View
481
Download
8
Category
Preview:
Citation preview
Mutasi Genetik
Oleh: Fredy Rodeardo Maringga, 1106050203
I. Pendahuluan
DNA adalah molekul nukleotida yang terdiri dari gula ribosa, fosfat, dan basa
nitrogen; sedangkan gen merupakan DNA yang mengandung informasi genetik untuk
diekspresikan menjadi asam amino. Akan tetapi, tidak semua DNA adalah gen. Hal ini
disebabkan adanya bagian dari DNA yang tidak mengandung informasi genetik yaitu
intron. Gen menyimpan materi genetiknya dalam pasangan sekuens nukleotida di DNA.
Penurunan hereditas tergantung pada gen yang diwariskan dari induk ke keturunnanya
saat reproduksi. Pewarisan ini terjadi dengan ketepatan yang tinggi. Walaupun demikian,
tetap ada kemungkinan terjadi mutasi spontan. Hal ini disebabkan jumlah genom sangat
banyak pada setiap kromosom haploidnya sehingga kemungkinan kesalahan dalam
pengkodean dan penerjemahan akan semakin besar. Pada pemicu dijelaskan bahwa
beberapa strain bakteri bersifat resisten pada antibiotik kolistin. Salah satu penyebab
utama timbulnya sifat resisten bakteri terhadap antibiotik disebabkan adanya mutasi
secara acak.1,2 Pada Lembar Tugas Mandiri (LTM) ini, saya akan membahas secara khusu
mengenai mutasi genetik.
II. Pembahasan
Mutasi adalah perubahan materi genetik yang dapat diturunkan. Mutasi selalu
terjadi pada setiap individu, dengan adanya mutasi maka akan muncul alel atau pasangan
dari gen-gen yang ada. Selain memberi kentungan tersebut, mutasi juga berguna untuk
meningkatkan ketahanan hidup (resisten) terhadap perubahan-perubahan yang terjadi di
lingkungan. Organisme yang memiliki fenotip hasil mutasi atau memperlihatkan variasi
baru disebut mutan.2,3
Berdasarkan ukurannya, mutasi dapat terjadi hanya pada satu basa DNA
sampai ke bagianyang lebih besar lagi, misalnya pada segmen kromosom atau yang biasa
disebut dengan aberasi kromosom. 2,3
Berdasarkan letak sel terjadinya mutasi, mutasi juga dapat dibagi dua, yaitu:
1. Mutasi germinal: pada saat sel berada dalam tahap germ-line (pada proses oogenesis
atau spermatogenesis) Mutasi ini akan diturunkan pada keturunannya.
2. Mutasi somatik: terjadi pada sel-sel somatis dan tidak diturunkan pada
keturunannya
.
Gambar 1. Mutasi Germinal dan Somatik
Mutasi juga dapat dikelompokkan berdasarkan lokasinya. Pada mutasi titik (point
mutation), mutasi hanya terjadi pada satu tempat atau bagian kecil dari DNA. Mutasi titik
dapat dibedakan menjadi:
1. Substitusi: Pasangan basa digantikan oleh pasangan basa yang lain. Misalnya, pada
pasangan basa yang normal, ada pasangan basa T-A. Pada substitusi, pasangan basa ini
digantikan oleh pasangan basa G-C sehingga hasil bacaannya juga akan berubah.
2. Delesi: Satu atau lebih pasangan basa hilang. Misalnya, pasangan basa T-A hilang
sehingga pembacaan akan bergeser atau yang disebut juga frameshift mutation
3. Insersi: Adanya penambahan satu atau beberapa pasangan basa. Penambahan ini juga
mengakibatkan terjadainya perubahan dalam pembacaan (frameshift mutation) 2,3
Gambar 2. Mutasi Titik
Mutasi yang menghasilkan fenotip baru disebut forward mutation. Mutasi yang
mengakibatkan kembalinya fenotip normal disebut reverse mutation. Ada beberapa
mekanisme terjadinya reverse mutation, yaitu:
1. Back mutation
Mutasi kedua terjadi pada tempat yang sama dengan mutasi pertama sehingga fenotip
yang muncul kembali merupakan fenotip normal.
2. Suppressor mutation
Mutasi terjadi di tempat yang berbeda dari mutasi pertama. Namun, fenotip yang
dihasilkan mutasi kedua menetralkan fenotip akibat mutasi pertama sehingga fenotip
yang muncul adalah fenotip normal. Suppressor mutation juga dapat dibagi
berdasarkan lokasi berkenaan dengan mutasi yang ditekannya, yaitu:
a. Intragenic suppressor
Mutasi pertama mengganggu fungsi normal protein, kemudian suppressor
mutation mempengaruhi protein yang sama dengan mengembalikan fungsi
normalnya.
b. Intergenic suppressor
Terdiri atas 4 jenis, yaitu:
a) Redundant function
Mutasi pertama menghambat fungsi sebuah protein, kemudian mutasi kedua
mengubah kerja protein lain untuk melakukan fungsi yang terhambat tersebut.
b) Common pathway
Mutasi yang menyebabkan defek pada sebuah protein dapat dikompensasi
oleh mutasi yang terjadi pada protein lain pada pathway yang sama.
c) Multimeric protein
Mutasi yang terjadi pada gen yang mengkodekan sebuah subunit protein dapat
dikompensasi dengan mutasi pada gen yang mengkodekan subunit berbeda
dari protein yang sama.
d) Faktor transkripsi
Mutasi pertama menyebabkan protein tertentu kehilangan fungsinya. Mutasi
kedua dapat mengubah kerja faktor transkripsi. Hal ini dapat mengakibatkan
aktifnya ekspresi dari gen-gen lain. Gen-gen ini dapat mengkodekan protein
yang dapat mengkompensasi efek yang dihasilkan oleh mutasi pertama2,3
Berdasarkan penerjemahan nukleotidanya, mutasi dibedakan menjadi:
1. Missense mutation
Kesalahan pembacaan nukloetida sehingga terjadi perubahan asam amino.
2. Silent mutation
Mutasi terjadi pada sekuens nukleotida. Namun, perubahan yang terjadi tidak
menyebabkan terjadinya perubahan pada asam amino yang terbentuk. Hal ini
disebabkan karena asam amino bersifat degeneratif, yaitu asam amino dibentuk oleh
satu atau lebih beberapa jenis triplet kodon.
3. Nonsense mutation
Mutasi terjadi dengan munculnya stop kodon saat translasi seharusnya masih
berlangsung. Hal ini menyebabkan terhambatnya ekspresi gen-gen downstream
4. Neutral mutation
Merupakan sebuah bentuk missense mutation dimana terjadi penggantian asam amino
dengan asam amino lain yang mirip secara kimiawi. Misalnya, substitusi asam
glutamat dengan asam aspartat dapat dikatakan netral karena kedua asam amino
tersebut bermuatan negatif dan memiliki struktur rantai samping yang mirip. 2,3
Berdasarkan penyebabnya, mutasi dibedakan menjadi:
1. Mutasi spontan, yaitu mutasi yang terjadi karena adanya kesalahan pada proses
biologis. Beberapa penyebab umum terjadinya mutasi spontan, yaitu:
a. Penyimpangan rekombinasi
Peristiwa crossing over yang abnormal dapat menyebabkan delesi, duplikasi,
translokasi, dan inversi
b. Penyimpangan segregasi
Peristiwa pemisahan kromosom yang abnormal dapat menyebabkan aneuploidi
atau poliploidi
c. Kesalahan pada replikasi DNA
Kesalahan DNA polymerase pada replikasi dapat menyebabkan mutasi titik
d. Transposon
Merupakan elemen (bagian/ sekuens) DNA yang dapat berpindah aktif dari satu
tempat di genom ke tempat lain. Adanya insersi transposon ini biasanya akan
mengakibatkan beberapa gen tidak berfungsi.
e. Depurinasi
Kadang, ikatan antara basa purin dengan gula deoksiribosa dapat putus secara
spontan jika bereaksi dengan air. Jika tidak diperbaiki, akan dapat berakibat pada
terjadinya mutasi. Karena tidak ada basa komplemen, satu dari 4 basa akan
ditambahkan ke region kosong dari strand baru sebagai hasil replikasi apurinic
strand
.GambarGambar 3. Depurinasi4
f. Deaminasi
Cytosine dan 5-methylcytosine dapat melakukan deaminasi secara spontan
untuk membentuk urasil atau timin. Jika yang melakukan deaminasi adalah
cytosine, maka aka terbentuk urasil yang bukan merupakan basa nitrogen pada
DNA. Hal ini menyebabkan sistem repair DNA akan bekerja untuk
memperbaikinya. Namun, jika yang melakukan deaminasi adalah 5-
methylcytosine, maka akan terbentuk timin yang merupakan basa nitrogen
pada DNA. Hal ini menyebabkan sistem repair DNA tidak bisa mendeteksi
adanya perubahan tersebut. Kesalahan ini akan menyebabkan terjadinya
mutasi jika dilanjutkan pada proses replikasi.
Gambar 4. Deaminasi
g. Tautomerisasi
Tautomer adalah basa-basa nitrogen, yang berada dalam bentuk keto dan enol
atau amino dan imino. Bentuk-bentuk ini dapat berubah dengan reaksi kimia
yang melibatkan perpindahan atom hidrogen dan ikatan rangkap yang
berdekatan. Pada umumnya, guanin dan timin memliki bentuk keto;
sedangkan adenin dan sitosin memiliki bentuk amino. Dalam jumlah kecil,
basa guanin dan timin dapat berubah menjadi bentuk enol; sedangkan basa
adenin dan sitosin dapat berubah menjadi bentuk imino. Meskipun hanya
dalam jmlah kecil, perubahan ini dapat mengakibatkan terjadinya mutasi
karena perubahan bentuk ini tidak mengkonformasi pasangan basa AT/GC
sehingga akan terbentuk pasangan basa TG dan CA. Tautomerisasi yang
menghasilkan mutasi terjadi segera sebelum proses replikasi. Pada saat
double-stranded, DNA berada dalam kondisi stabil. Setelah terjadi pemisahan,
tautomerisasi dapat terjadi. Kesalahan pemasangan basa dapat diperbaiki oleh
fungsi proof-reading. Namun, kegagalan mekanisme tersebut, akan berakibat
pada terjadinya mutasi. Ada dua jenis mutasi dalam proses tautomerisasi
a) Mutasi transisi, yaitu penggantian basa nukleotida dengan basa nukleotida
lain yang jenisnya sama.
b) Mutasi tranversi, yaitu penggantian basa nukleotida satu dengan basa
nukleotida dari jenis lain.
Gambar 5. Tautomerisasi
h. Stres oksidatif
Stres oksidatif adalah ketidakseimbangan antara produksi Reactive Oxygen
Species (ROS) dengan kemampuan organisme untuk memecahnya. Jika kadar
ROS dalam tubuh berlebih, dapat mengakibatkan kerusakan DNA oksidatif,
yaitu perubahan pada struktur DNA akibat ROS. Basa DNA, khususnya
guanin, sangat rentan terhadap oksidasi. Dalam keadaan teroksidasi, basa
guanin akan berpasangan dengan basa adenin sehingga pada hasil replikasi
akan muncul pasangan basa timin-adenin, yang berarti munculnya mutasi
transversi. 2,3
2. Mutasi induksi, yaitu mutasi yang terjadi karena adanya agen mutasi di lingkungan,
baik itu agen kimiawi, maupun agen fisika. Macam-macam mutagen:
a. Agen Kimia
a) Alikilating agent: penempelan gugus alkil (CH3-, CH3CH2-, dst) di DNA.
Contoh: Mustard gas [Di-(2-chloroethyl) sulfide], EMS (Ethyl methane
sulfonate)
b) Basa analog: agen memiliki struktur mirip dengan basa nitrogen normal dan
berkooperasi dengan DNA saat replikasi. Contoh: 5-Bromouracil (BU), 2-
Aminopurin (2-AP)
c) Deamination agent: mendeaminasi gugus amin pada basa nitrogen. Contoh:
HNO2.
d) Hidroksilase agent: Agen ini akan menhidroksilasi gugus pada basa nitrogen
sehingga menyebabkan mutasi transisi.Contoh: Hydroxylamine.
e) Acridin agent (pewarna): agen menginterkalasi molekul DNA sehingga
meningkatkan rigiditas dari double heliks DNA. Contoh: proflavin, dan
acridine orange.
b. Agen fisik:
a) Radiasi ion: sinar yang berenergi tinggi akan melepaskan elektron sehingga
dapat menciptakan radikal bebas yang dapat mengubah kromosom . Contoh:
sinar X, sinar gamma, dan sinar kosmik.
b) Non ionizing : energi rendah yang dapat mempenetrasi bagian permukaan sel,
tetapi tidak menyebabkan ionisasi. Contoh: sinar UV yang dapat menyebabkan
pirimidin hidrat (penambahan OH) dan pirimidin dimer (bergabungnya dua
pirimidin). 2,3
Faktor Terjadinya Mutasi
Secara umum, ada tiga faktor utama terjadinya mutasi, yaitu :
1. Ketidakakuratan kerja mesin replikasi DNA.
2. Efisiensi dari mekanisme perbaikan DNA yang rusak.
Mekanisme repair DNA diklasifikasikan menjadi :
a. Excision repair
Mekanisme ini secara garis besar terdiri dari tiga proses, yaitu :
a) Enzim DNA glycosilase memotong bagian DNA yang rusak.
b) DNA polymerase mengisi nukleotida yang kosong.
c) Enzim DNA ligase melengkapi proses repair dengan menyambung bagian
yang rusak.
b. Proses repair yang bergantung pada cahaya (Photoreactivation)
Proses ini melibatkan DNA photolyase. DNA photolyase akan mengikat dimer
timin kemudian memanfaatkan energi cahaya untuk membelah cross-link.
3. Derajat dari banyaknya daerah yang terkena agen mutasi. 2,3
III. Penutup
Ekspresi protein memiliki tahapan yang panjang. Dalam tahapan-tahapan
tersebut, ada kemungkinan terjadinya kesalahan yang dapat mengakibatkan terjadinya
mutasi. Mutasi dapat diklasifikasikan berdasarkan banyak hal. Mutasi tidak selamanya
merugikan, namun ada beberapa mutasi yang menguntungkan organisme yang mengalami
mutasi. Resistensi bakteri Vibrio chollerae terhadap antibiotik kolistin adalah salah satu
contoh bentuk mutasi yang menguntungkan organisme yang mengalami mutasi. 1,2,3
Referensi
1. Bella B. Mechanism of action of antibiotics, antivirals, antifungals, and antimicrobials
resistance. Materi Kuliah Modul Biologi Molekuler; 10 Apr 2012; Jakarta, Indonesia.
Jakarta; Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia; 2012
2. Asmarinah. Mutasi genetik dan reparasi DNA. Materi Kuliah Modul Biologi Molekuler;
4 Apr 2012; Jakarta, Indonesia. Jakarta: Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia; 2012
3. Brooker RJ. Genetics: analysis & principles. Edisi ke-4. New York: McGraw-Hill
Companies, Inc.; 2012
4. Depurination produces an apurinic site. | Learn Science at Scitable [Internet]. 1 Jan 2012
(diakses 19 Apr 2012). Tersedia di: http://www.nature.com/scitable/content/dep
urination-produces-an-apurinic-site-55400
Recommended