sejak 1973 telah tersedia teknik-teknik untuk melakukan rekayasa genetika Bel-Bel bakteri. Dengan teknik-teknik ini, gen dapat dipindahkan melintasi jalur spesies dan mengakibatkan terciptanya mikroorganisme baru yang telah mengalami peran¬cangan kembali.
Masa depan genetika molekular tetap menggairahkan seperti yang telah terjadi selama sertahun-tahun. Misalnya Baja, dite¬mukannya gen-gen yang bertumpang-tindih. Sembilan tahun, Har Gobind Khorana dan kawan¬kawan berhasil mensintesis gen DNA pertama yang lengkap (tan berfungsi, yang menggabungkan tirosin dalam sintesis protein di laboratorium. Selanjutnya, para peneliti kini telah menemukan bukti bahwa pada molekul DNA terdapat "kerja dari kejauhan". Artinya, suatu protein akan terikat pada DNA di satu tempat, dan hat ini akan mempengaruhi, ekspresi gen pada posisi yang berjauhan. Dengan demikian, DNA merupakan molekul yang jauh lebih "aktif" daripada konsepsi yang sekarang ada dan mekanisme pengendalian ekspresi gen mungkin lebih tidak kentara daripada yang dibayangkan sebelumnya. Dalam rekayasa genetika, teknologi DNA rekombinan menempatkan pada lengan manusia kemampuan untuk merancang kembali organisme hidup, yang sampai sekarang ini hanya mungkin terjadi melalui proses evolusi yang sangat lambat. Organisme-organisme baru hasil ciptaan semacam itu akan memperbanyak diri dan permanen. Sejauh ini, hanya set bakteri yang merupakan resipien bagi gen-gen baru dari spesies lain. Pada masa yang akan datang mungkin sekali molekul DNA virus hewan yang sederhana akan digunakan untuk memindahkan DNA baru ke. dalam set hewan. Semua kemungkinan ini mempu¬nyai implikasi yang dahsyat Serta akibat-akibat yang tidak dapat diramalkan.

































MAKALAH
DASAR – DASAR MIKROBIOLOGI

GENETIKA MIKROBIAL


OLEH :

ILHAM FAUZI M.SRG/ 0704121063
DESLI ANGGUN/0704121201
KRISMAN ALBERTO GINTING/070412
ANDIT/070412












FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU
2008