Sifat Fisik dan Kandungan Genom Mitokondria dan Kloroplas dan Kaitannya Dengan Hipotesis Tentang Asal Genom Organel

Ringkasan

Kloroplas adalah organel skunder yang hanya ditemukan pada tumbuhan dan protisata yang berfotosintesis, dan mereka mampu melakukan fotosintesis di sel. Kloroplas memiliki dinding ganda yang melindungi bagian dalam, klorofil tediri dari struktur lameral protein dan kaya akan stoma. Seperti halnya mitokondria, mereka memiliki genom mereka sendiri.

Struktur dari genom kloroplas sama dengan struktur genom mitokondria. Seperti diketahui, DNA tersusun atas utas ganda, berpilin dan terdiri dari struktur proten. DNA kloroplas lebih besar dari pada DNA mitokondria hewan, dengan ukuran antara 80 kb hingga 600 kb.

Genom kloroplas terdiri dari dua gen, pada setia koroplas terdapat RNA ribosom (16 S; 23 S; 4,5 S; 5 S). Berbeda dengan DNA mitokondria yang hanya memiliki 1 tiruan gen. Genom juga terdiri dari gen untuk RNA transfer, dan gen untuk yang lainnya. Tetapi tidak semuannya, susunan protein untuk transkripsi dn translasi dari gen yang sudah ditandai dalam kloroplas (seperti protein ribosom, sub unit RNA polimerase, dan faktor-faktor translasi) atau untuk proses fotosintesis. Intron ditemukan pada beberapa, tetapi tidak semua pada kode protein dan RNA transfer pada DNA kloroplas. Protein lain yang ditemukan pada kloroplas adalah gen inti (nukleus).

Gambar 1. Lingkaran Genom Kloroplas.

Genom mitokondria berbentuk sirkular tertutup berukuran 15,569 pasang basa dan terdiri atas suatu daerah kecil non-pengkode (1kb) dan daerah pengkode (16,5kb). Genom mitokondria mengkode 37 gen, yakni 13 gen pengkode polipeptida penting dalam sistem OXPHOS, 22 gen pengkode tRNA dan 2 gen pengkode rRNA yang diperlukan untuk sintesis protein mitokondria. Kebanyakan protein yang terlibat dalam OXPHOS selebihnya dikode oleh DNA inti, ditranslasi di sitoplasma, dan diimport  ke dalam mitokondria.

Perbedaan karakteristik genom mitokondria dengan genom inti secara keseluruhan terangkum dalam tabel berikut.

Characteristic

Nuclear genome

Mitochondrial genome

Size

~3.3 x 109 bp

16,569 bp

Number of DNA molecules per cell

23 in haploid cells; 46 in diploid cells

Several thousand copies per cell (polyploidy)

Number of genes encoded

~20,000–30,000

37 (13 polypeptides, 22 tRNAs and 2 rRNAs)

Gene density

~1 per 40,000 bp

1 per 450 bp

Introns

Frequently found in most genes

Absent

Percentage of coding DNA

~3%

~93%

Codon usage

The universal genetic code

AUA codes for methionine; TGA codes for tryptophan; AGA and AGG specify stop codons

Associated proteins

Nucleosome-associated histone proteins and non-histone proteins

No histones; but associated with several proteins(for example, TFAM) that form nucleoids

Mode of inheritance

Mendelian inheritance for autosomes and the X chromosome; paternal inheritance for the Y chromosome

Exclusively maternal

Replication

Strand-coupled mechanism that uses DNA polymerases α and δ

Strand-coupled and strand-displacement models; only uses DNA polymerase γ

Transcription

Most genes are transcribed individually

All genes on both strands are transcribed as large polycistrons

Recombination

Each pair of homologues recombines during the prophase of meiosis

There is evidence that recombination occurs at a cellular level but little evidence that it occurs at a population level

Tabel 1. Perbedaan karakteristik genom mitokondria dengan genom inti.

Gambar 2. Komponen Genom mitokondria dan inti manusia.

Mitokondria merupakan tempat berlangsungnya respirasi seluler, yang melibatkan oksidasi nutrien menjadi CO2 dan air dengan membebaskan molekul ATP. Secara evolusi organel ini berasal dari simbion-simbion prokariotik yang tetap mempertahankan beberapa DNA, RNA, dan mesin sintesis proteinnya. Meskipun demikian, sebagian besar proteinnya disandi oleh DNA di dalam nukleus. Sementara itu, kloroplas merupakan tempat berlangsungnya proses fotosintesis pada tumbuhan  dan alga. Pada dasarnya kloroplas memiliki struktur yang menyerupai mitokondria dengan sistem membran tilakoid yang berisi klorofil. Seperti halnya mitokondria, kloroplas juga mempunyai DNA sendiri isehingga kedua organel ini sering dinamakan organel otonom.

Species Type of organism Genome size (kb)
Mitochondrial genomes
Plasmodium falciparum Protozoan (malaria parasite) 6
Chlamydomonas reinhardtii Green alga 16
Mus musculus Vertebrate (mouse) 16
Homo sapiens Vertebrate (human) 17
Metridium senile Invertebrate (sea anemone) 17
Drosophila melanogaster Invertebrate (fruit fly) 19
Chondrus crispus Red alga 26
Aspergillus nidulans Ascomycete fungus 33
Reclinomonas americana Protozoa 69
Saccharomyces cerevisiae Yeast 75
Suillus grisellus Basidiomycete fungus 121
Brassica oleracea Flowering plant (cabbage) 160
Arabidopsis thaliana Flowering plant (vetch) 367
Zea mays Flowering plant (maize) 570
Cucumis melo Flowering plant (melon) 2500
Chloroplast genomes
Pisum sativum Flowering plant (pea) 120
Marchantia polymorpha Liverwort 121
Oryza sativa Flowering plant (rice) 136
Nicotiana tabacum Flowering plant (tobacco) 156
Chlamydomonas reinhardtii Green alga 195

Tabel 2. Ukuran Genom Mitokondria dan Kloroplas

Kedua derajat tingkat otonomi yang ditunjukan oleh kloroplas dan mitokondria, dan struktur serta corak biokimia yang mereka tunjukkan pada alga dan bakteri, sudah menunjukkan asal-usul simbiotik organel ini, dimana tidak menunjukkan dalam jumlah yang besar tetapi merupakan unsur esensial di dalam sel. Berdasarkan hipotesis ini, peran mereka dalam lingkungan telah berubah fungsi menjadi lebih sulit (Swanson and Webster, 1989).

Daftar Pustaka

Brown, T.A (2002) DNA in Genomes, 2nd ed., http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=genomes.chapter.5449 diakses tanggal 24 September 2008

Situs Terkait

    http://biomolfaunsoed.files.wordpress.com/2008/03/pendahuluan.ppt

    http://library.usu.ac.id/download/fp/pemuliaan%20tanaman-eva2.pdf

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: