PEMANFAATAN MITOKONDRIA DALAM PENELUSURAN HUBUNGAN KEKERABATAN SUATU ORGANISME

PEMANFAATAN MITOKONDRIA DALAM PENELUSURAN HUBUNGAN KEKERABATAN SUATU ORGANISME

MITOCHONDRIA UTILIZATION IN SEARCH OF A KINSHIP ORGANISMS

Aan Fitriana. Dr. H. Moch. Agus Krisno Budiyanto M.Kes

Program Studi Pendidikan Biologi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Muhammadiyah Malang

ABSTRACK

Mitochondria are organelles typical one of which has a number of features that are not owned by the other organelles. Mitochondria have their own genetic material, although most of the genetic information for the biogenesis and f ngsi Genon mitochondria lies precisely in the nucleus. Some researchers such as Avis and Lansman (1983). Brown (1983). and Bourrsot (1985) reveals a major role of mitochondrial DNA (mtDNA) in the study of genetic diversity and population biology. It is shown from polimorfismenya a high degree, a clear relationship between the constituent base substitution polymorphisms with genonnya. Some of the things that support the use of mt DNA as a marker of mitochondrial genetic diversity tracing kinship in an organism that is: Mitochondrial DNA is present in high copy number. This high amount of coffee that makes it easy to be isolated and purified for various analysis purposes genon, Mitochondrial DNA is a relatively small size (14-39 kb) that can be studied as a unified whole, the parts of the mitochondrial genon berevolui with different speeds, Animal mitochondrial DNA, has no introns or spacers are sized besarantar gennyadan mitikondria DNA is specific because diturunnkan through the female parent without recombination. The use of mitochondrial DNA as a marker tracing kinship relationships in an organism can provide qualitative information quantitatively mauou. Keragarnan genetics studies based on the differences and similarities intetspesifik mtDNA can produce filogenik reconstruction of some species close to each other. It can be concluded mitikondria DNA has many special properties and positive that can be used as genetic markers tracing kinship of an organism. Key words: Mitochondria, search Kinship, Organisms

ABSTRAK

Mitokondria merupakan salah satu organela khas yang memiliki sejumlah ciri yang tidak dimiliki oleh organela yang lainnya. Mitokondria memiliki materi genetik sendiri , meskipun sebagian besar informasi genetik bagi biogenesis dan f ngsi mitokondria justru terletak di Genon nukleus. Beberapa peneliti seperti Avis dan Lansman ( 1983). Brown (1983). dan Bourrsot (1985) mengungkapkan peran yang besar dari DNA mitokondria (mtDNA) dalam studi keragaman genetik dan biologi populasi. Hal ini ditunjukkan dari derajat polimorfismenya yang tinggi, hubungan yang jelas antara polimorfisme dengan substitusi basa penyusun genonnya. Beberapa hal yang mendukung penggunaan mt DNA mitokondria sebagai penanda penelusuran hubungan kekerabatan keragaman genetika pada suatu organisme yaitu : DNA Mitokondria terdapat dalam jumlah kopi yang tinggi. Jumlah kopi yang tinggi ini menjadikan nya mudah diisolasi dan dipurifikasi untuk berbagai keperluan analisis genon, ukuran DNA Mitokondria relatif kecil (14-39 kb) sehingga dapat dipelajari sebagai satu kesatuan yang utuh, bagian-bagian dari genon mitokondria berevolui dengan kecepatan yang berbeda-beda, DNA mitokondria hewan tidak memiliki intron ataupun spacer yang berukuran besarantar gennyadan DNA mitikondria bersifat khusus karena diturunnkan melalui induk betinanya tanpa mengalami rekombinasi. Penggunaan DNA mitokondria sebagai penanda penelusuran hubungan kekerabatan pada suatu organisme dapat memberikan informasi secara kuantitatif mauou kualitatif. Studi keragarnan genetika intetspesifik berdasarkan perbedaan dan persamaan mtDNA dapat menghasilkan rekonstruksi filogenik dari beberapa spesies yang saling berdekatan.. Dengan demikian dapat disimpulkan DNA mitikondria memiliki banyak sifat khusus dan positif yang dapat dijadikan sebagai penanda genetik penelusuran kekerabatan suatu organisme Kata Kunci : Mitokondria, Penelusuran Kekerabatan, Organisme

PENDAHULUAN

Mitokondria Merupakan salah satu organela sel yang bertanggung jawab dalam metabolisme aerobik pada sel-sel eukariot. Salah satu fungsi dari mitokondria adalah melakukan oksidasi. Energi yang dilepas dari hasil oksidasi tersebut digunakan untuk mensinteis ATP. Jumlah mitokondria dalam sebuah sel tergantung pada kebutuhannya terhadap energi yang di perlukan. Menurut Yaffe, bentuk eksternal dari mitikondria sangat berfariasi walaupun kebanyakan mitokondria memiliki bentuk lonjong. Organela tersebut seringkali ditemukan pada jaringan retikular, meskipun demikian organisasi struktur internalnya sangat terkonservasi. Mitokondria memiliki memran luar yang halus sedangkan membran dalamnyasangat berlekuk-lekuk. Membran luar mitokondria berpori-pori sehingga sehingga dapat dilewati oleh banyak molekul sementara memran dalamnya sangat impermeabel dan banyak memiliki protein trasnporsoesifik yang menyebabkan molekul-molekul tertentu dapat keluar memasuki matriks mitokondria. Mitokondria merupakan salah satu organela khas yang memiliki sejumlah ciri yang tidak dimiliki oleh organela yang lainnya. Mitokondria memiliki materi genetik sendiri , meskipun sebagian besar informasi genetik bagi biogenesis dan fungsi mitokondria justru terletak di Genon nukleus. Selain hal tersebut mitokondria juga mengimpor protein-protein yang dispesifikasi oleh DNA dari nukleus. Berikut merupakan gambar bentuk dari Mitokondria

1.1. Gambar Mitikondria

Ajaran untuk mempelajari hal-hal yang terkecil tercantum dalam surat Al-Baqarah Ayat: 164

Artinya: Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, silih bergantinya malam dan siang, bahtera yang berlayar di laut membawa apa yang berguna bagi manusia, dan apa yang Allah turunkan dari langit berupa air, lalu dengan air itu Dia hidupkan bumi sesudah mati (kering)-nya dan Dia sebarkan di bumi itu segala jenis hewan, dan pengisaran angin dan awan yang dikendalikan antara langit dan bumi; sungguh (terdapat) tanda-tanda (keesaan dan kebesaran Allah) bagi kaum yang memikirkan. Selain pada surat Al-Baqarah ayat 164 juga terdapat dalam surat Al-Furqan.

Artinya : Yang kepunyaan-Nya-lah kerajaan langit dan bumi, dan Dia tidak mempunyai anak, dan tidak ada sekutu bagi-Nya dalam kekuasaan(Nya), dan dia telah menciptakan segala sesuatu, dan Dia menetapkan ukuran-ukurannya dengan serapi-rapinya. Dalam surat tersebut Allah menjelaskan bahwa dimuka bumi terdapat berbagai jenis hewan dari ukuran mikro sampai dengan ukuran makro. Sesungguhnya dari hewan yang berukuran mikro tersebut terjadi berbagai proses kehidupan yang bermanfaat bagi lingkungan sekitarnya.

PEMBAHASAN

Teori endosimbiosis Lynn Margulis, seorang ahli mikrobiologi kenamaan, adalah yang pertama menetuskan hipotesis endosimbiosis untuk menjelaskan asal-usul mitrokondria, Saat ini, hipotesis ini telah diterima segabagai fakta dalam dunia sains, meskipun banyak aspek yang perlu diteliti mengenainya. Oleh karena itu hipotesis tersebut telah bisa disebut sebagai “ Teori”. Pada dasarnya, teori endosimbiosis menyatakan bahwa organel-organel utama eukariota yaitu mitokondria dan kloroplas, berasal dari simbion-simbion inangnya. Hal ini dibuktikan oleh penelitian mengenai rRNA dan data-data molekuler lainnya. (Pace,1997). Teori tersebut menjelasskan asal usul mitokondria seperti pada gambar berikut ini :

1.2. Gambar Proses Endosimbiosis

Beberapa sel purba dapat mengingesti (menelan) partikel-partikelmakanan melalui invaginasi (pelekukan ke dalam) endositik dari memran plasmanya. Barangkali ada setidaknya sebuah sel pencari makanan berukuran besar dan mampu berfermentasi dengan menelan satu atau lebih bakteri respirasi keail namun tidak menelannya. Endosimbiosis dapat bertahan hidup pada lingkungan yang kaya akan nutrisidan dapat bersembunti dari sel predator. Sebaliknya, sel-sel pencari makan mendapatkan keuntungan energi dari respirasi oksidatif melebihi selfermentasi. Keuntungan-keuntungan komlementer tersebut kemudian berevolusi menjadi sebuah hubungan simbiosis (hidup bersama) sampai kesuatu titikdamana salah satu entitas tidak dapat hidup tanpa entitas lainnya. Proses penggabungan sel inang dan endosimbiosis-endosimbiosisnya tersebutdi duga telah memunculkan mitokondria pada sel-sel eukariotikmodern setidaknya1,5 Milyar tahun yang lalu (Stansfield dkk. 2003) Teori endosimbiosis dapat pula digunakan unntuk menjelaskan berbagai ciri dari mitokondria seperti yang diungkapkan oleh (Madigan dkk. 1999 dan Stansfield 2003)

1. Mitokondria dan juga kloroplas mempunyai ukutan yang kira-kira mirip dengan bakteri.

2. Genonnya terdapat didalam sebuah molekul sirkuler kovalen tertutup tunggal tanpa hison, seperti bakteri.

3. Kedua orgenel tersebut bereproduksi secara aseksual melalui pertumbuhan dan pembelahan biner, Sintesis mitokondria berlangsung secara otonom terdapat nucleus dan sel, sehingga dalam satu sel banyak ditemukan mitokondria.

4. Mitokondria dan kloroplas memiliki ribisom sendiri.Ribosom yang terdapat pada organel tersebut mempunyai bentuk dan ukuran yang serupa dengan ribosom bakteri. Ribosom bakteri, mitokondriakloroplas maupun prokariotaberukuran 70S, 70S merupakanciri kahs prokariota.

5. Sintesis protein pada mitokondria dan kloroplas dihambat oleh berbagai antibiotik yang menginaksifasi ribosom bakteri, namun hanya mempunyai efek yang kecil pada ribosom sitoplasma eukarioik.

6. Polipeptida yang baru dibentuk pada bakteri, mitokondria dan kloroplas mempunyai N-formilmetionin pada amnionnya.

7. Genon mitokondriadan kloroplas mengkodekan molekul tRNA dan rRNA bsgi system-sistem proteinya sendiri.

8. Kudua organel tersebut mempunyai memran ganda, merman dalamnya menyerupai mebran plasma endosimbion nenek moyang sedangkan merman luarnya mempresentasikanmemran plasma emran plasma sel inang pencari makannya. Sesuai dengan teori endosimbiosis, mitokondria telah kehilangan sebagian gennya dalam adaptasi bersama sel iangnya. Proses adaptasi tersebut melibatkan transver kebanyakan gen-gen pada bakteri endisimbion kedalam nucleus sel inang.Proses transver tersebut merupakan preoses evolusioner yang terus berlangsung karena, beberapa peneliti menunjukkan bahwa pada masa yang relatifibaru telah terjadi transver informasi genetik pada beberapa jenis tumbuhandari mitokondria ke genon nukleus, termasuk gen-gen rantai respiratoris dan gen-gen protein ribosomal yang penting. DNA Mitokondria

1.3. Gambar DNA Mitokondria

Mitokondria miliki molekul DNA tersendiri dengan ukuran kecil yang susunannya berbeda dengan DNA inti. Setiap sel rnengandung satu sampai ratusan mitokondria. DNA mitokondria memrupakan DNA utas ganda yang berhentuk sirkuler. Ukuran dan sekuen DNA dari genom mitokondria telah diungkapkan, misalnya pada mencit. Ukuran ganom mitokondria hewan berkisar dari 14,000-39,000. Terlihat bahwa ukuran genom mitokondria minimum yaitu untuk : yaituntukberfungsinya mitokondria hewan multiseluler adalah 14,000 pasangan basa. Ukuran genom mitokondria relatif sangat kecil bila dibandingkan dengan ukuran genom intinya. Karena ukuran genomnya yang relative kecril ini maka genon ini dapat dipelajari secara menyeluruh sebagai suatu unit tersendiri. Genom mitokondria tumbuhan jauh lebih besar dan bahkan sampai puluhan kali ukuran genom mitokondria hewan. 117-2.400 kh. Beberapa peneliti seperti Avis dan Lansman ( 1983). Brown (1983). dan Bourrsot (1985) mengungkapkan peran yang besar dari DNA mitokondria (mtDNA) dalam studi keragaman genetik dan biologi populasi. Hal ini ditunjukkan dari derajat polimorfismenya yang tinggi, hubungan yang jelas antara polimorfisme dengan substitusi basa-basa penyusun genomnya. dan lain-lain. Menurut Gray dkk. Berdasarkan data yang dikumpulkan pada database informasi genetika mitokondria, mitokondria kini dapat dibedakan menjadi dua tipe dasar yaitu Ancestral (genon yang mememilki sisa-sisa yang jelas dari nenek moyang eubakterianya) dan turunan ( derivet). Genon pola ancestral dicirikan dengan :

1. Keberadaan gen yang tidak ditemukan pada DNA Mitokondria (mtDNA) hewan.

2. Gen-gen rRNA yang menyediakan rRNA 23, 16S, dan 5 S seperti yang dimiliki eubakteria 1. Pengemasan informasi genetik secara ketat dalam genon yang sebagian besarnya hanya terdiri dari sekuen penyandi, tanpa ada intron ataupunjika ada hanya sedikit.

2. Klutser-klutser gen mirip dengan gen yang dimiliki eubakteria.

3. Suatu genetik standard (universal) Prinsip dan ekstraksi DNA mitokondria ialah memisahkan sitoplasma dari intinnya dengan sentrifugasi rendah sehingga hanya didapatkan mitokondrianya saja. Untuk menghindari kontaminasi DNA dari inti. Maka dilakukan penambahan DNAase sebelum dilakukan lisis dengan larutan tertentu (misalnya larutan Ditergen) dan proteinnya dihilangkan dengan fenoldan kloroform serta kemudiandisentrifugasi dengan kecepatan tunggi seperti Cscl. Teknik yang kedua yaitu dengan memisahkan molekul-molekul RNA inti dan DNA mitokondria dalam lapisan yang berbeda. Beberapa metode yang dikerjakanoleh lansman dan Boursot memberikan hasil yang baik untuk menganalisis genon mitokondria. Analisis DNA Mitokondria Analisis DNA Mitokondria dapat dilakukan dengan beberapa 2 teknik eksplorasi. Teknik yang digunakan antara lain yaitu, teknik eksplorasi yang pertama dimanfaatkan oleh para Biologiawan untuk menggali informasi yang terkandung dalam genon mitokondria. Teknik Eksplorasi ini didasarkan pada sekuen-sekuen basa penyusun genon mitokondria. Hal ini dapat memberikan informasi yang sangat lengkap mengenai urutan basa-basanya. Namun cara seperti ini membuthkan biaya dan tenaga yang sangat besar. Alternatif yang lebih efesien dari dari teknik yang pertama yaitu Analisis hanya bagian tertentu dari genon mitokondria. Berkat penemuan Saiki et al. Mengenai amplifiksi DNA dengan PCR (Polymerase Chain Reacriotr), analisis genon mitokondria secara parsial dapat dilakukan ddengan mudah. Teknik eksplorasi yang ke dua didasarkan pada penggunaan enzim retriksi untuk membandingkan genon mitokkondria antar individu maupu takson. Perbedaan genon mitkondria dapat dibandingkan nanya dengan perbandingan jumlah dan ukuran fregmen-fragmen yang dipotong oleh enzim retriksi tersebut. Variasi yang dihasilkanoleh perbedaan panjang fragmen yang dipotong oleh enzim retriksi ini dikenal sebagai Retriction Fregmen Length Polimorphsm ( RFLP). Pendekatan ini relative sederhana dan mampu memberikan informasi dari semua dari bagian genon mitokondria. Setiap situs retriksi dapat dipetakan dari molekul DNA mitokondria sehingga menghasilkan peta situs retriksi DNA Mitokondria. Pemilihan DNA Mitokondria Sebagai Hubungan Kekerabatan Beberapa hal yang mendukung penggunaan mtDNA mitokondria sebagai penanda hubungan kekerabatan keragaman genetika pada suatu organisme yaitu

1. DNA Mitokondria terdapat dalam jumlah kopi yang tinggi. Jumlah kopi yang tinggi ini menjadikan nya mudah diisolasi dan dipurifikasi untuk berbagai keperluan analisis genon.

2. Ukuran DNA Mitokondria relatif kecil (14-39 kb) sehingga dapat dipelajari sebagai satu kesatuan yang utuh.

3. Bagian-bagian dari genon mitokondria berevolusi dengan kecepatan yang berbeda-beda. Diketahui bahwa tingkat evolusi dari suatu gen atau bagian dari DNA merupakan factor penting yang menentukan penggunaan penanda DNA dalam studi sistematika dan Biogeografi. Gen-gen yang terkoservasi dengan baik dapat dijadikan sebagai dasar asal muasal (ancient taxa), sedangkan gen-gen yang tak terkonservasi dengan baik yaitu gen-gen yang berevolusi dengan cepat dan dapat digunakan untuk perbandingan galur-galur baru. (Simon,1999)

4. DNA mitokondria hewan tidak memiliki intron ataupun spacer yang berukuran besarantar gennya. Hal inilah yang menyebabkan ukuran mitokondria hewan lebih keci dibandungkan dengan genon mitikondria pada tanaman.

5. DNA mitikondria bersifat khusus karena diturunnkan melalui induk betinanya tanpa mengalami rekombinasi. Akibatnya afinitas genetik yang diatur oleh genon mitikondria merupakan refleksi dari PhylogeniMatriarcale .

6. DNA mitokondria sangat polimorf, baik utuk intra populasi maupun interspesies. Penggunaan DNA Mitokondria Sebagai Penelusuran Hubungan Kekerabatan Organisme Penggunaan DNA mitokondria sebagai penanda penelusuran hubungan kekerabatan pada suatu organisme dapat memberikan informasi secara kuantitatif mauou kualitatif. Penggunaan penanda mtDNA pada tikus jenis Peramiscus manniculatus menunjukkan srukturisasi geografik dan polimorfisme yang besar dari populasinya (Avis et al., 1979; Lansman et nl., 1981). Penggunaan penanda yang sama mencit jenis Mus spretus di daerah AfrikaUtara, Spanyol, dan Pemncis Slatan mznunjukkan adanya diferensiasi geografik untuk genom mitokondria. Oleh karena mtDNA berevolusi sangat cepat maka dapat digunakan untuk melacak kejadian yang relatif baru seperti pada studi hibridisasi alarni antara dua subspizs. Pada mencit Eropa (Mus musculus domesticus dan Mus tnusculus musculus), introgresi alel-ale1 dari grup satu terhadap lainnya menunjukkan ha1 yang lebih menonjol untuk genom mitokondria dibandingkan untuk genom inti (Boursot et 01.. 1984). Hal yang sama terlihat pada afrikanisasi lebah-lebah di Benua Amerika yaitu adanya intrograi gen dari lebah afrika, Apis melliJercc scutellnm, terhadap Iebah eropa, Apis ntellijicra rneIli/ercr (Smith et nl., 1989). DNA mitokondria bersifat khusus yaitu diturunkan melalui induk betina tanpa mengalami rekombinasi. Adanya sifat tersebut dapat digunakan untuk suatu sel konstitusi historik dari genealogi matrilinier suatu spesies maupun antar populasi yang ada. Pada lebah, semua keturunan dari ratu yang sama membawa DNA mitokondria yang sama sehingga individu-individu hibrid yang ada tidak membawa campuran mtDNA parental. Hibrid tersebut hanya rnengandung mtDNA dari induk betinanya. Keadaan tersebut sangat berguna untuk mempelajari dan mengamati asal muasal dan biologi populasi suatu hibrid. Berikut merupakan Gambar Skema Penurunan Sifat Mitokondria

1.4 Gambar Skema Penurunan Sifat Mitokondria

Studi keragarnan genetika intetspesifik berdasarkan perbedaan dan persamaan mtDNA dapat menghasilkan rekonstruksi filogenik dari beberapa spesies yang saling berdekatan. Dengan demikian. berdasarkan penanda serta proses terjadinya pemecahan dari spesies yang satu terhadap yang lainnya. Dan dapat disimpulkan DNA mitokondria memiliki banyak sifat khusus dan positif yang dapat dijadikan sebagai penanda genetik penelusuran kekerabatan suatu organisme sehingga memiliki manfaatnya untuk study keragaman genetika dan biologi populasi .

KESIMPULAN

• MitokondriaMerupakan salah satu organela sel yang bertanggung jawab dalam metabolisme aerobik pada sel-sel eukariot.

• Pada dasarnya, teori endosimbiosis menyatakan bahwa organel-organel utama eukariota yaitu mitokondria dan kloroplas, berasal dari simbion-simbion inangnya

• Mitokondria miliki molekul DNA tersendiri dengan ukuran kecil yang susunannya berbeda dengan DNA inti.

• Analisis DNA Mitokondria dapat dilakukan dengan beberapa 2 teknik eksplorasi.

• Penggunaan DNA mitokondria sebagai penanda penelusuran hubungan kekerabatan pada suatu organisme dapat memberikan informasi secara kuantitatif maupun kualitatif.

• DNA mitikondria memiliki banyak sifat khusus dan positif yang dapat dijadikan sebagai penanda genetik penelusuran kekerabatan suatu organisme sehingga memiliki manfaatnya untuk study keragaman genetika dan biologi populasi .

DAFTAR PUSTAKA

Anderson, S.,M.H.L. de Bruijn, A.R. Coulson, I.C.Eperon, E Sager, andI.G.Young.1982.CompleteSequence of Bovine Mitochondrial DNA.

J. Mol. Biol.156:683-7 17 Bibb, M. J., R.A. van E t t e n , C.T. Wright, M. W. Walberg, anddD.A.Clayton.1981.SequenceandGeneOrgPnizetionofMouseMitochondrial DNA. Cell 26: 167- 1 80.

Berlilin, 2010. Semua tentang kehidupan.http://photographinyourlife.blogspot.com/2010/02/thalasemia-mayor-minor.html.

Campbell, J. (1988) Eukaryotic DNA replication: yeast bares its ARSs. Trends Biochem. Sci. 13,212-217.

Newton, K. J. 1988. Plant MitochondrialGenomes:Organization, Expression, and Variation. Antru. Rev. Plant Physiol. Platit. Mol. Biol39: 503-532. Saiki,R.K.,D.H. Gelfand, S. StotTel S. Schur “;.R.Higushi, G.T. Horn

K.B.Mullis,andH.A.Erlich.1988.PrimerdirectedEnzymaticAmplificationofDNAwithaThermostableDNAPolymerase.Sciclttcc~239:487-491 http://bebas.ui.ac.id/v12/sponsor/SponsorPendamping/Praweda/Biologi/0153%20Bio%203-7e.htm

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: