Reparasi mutasi.docx

38
TUGAS BIOKIMIA II REPARASI MUTASI Disusun oleh: Amanah Firdausa 11030234016 / KA 2011 Ainun Najih 12030234007 / KA 2012 Via Fitria 12030234024 / KB 2012 Cindy Putri Arinta 12030234215 / KA 2012 Arlin Yulianita Pratiwi 12030234221 / KA 2012 Ladhita Triprayoga 12030234227 / KA 2012 JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

Transcript of Reparasi mutasi.docx

Page 1: Reparasi mutasi.docx

TUGAS BIOKIMIA II

REPARASI MUTASI

Disusun oleh:

Amanah Firdausa 11030234016 / KA 2011

Ainun Najih 12030234007 / KA 2012

Via Fitria 12030234024 / KB 2012

Cindy Putri Arinta 12030234215 / KA 2012

Arlin Yulianita Pratiwi 12030234221 / KA 2012

Ladhita Triprayoga 12030234227 / KA 2012

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

2015

Page 2: Reparasi mutasi.docx

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL..................................................................................... i

DAFTAR ISI.................................................................................................... ii

BAB I PENDAHULUAN................................................................................. 1

A. Latar Belakang........................................................................................ 1

B. Rumusan Masalah................................................................................... 2

C. Tujuan ..................................................................................................... 2

BAB II PEMBAHASAN.................................................................................. 3

A. Pengertian Mutasi.................................................................................... 3

B. Jenis-jenis Mutasi.................................................................................... 4

1. Berdasarkan Tempat Terjadinya ........................................................ 4

2. Berdasarkan Sumbernya .................................................................... 4

3. Berdasarkan Bagian yang Bermutasi ................................................. 5

4. Berdasarkan

C. Mekanisme Mutasi ................................................................................. 6

D. Laju Mutasi ............................................................................................

E. Penyebab Mutasi (Mutagen) .................................................................. 9

1. Mutagen Fisik .................................................................................... 9

2. Mutagen Kimiawi .............................................................................. 10

F.Mekanisme Perbaikan DNA ...................................................................

G. Beberapa Penyakit Akibat Mutasi........................................................... 11

1. Kanker ............................................................................................... 11

2. Avian Influenza A (H5N1) ................................................................12

BAB III KESIMPULAN.................................................................................. 13

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 14

ii

Page 3: Reparasi mutasi.docx

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Genetika adalah salah satu cakupan ilmu biologi molekuler yang merupakan

ilmu pewarisan faktor keturunan (hereditas). Ilmu genetika ini meliputi studi

tentang apa yang dimaksud dengan gen, bagaimana gen dapat membawa

informasi genetik, gen direplikasikan dan dilewatkan dari generasi ke ganerasi,

dan bagaimana gen dapat mengekspresikan informasi di dalam organisme yang

akan menentukan karakteristik organisme yang bersangkutan.

Informasi genetik di dalam sel disebut genom. Genom sel diorganisasi di

dalam kromosom. Kromosom adalah suatu struktur yang mengandung DNA,

dimana DNA secara fisik membawa informasi herediter. Kromosom mengandung

gen yang merupakan segmen dari DNA (kecuali pada beberapa virus RNA),

dimana gen mengkode protein.

DNA adalah makromolekul yang tersusun atas unit berulang yang disebut

nukleotida. Setiap nukleotida terdiri atas basa nitrogen adenine (A), timin (T),

sitosin (cytosine, C), atau guanine (G); deoksiribosa (suatu gula pentose) dan

sebuah gugus fosfat. DNA di dalam sel terdapat sebagai rantai panjang nukleotida

yang berpasangan dan membelit menjadi satu membentuk struktur helix ganda

(double helix). Kedua rantai terkait oleh ikatan hidrogen yang terdapat di antara

basa - basa nitrogennya. Pasangan basa selalu terdapat dalam pola spesifik yaitu

adenine selalu berpasangan dengan timin, dan sitosin selalu berpasangan dengan

guanine. Akibat pasangan basa yang spesifik ini, maka sekuens basa pada satu

rantai menentukan sekuens basa pada rantai pasangannya, sehingga kedua rantai

dikatakan saling komplementer. Informasi genetik dikode oleh sekuens - sekuens

basa disepanjang rantai DNA. Struktur komplementer juga memungkinkan

duplikasi presisi DNA selama proses pembelahan sel.

Suatu gen menentukan suatu protein, dimana urutan nukleotida dalam DNA

menentukan urutan nukleotida dalam RNA yang selanjutnya menentukan urutan

asam amino dalam protein. Perkembangan biologi molekuler menjadi lebih

dipercepat dengan munculnya rekayasa genetika, yang memungkinkan

penggandaan, isolasi gen serta mutasi genetik.

1

Page 4: Reparasi mutasi.docx

Mutasi ialah perubahan di dalam rangkaian nukleotide suatu gen. Ini

menimbulkan ciri genetis yang baru, atau genotipe yang berubah. Suatu sel atau

organisme yang memperlihatkan efek suatu mutasi disebut mutan. Sekali-sekali

seekor kucing albino muncul diantara saudara-saudara seperindukannya yang

berwarna hitam, atau sebiji kacang polong berwarna kuning diantara kacang-

kacang polong berwarna hijau. Mutasi adalah peristiwa yang jarang terjadi secara

acak dan timbul secara spontan tanpa memperhatikan persyaratan lingkungan.

Biasanya mutan-mutan di dalam suatu populasi sel tertutupi (tersembunyi) oleh

sel-sel yang tidak mengalami mutasi yang jumlahnya lebih besar.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan dapat dibuat suatu

rumusan masalah yaitu

1. Bagaimana pengertian dan proses mutasi genetika pada DNA makhluk

hidup?

2. Bagaimana pengertian dan proses reparasi genetika pada DNA makhluk

hidup?

C. Tujuan

Tujuan dari dibuatnya makalah ini adalah untuk memahami dan mengetahui

lebih luas mengenai mutasi genetik.

1. Untuk mengetahui pengertian dan proses mutasi genetika pada DNA

makhluk hidup.

2. Untuk mengetahui pengertian dan proses reparasi genetika pada DNA

makhluk hidup.

2

Page 5: Reparasi mutasi.docx

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian Mutasi

Mutasi berasal dari kata Mutatus (bahasa latin) yang artinya adalah

perubahan. Mutasi didefenisikan sebagai perubahan materi genetik (DNA) yang

dapat diwariskan secara genetis keketurunannya. Istilah mutasi petama kali

digunakan oleh Hugo de Vries, untuk mengemukakan adanya perubahan fenotipe

yang mendadak pada bunga Oenothera lamarckiana dan bersifat menurun.

Ternyata perubahan tersebut terjadi karena adanya penyimpangan dari

kromosomnya. Seth wright juga melaporkan peristiwa mutasi pada domba jenis

Ancon yang berkaki pendek dan bersifat menurun. Penelitian ilmiah tentang

mutasi dilakukan pula oleh Morgan (1910) dengan menggunakan Drosophila

melanogaster (lalat buah). Akhirnya murid Morgan yang bernama Herman

Yoseph Muller berhasil dalam percobaannya terhadap lalat buah, yaitu

menemukan mutasi buatan dengan menggunakan sinar X.

Mutasi adalah perubahan pada materi genetik suatu makhluk yang terjadi

secara tiba-tiba, acak, dan merupakan dasar bagi sumber variasi organisme hidup

yang bersifat terwariskan (heritable). Mutasi juga dapat diartikan sebagai

perubahan struktural atau komposisi genom suatu jasad yang dapat terjadi karena

faktor luar (mutagen) atau karena kesalahan replikasi. Peristiwa terjadinya mutasi

disebut mutagenesis. Makhluk hidup yang mengalami mutasi disebut mutan dan

faktor penyebab mutasi disebut mutagen (mutagenic agent).

Perubahan urutan nukleotida yang menyebabkan protein yang dihasilkan

tidak dapat berfungsi baik dalam sel dan sel tidak mampu mentolerir inaktifnya

protein tersebut, maka akan menyebabkan kematian (lethal mutation). Mutasi

dapat mempengaruhi DNA maupun kromosom. DNA dapat dipengaruhi pada saat

sintesis DNA (replikasi). Pada saat tersebut faktor mutagen mempengaruhi

pasangan basa nukleutida sehingga tidak berpasangan dengan basa nukleutida

yang seharusnya (mismatch).

3

Page 6: Reparasi mutasi.docx

B. Jenis-jenis Mutasi

1. Berdasarkan Tempat Terjadinya

a) Mutasi Gametik

Mutasi yang terjadi pada sel gamet dan mutasi tersebut diwariskan pada

keturunannya. Gen-gen yang mengalami mutasi di dalam gamet dapat berupa

mutasi autosomal (jika gen-gennya terdapat  pada kromosom autosomal).

b) Mutasi Somatik

Mutasi yang terjadi pada sel-sel soma (sel tubuh) dan mutasi tersebut tidak

diwariskan pada keturunannya. Kejadian mutasi somatik terjadi pada janin

yang sedang sikandung oleh ibunya dapat mengakibatkan cacat bawaan.

Penyebabnya dapat berupa si ibu terkena sinar radioaktif atau meminum obat-

obatan atau ramuan jamu yang bersifat mutagenik.

2. Berdasarkan Sumbernya

a) Mutasi Alami (Mutasi Spontan)

Mutasi alami (mutasi spontan) adalah mutasi yang terjadi di alam secara

acak (random), tanpa diketahui sebabnya secara pasti. Mutasi ini jarang terjadi,

tingkat kemungkinannya pun sangat kecil. Mutasi spontan mungkin terjadi

karena mekanisme tertentu di dalam sel yang tidak sempurna. Mutasi spontan

dapat disebabkan oleh beberapa alasan berikut: ketidakstabilan nukleotida,

kesalahan replikasi, serta ketidaksempurnaan meiosis. Umumnya mutasi

spontan bersifat resesif sehingga jarang mampu bertahan hidup. Jika mampu

bertahan hidup maka mutan akan berkembang menghasilkan variasi baru.

Ketidakstabilan Nukleotida, Keempat basa nukleotida dapat bersifat tidak

stabil dan berada pada dua bentuk yang berbeda (tautomer). Saat suatu basa

membentuk tautomernya, basa ini dapat berpasangan dengan basa lainnya yang

berbeda. Misalnya, basa G biasanya berpasangan dengan basa S. Namun, jika

basa G pada kondisi tautomer saat replikasi DNA, maka basa G tersebut akan

berpasangan dengan basa T.Oleh karena itu, ada mutasi basa S ke basa T.

Kesalahan Replikasi DNA polimerase dapat melakukan kesalahan saat

replikasi. Misalnya insersi basa S yang seharusnya basa T. Kebanyakan

kesalahan replikasi semacam ini akan diperbaiki oleh kompleks DNA

4

Page 7: Reparasi mutasi.docx

polimerase yang mempunyai kemampuan untuk memperbaiki (proofreading).

Namun, kemungkinan kesalahan semacam itu tetap ada dan menjadi permanen.

Ketidaksempurnaan Meiosis, Gagal berpisah dapat terjadi akibat

ketidaksempurnaan proses meiosis yang mengarah pada pembagian kromosom

yang tidak merata, terlalu banyak, atau terlalu sedikit. 

b) Mutasi Buatan (Mutasi Terinduksi)

Mutasi Buatan (Mutasi Terinduksi) merupakan mutasi yang berasal dari

luar atau kejadian yang disengaja oleh manusia. Mutasi terinduksi merupakan

program yang dikerjakan oleh para pemulia tanaman dan hewan guna

memperbaiki fenotip tanaman agronomi atau holtikultura serta hewan

budidaya.

3. Berdasarkan Bagian yang Bermutasi

Berdasarkan bagian yang bermutasi, mutasi dibedakan menjadi mutasi

DNA, mutasi gen dan mutasi kromosom.

a) Mutasi DNA

Mutasi DNA terdiri atas:

Mutasi transisi, yaitu suatu pergantian basa purin dengan basa purin lain

atau pergantian basa pirimidin dengan basa pirimidin lain; atau disebut

juga pergantian suatu pasangan basa purin-pirimidin dengan pasangan

purin-pirimidin lain.

Mutasi tranversi, yaitu suatu pergantian antara purin dengan pirimidin

pada posisi yang sama.

Insersi, yaitu penambahan satu atau lebih pasangan nukleotida pada suatu

gen.

Delesi, yaitu pengurangan satu atau lebih pasangan nukleotida pada suatu

gen.

b) Mutasi Gen

Mutasi gen merupakan perubahan yang terjadi pada nukleutida DNA yang

membawa suatu gen tertentu. Mutasi gen pada dasarnya merupakan mutasi

titik. Mutasi titik (point mutation) merupakan perubahan kimiawi pada satu

atau beberapa pasangan basa dalam satu gen tunggal.

5

Page 8: Reparasi mutasi.docx

Mutasi gen adalah mutasi yang terjadi dalam lingkup gen. Peristiwa yang

terjadi pada mutasi gen adalah perubahan urutan-urutan DNA. Jenis-jenis

mutasi gen adalah sebagai berikut:

Mutasi salah arti (missens mutation), yaitu perubahan suatu kode genetik

(umumnya pada posisi 1 dan 2 pada kodon) sehingga menyebabkan asam

amino terkait (pada polipeptida) berubah. Perubahan pada asam amino

dapat menghasilkan fenotip mutan apabila asam amino yang berubah

merupakan asam amino esensial bagi protein tersebut. Jenis mutasi ini

dapat disebabkan oleh peristiwa transisi dan tranversi.

Mutasi diam (silent mutation), yaitu perubahan suatu pasangan basa dalam

gen (pada posisi 3 kodon) yang menimbulkan perubahan satu kode genetik

tetapi tidak mengakibatkan perubahan atau pergantian asam amino yang

dikode. Mutasi diam biasanya disebabkan karena terjadinya mutasi transisi

dan tranversi.

Mutasi tanpa arti (nonsense mutation), yaitu perubahan kodon asam amino

tertentu menjadi kodon stop. Hampir semua mutasi tanpa arti mengarah

pada inaktifnya suatu protein sehingga menghasilkan fenotip mutan.

Mutasi ini dapat terjadi baik oleh tranversi, transisi, delesi, maupun insersi.

Mutasi perubahan rangka baca (frameshift mutation), yaitu mutasi yang

terjadi karena delesi atau insersi satu atau lebih pasang basa dalam satu

gen sehingga ribosom membaca kodon tidak lengkap. Akibatnya akan

menghasilkan fenotip mutan.

c) Mutasi kromosom

Mutasi kromosom merupakan mutasi yang disebabkan karena perubahan

struktur kromosom atau perubahan jumlah kromosom. Istilah mutasi pada

umumnya digunakan untuk perubahan gen, sedangkan perubahan kromosom

yang dapat diamati dikenal sebagai variasi kromosom atau mutasi besar/ gross

mutation atau aberasi. Mutasi kromosom sering terjadi karena kesalahan pada

meiosis maupun pada mitosis. Pada prinsipnya, mutasi kromosom digolongkan

rnenjadi dua, yaitu sebagai berikut:

6

Page 9: Reparasi mutasi.docx

Mutasi Komosom Akibat Perubahan Jumlah Kromosom

Mutasi kromosom yang terjadi karena perubahan jumlah kromosom

(ploid) melibatkan kehilangan atau penambahan perangkat kromosom

(genom) disebut euploid, sedang yang terjadi pada hanya pada salah satu

kromosom dari genom disebut aneuploid.

Euploid (Eu = benar; ploid = unit)

Makhluk hidup yang terjadi secara kawin, biasanya bersifat diploid,

memiliki 2 perangkat kromosom atau 2 genom pada sel somatisnya (2n

kromosom). Organisme yang kehilangan 1 set kromosomnya disebut

monoploid. Organisme monoploid memiliki satu genom atau satu

perangkat kromosom (n kromosom) dalam sel somatisnya. Sel kelamin

(gamet), yaitu sel telur (ovum) dan spermatozoa, masing-masing memiliki

satu perangkat kromosom. Satu genom (n kromosom) disebut haploid.

Sedangkan organisme yang memiliki lebih dari dua genom disebut

poliploid. Poliploid dibagi menjadi dua, yaitu otopoliploid, terjadi pada

kromosom homolog, misalnya semangka tak berbiji; dan alopoliploid,

terjadi pada kromosom non homolog, misalnya Rhaphanobrassica (akar

sepeti kol, daun mirip lobak).

Aneuploid (An = tidak; eu = benar; ploid = unit)

Aneupliodi adalah perubahan jumlah n-nya. Mutasi kromosom ini

tidak melibatkan seluruh genom yang berubah, melainkan hanya terjadi

pada salah satu kromosom dari genom. Biasa disebut juga dengan

aneusomik. Macam-macam aneusomik antara lain :

- Monosomik (2n-1); mutasi karena kekurangan 1 kromosom

- Nullisomik (2n-2); mutasi karena kekurangan 2 kromosom

- Trisomik (2n+1); mutasi karena kelebihan 1 kromosom

- Tetrasomik (2n+2); mutasi karena kelebihan 2 kromosom

Aneusomi pada manusia dapat menyebabkan:

- Sindrom Turner, dengan kariotipe (22AA+X0). Jumlah kromosomnya

45 dan kehilangan 1 kromosom kelamin. Penderita Sindrom Turner

berjenis kelamin wanita, namun ovumnya tidak berkembang (ovaricular

disgenesis).

7

Page 10: Reparasi mutasi.docx

- Sindrom Klinefelter, kariotipe (22 AA+XXY), mengalami trisomik

pada kromosom gonosom. Penderita Sindrom Klinefelter berjenis

kelamin laki-laki, namun testisnya tidak berkembang (testicular

disgenesis) sehingga tidak bisa menghasilkan sperma (aspermia) dan

mandul (gynaecomastis) serta payudaranya tumbuh.

- Sindrom Jacobs, kariotipe (22AA+XYY), trisomik pada kromosom

gonosom. Penderita sindrom ini umumnya berwajah kriminal, suka

menusuk-nusuk mata dengan benda tajam, seperti pensil,dll dan juga

sering berbuat kriminal. Penelitian di luar negeri mengatakan bahwa

sebagian besar orang-orang yang masuk penjara adalah orang-orang

yang menderita Sindrom Jacobs.

- Sindrom Patau, kariotipe (45A+XX/XY), trisomik pada kromosom

autosom. kromosom autosomnya mengalami kelainan pada kromosom

nomor 13, 14, atau 15.

- Sindrom Edward, kariotipe (45A+XX/XY), trisomik pada autosom.

Autosom mengalami kelainan pada kromosom nomor 16,17, atau 18.

Penderita sindrom ini mempunyai tengkorak lonjong, bahu lebar

pendek, telinga agak ke bawah dan tidak wajar.

Mutasi Kromosom Akibat Perubahan Struktur Kromosom

Mutasi karena perubahan struktur kromosom atau kerusakan bentuk

kromosom disebut juga dengan istilah aberasi. Macam-macam aberasi

dapat dijelaskan sebagai berikut:

Delesi atau defisiensi

Delesi adalah mutasi karena kekurangan segmen kromosom. Macam-

macam delesi antara lain:

- Delesi terminal; ialah delesi yang kehilangan ujung segmen kromosom.

- Delesi intertitial; ialah delesi yang kehilangan bagian tengah kromosom

- Delesi cincin; ialah delesi yang kehilangan segmen kromosom sehingga

berbentuk lingkaran seperti cincin.

- Delesi loop; ialah delesi cincin yang membentuk lengkungan pada

kromosom lainnya.

8

Page 11: Reparasi mutasi.docx

Duplikasi

Mutasi yang dikarenakan kelebihan segmen kromosom. Mutasi ini

terjadi pada waktu meiosis, sehingga memungkinkan adanya kromosom

lain (homolognya) yang tetap normal. Duplikasi menampilkan cara

peningkatan jumlah gen pada kondisi diploid. Dulikasi dapat terjadi

melalui beberapa cara seperti: pematahan kromosom yang kemudian

diikuti dengan transposisi segmen yang patah, penyimpangan dari

mekanisme crossing-over pada meiosis (fase pembelahan sel), rekombinasi

kromosom saat terjadi translokasi, sebagai konsekuensi dari inversi

heterosigot, dan sebagai konsekuensi dari perlakuan bahan mutagen.

Translokasi.

Translokasi ialah mutasi yang mengalami pertukaran segmen

kromosom ke kromosom non-homolog. Macam-macam translokasi antara

lain sebagai berikut:

- Translokasi homozigot (resiprok)

Translokasi homozigot ialah translokasi yang mengalami pertukaran

segmen kedua kromosom homolog dengan segmen kedua kromosom

non homolog.

- Translokasi heterozigot (non-resiprok)

Translokasi heterozigot ialah translokasi yang hanya mengalami

pertukaran satu segmen kromosom ke satu segmen kromosom

nonhomolog.

- Translokasi Robertson

Translokasi Robertson ialah translokasi yang terjadi karena

penggabungan dua kromosom akrosentrik menjadi satu kromosom

metasentrik, maka disebut juga fusion (penggabungan).

Inversi

Inversi ialah mutasi yang mengalami perubahan letak gen-gen, karena

selama meiosis kromosom terpilin dan terjadi kiasma. Inversi terjadi

karena kromosom patah dua kali secara simultan setelah terkena energi

9

Page 12: Reparasi mutasi.docx

radiasi dan segmen yang patah tersebut berotasi 180o dan menyatu

kembali. Macam-macam inversi antara lain sebagai berikut:

- Inversi parasentrik; teriadi pada kromosom yang tidak bersentromer.

- lnversi perisentrik; terjadi pada kromosom yang bersentromer.

Isokromosom

lsokromosom ialah mutasi kromosom yang terjadi pada waktu

menduplikasikan diri, pembelahan sentromernya mengalami perubahan

arah pembelahan sehingga terbentuklah dua kromosom yang masing-

masing berlengan identik (sama). Dilihat dari pembelahan sentromer maka

isokromosom disebut juga fision, jadi peristiwanya berlawanan dengan

translokasi Robertson (fusion) yang mengalami penggabungan.

Katenasi

Katenasi ialah mutasi kromosom yang terjadi pada dua kromosom

non-homolog yang pada waktu membelah menjadi empat kromosom,

saling bertemu ujung-ujungnya sehingga membentuk lingkaran.

C. Mekanisme Mutasi

D. Laju Mutasi

Laju mutasi adalah peluang terjadinya mutasi pada sebuah gen dalam satu

generasi atau dalam pembentukan satu gamet. Pengukuran laju mutasi penting

untuk dilakukan di dalam genetika populasi, studi evolusi, dan analisis pengaruh

mutagen lingkungan.

Mutasi spontan biasanya merupakan peristiwa yang sangat jarang terjadi

sehingga untuk memperkirakan peluang kejadiannya diperlukan populasi yang

sangat besar dengan teknik tertentu. Salah satu teknik yang telah digunakan untuk

mengukur laju mutasi adalah metode ClB yang ditemukan oleh Herman Muller.

Metode ClB mengacu kepada suatu kromosom X lalat Drosophila melanogaster

yang memiliki sifat-sifat tertentu. Teknik ini dirancang untuk mendeteksi mutasi

yang terjadi pada kromosom X normal.

10

Page 13: Reparasi mutasi.docx

Kromosom X pada metode ClB mempunyai tiga ciri penting, yaitu (1)

inversi yang sangat besar (C), yang menghalangi terjadinya pindah silang pada

individu betina heterozigot; (2) letal resesif (l); dan (3) marker dominan Bar (B)

yang menjadikan mata sempit (lihat Bab VII). Dengan adanya letal resesif,

individu jantan dengan kromosom tersebut dan individu betina homozigot tidak

akan bertahan hidup.

Persilangan pertama dilakukan antara betina heterozigot untuk kromosom

ClB dan jantan dengan kromosom X normal. Di antara keturunan yang diperoleh,

dipilih individu betina yang mempunyai mata Bar untuk selanjutnya pada

persilangan kedua dikawinkan dengan jantan normal. Individu betina dengan mata

Bar ini jelas mempunyai genotipe heterozigot karena menerima kromosom ClB

dari tetua betina dan kromosom X normal dari tetua jantannya. Hasil persilangan

kedua yang diharapkan adalah dua betina berbanding dengan satu jantan. Ada

tidaknya individu jantan hasil persilangan kedua ini digunakan untuk

mengestimasi laju mutasi letal resesif.

Oleh karena pindah silang pada kromosom X dihalangi oleh adanya inversi

(C) pada individu betina, maka semua individu jantan hasil persilangan hanya

akan mempunyai genotipe + . Kromosom X pada individu jantan ini berasal

dari tetua jantan awal (persilangan pertama). Sementara itu, individu jantan

dengan kromosom X ClB selalu mengalami kematian. Meskipun demikian,

kadang-kadang pada persilangan kedua tidak diperoleh individu jantan sama

sekali. Artinya, individu jantan yang mati tidak hanya yang membawa kromosom

ClB, tetapi juga individu yang membawa kromosom X dari tetua jantan awal. Jika

hal ini terjadi, kita dapat menyimpulkan bahwa kromosom X pada tetua jantan

awal yang semula normal berubah atau bermutasi menjadi kromosom X dengan

letal resesif. Dengan menghitung frekuensi terjadinya kematian pada individu

jantan yang seharusnya hidup ini, dapat dilakukan estimasi kuantitatif terhadap

laju mutasi yang menyebabkan terbentuknya alel letal resesif pada kromosom X.

Ternyata, lebih kurang 0,15% kromosom X terlihat mengalami mutasi semacam

itu selama spermatogenesis, yang berarti bahwa laju mutasi untuk mendapatkan

letal resesif per kromosom X per gamet adalah 1,5 x 10-3.

11

Page 14: Reparasi mutasi.docx

Pada metode ClB tidak diketahui laju mutasi gen tertentu karena kita tidak

dapat memastikan banyaknya gen pada kromosom X yang apabila mengalami

mutasi akan berubah menjadi alel resesif yang mematikan. Namun, semenjak

ditemukannya metode ClB berkembang pula sejumlah metode lain untuk

mengestimasi laju mutasi pada berbagai organisme. Hasilnya menunjukkan bahwa

laju mutasi sangat bervariasi antara gen yang satu dan lainnya. Sebagai contoh,

laju mutasi untuk terbentuknya tubuh berwarna kuning pada Drosophila adalah

10-4 per gamet per generasi, sementara laju mutasi untuk terbentuknya resitensi

terhadap streptomisin pada E. coli adalah 10-9 per sel per generasi.

12

Page 15: Reparasi mutasi.docx

E. Penyebab Mutasi (Mutagen)

1) Mutagen Fisik

Penyebab mutasi dalam lingkungan yang bersifat fisik adalah radiasi dan

suhu. Radiasi sebagai penyebab mutasi dibedakan menjadi radiasi pengion dan

radiasi bukan pengion. Radiasi pengion adalah radiasi berenergi tinggi

sedangkan radiasi bukan pengion adalah radiasi berenergi rendah. Contoh

radiasi pengion adalah radiasi sinar X, sinar gamma, radiasi sinar kosmik.

Contoh radiasi bukan pengion adalah radiasi sinar UV. Radiasi pengion

mampu menembus jaringan atau tubuh makhluk hidup karena berenergi tinggi.

Sementara radiasi bukan pengion hanya dapat menembus lapisan sel-sel

permukaan karena berenergi rendah. Radiasi sinar tersebut akan menyebabkan

perpindahan elektron-elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi. Ataom-

ataom yang memiliki elektron-elektron sedemikian dinyatakan tereksitasi atau

tergiatkan. Molekul-molekul yang mengandung atom yang berada dalam

keadaan tereksitasi maupun terionisasi secara kimiawi lebih reaktif daripada

molekul yang memiliki atom-atom yang berada dalam kondisi stabil. Aktivitas

yang meningkat tersebut mengundang terjadinya sejumlah reaksi kimia,

terutama mutasi. Radiasi pengion dapat menyebabkan terjadinya mutasi gen

dan pemutusan kromosom yang berakibat delesi, duplikasi, insersi, translokasi

serta fragmentasi kromosom umumnya.

2) Mutagen Kimiawi

Penyebab mutasi dalam lingkungan yang bersifat kimiawi disebut juga

mutagen kimiawi. Mutagen-mutagen kimiawi tersebut dapat dipilah menjadi 3

kelompok, yaitu analog basa, agen pengubah basa, dan agen penyela. Senyawa

yang merupakan contoh analog basa adalah 5-Bromourasil (5 BU). 5-BU

adalah analog timin. Dalam hubungan ini posisi karbon ke-5 ditempati oleh

gugus brom padahal posisi itu sebelumnya ditempati oleh gugus metil.

Keberadaan gugus brom mengubah distribusi muatan serta meningkatkan

peluang terjadinya tautomerik.

Senyawa yang tergolong agen pengubah basa adalah mutagen yang secara

langsung mengubah struktur maupun sifat kimia dari basa, yang termasuk

kelompok ini adalah agen deaminasi, agen hidroksilasi serta agen alkilasi.

13

Page 16: Reparasi mutasi.docx

Perlakuan dengan asam nitrit, misalnya, terhadap sitosin akan menghasilkan

urasil yang berpasangan dengan adenin sehingga terjadi mutasi dari pasangan

basa S-G menjadi T-A. Agen hidroksilasi adalah mutagen hydroxammin yang

bereaksi khusus dengan sitosin dan menguabhnya sehingga sitosisn hanya

dapat berpasangan dengan adenin. Sebagai akibatnya terjadi mutasi dari SG

menjadi TA.

Agen alkilasi mengintroduksi gugus alkil ke dalam basa pada sejumlah

posisi sehingga menyebabkan perubahan basa yang akibatnya akan terbentuk

pasangan basa yang tidak lazim. Senyawa yang tergolong agen interkalasi akan

melakukan insersi antara basa-basa yang berdekatan pada sati atau kedua

unting DNA. Contoh agen interkalasi adalah proflavin, aeridine, ethidium

bromide, dioxin, dan ICR-70.

F. Mekanisme Perbaikan DNA

Iradiasi ultraviolet

Sinar ultraviolet (UV) dapat menghasilkan pengaruh, baik letal

maupun mutagenik, pada semua jenis virus dan sel. Pengaruh ini disebabkan

oleh terjadinya perubahan kimia pada basa DNA akibat absorpsi energi dari

sinar tersebut. Pengaruh terbesar yang ditimbulkan oleh iradiasi sinar UV

adalah terbentuknya pirimidin dimer, khususnya timin dimer, yaitu saling

terikatnya dua molekul timin yang berurutan pada sebuah untai DNA.

Dengan adanya timin dimer, replikasi DNA akan terhalang pada posisi

terjadinya timin dimer tersebut. Namun, kerusakan DNA ini pada umumnya

dapat diperbaiki melalui salah satu di antara empat macam mekanisme, yaitu

fotoreaktivasi, eksisi, rekombinasi, dan SOS.

Fotoreaktivasi

Mekanisme perbaikan ini bergantung kepada cahaya. Dengan adanya

cahaya, ikatan antara timin dan timin akan terputus oleh suatu enzim

tertentu. Sebenarnya enzim tersebut telah mengikat dimer, baik ketika ada

cahaya maupun tidak ada cahaya. Akan tetapi, aktivasinya memerlukan

spektrum biru cahaya sehingga enzim tersebut hanya bisa bekerja apabila

ada cahaya.

14

Page 17: Reparasi mutasi.docx

Eksisi

Perbaikan dengan cara eksisi merupakan proses enzimatik bertahap

yang diawali dengan pembuangan dimer dari molekul DNA, diikuti oleh

resintesis segmen DNA baru, dan diakhiri oleh ligasi segmen tersebut

dengan untai DNA. Ada dua mekanisme eksisi yang agak berbeda. Pada

mekanisme pertama, enzim endonuklease melakukan pemotongan (eksisi)

pada dua tempat yang mengapit dimer. Akibatnya, segmen yang membawa

dimer akan terlepas dari untai DNA. Pembuangan segmen ini kemudian

diikuti oleh sintesis segmen baru yang akan menggantikannya dengan

bantuan enzim DNA polimerase I. Akhirnya, segmen yang baru tersebut

diligasi dengan untai DNA sehingga untai DNA ini sekarang tidak lagi

membawa dimer.

Pada mekanisme yang kedua pemotongan mula-mula hanya terjadi

pada satu tempat, yakni di sekitar dimer. Pada celah yang terbentuk akibat

pemotongan tersebut segera terjadi sintesis segmen baru dengan urutan basa

yang benar. Pada waktu yang sama terjadi pemotongan lagi pada segmen

yang membawa dimer sehingga segmen ini terlepas dari untai DNA. Seperti

pada mekanisme yang pertama, proses ini diakhiri dengan ligasi segmen

yang baru tadi dengan untai DNA.

Rekombinasi

Berbeda dengan dua mekanisme yang telah dijelaskan sebelumnya,

perbaikan kerusakan DNA dengan cara rekombinasi terjadi setelah replikasi

berlangsung. Oleh karena itu, mekanisme ini sering juga dikatakan sebagai

rekombinasi pascareplikasi.

Ketika DNA polimerase sampai pada suatu dimer, maka polimerisasi

akan terhenti sejenak untuk kemudian dimulai lagi dari posisi setelah dimer.

Akibatnya, untai DNA hasil polimerisasi akan mempunyai celah pada posisi

dimer. Mekanisme rekombinasi pada prinsipnya merupakan cara untuk

menutup celah tersebut menggunakan segmen yang sesuai pada untai DNA

cetakan yang membawa dimer. Untuk jelasnya, skema mekanisme tersebut

dapat dilihat pada Gambar 11.8.

15

Page 18: Reparasi mutasi.docx

DNA yang membawa dimer pada kedua untainya melakukan

replikasi (Gambar 11.8.a) sehingga pada waktu garpu replikasi mencapai

dimer akan terbentuk celah pada kedua untai DNA yang baru (Gambar

11.8.b). Celah akan diisi oleh segmen yang sesuai dari masing-masing untai

DNA cetakan yang membawa dimer. Akibatnya, pada untai DNA cetakan

terdapat segmen yang hilang. Jadi, sekarang kedua untai DNA cetakan

selain membawa dimer juga mempunyai celah, sedangkan kedua untai DNA

baru tidak mempunyai celah lagi (Gambar 11.8.c). Akhirnya, segmen

penutup celah akan terligasi dengan sempurna pada masing-masing untai

DNA baru (Gambar 11.8.d).

Mekanisme SOS

Mekanisme perbaikan DNA dengan sistem SOS dapat dilihat sebagai jalan

pintas yang memungkinkan replikasi tetap berlangsung meskipun harus melintasi

dimer. Hasilnya berupa untai DNA yang utuh tetapi sering kali sangat defektif.

Oleh karena itu, mekanisme SOS dapat dikatakan sebagai sistem perbaikan yang

rentan terhadap kesalahan.

16

Page 19: Reparasi mutasi.docx

Ketika sistem SOS aktif, sistem penyuntingan oleh DNA polimerase III

justru menjadi tidak aktif. Hal ini dimaksudkan agar polimerisasi tetap dapat

berjalan melintasi dimer. Untai DNA yang baru akan mempunyai dua basa adenin

berurutan pada posisi dimer (dalam kasus timin dimer). Dengan sendirinya, kedua

adenin ini tidak dapat berpasangan dengan timin karena kedua timin berada dalam

bentuk dimer. Sistem penyuntingan tidak dapat memperbaiki kesalahan ini karena

tidak aktif, sedangkan sistem perbaikan salah pasangan sebenarnya dapat

memperbaikinya. Namun, karena jumlah dimer di dalam setiap sel yang

mengalami iradiasi UV biasanya begitu banyak, maka sistem perbaikan salah

pasangan tidak dapat memperbaiki semua kesalahan yang ada. Akibatnya, mutasi

tetap terjadi. Pengaruh mutagenik iradiasi UV memang hampir selalu merupakan

akibat perbaikan yang rentan terhadap kesalahan.

Radiasi pengion

Radiasi pengion mempunyai energi yang begitu besar sehingga molekul air

dan senyawa kimia lainnya yang terkena olehnya akan terurai menjadi fragmen-

fragmen bermuatan listrik. Semua bentuk radiasi pengion akan menyebabkan

17

Page 20: Reparasi mutasi.docx

pengaruh mutagenik dan letal pada virus dan sel. Radiasi pengion meliputi sinar X

beserta partikel-partikelnya dan radiasi yang dihasilkan oleh unsur-unsur

radioaktif seperti partikel α, β, dan sinar γ.

Intensitas radiasi pengion dinyatakan secara kuantitatif dengan beberapa

macam cara. Ukuran yang paling lazim digunakan adalah rad, yang didefinisikan

sebagai besarnya radiasi yang menyebabkan absorpsi energi sebesar 100 erg pada

setiap gram materi.

Frekuensi mutasi yang diinduksi oleh sinar X sebanding dengan dosis

radiasi yang diberikan. Sebagai contoh, frekuensi letal resesif pada kromosom X

Drosophila meningkat linier sejalan dengan meningkatnya dosis radiasi sinar X.

Pemaparan sebesar 1000 rad meningkatkan frekuensi mutasi dari laju mutasi

spontan sebesar 0,15% menjadi 3%. Pada Drosophila tidak terdapat ambang

bawah dosis pemaparan yang yang tidak menyebabkan mutasi. Artinya,

betapapun rendahnya dosis radiasi, mutasi akan tetap terinduksi.

Pengaruh mutagenik dan letal yang ditimbulkan oleh radiasi pengion

terutama berkaitan dengan kerusakan DNA. Ada tiga macam kerusakan DNA

yang disebabkan oleh radiasi pengion, yaitu kerusakan pada salah satu untai,

kerusakan pada kedua untai, dan perubahan basa nukleotida. Pada eukariot radiasi

pengion dapat menyebabkan kerusakan kromosom, yang biasanya bersifat letal.

Akan tetapi, pada beberapa organisme terdapat sistem yang dapat memperbaiki

kerusakan kromosom tersebut meskipun perbaikan yang dilakukan sering

mengakibatkan delesi, duplikasi, inversi, dan translokasi.

Radiasi pengion banyak digunakan dalam terapi tumor. Pada prinsipnya

perlakuan ini dimaksudkan untuk meningkatkan frekuensi kerusakan kromosom

pada sel-sel yang sedang mengalami mitosis. Oleh karena tumor mengandung

banyak sekali sel yang mengalami mitosis sementara jaringan normal tidak, maka

sel tumor yang dirusak akan jauh lebih banyak daripada sel normal yang dirusak.

Namun, tidak semua sel tumor mengalami mitosis pada waktu yang sama. Oleh

karena itu, iradiasi biasanya dilakukan dengan selang waktu beberapa hari agar

sel-sel tumor yang semula sedang beristirahat kemudian melakukan mitosis.

18

Page 21: Reparasi mutasi.docx

Diharapkan setelah iradiasi diberikan selama kurun waktu tertentu, semua sel

tumor akan rusak.

G. Beberapa Penyakit Akibat Mutasi

1. Kanker

Sel kanker adalah sel normal yang mengalami mutasi/perubahan genetik

dan tumbuh tanpa terkoordinasi dengan sel-sel tubuh lain. Proses pembentukan

kanker (karsinogenesis) merupakan kejadian somatik dan sejak lama diduga

disebabkan karena akumulasi perubahan genetic dan epigenetik yang

menyebabkan perubahan pengaturan normal kontrol molekuler

perkembangbiakan sel. Perubahan genetik tersebut dapat berupa aktivasi proto-

onkogen dan atau inaktivasi gen penekan tumor yang dapat memicu

tumorigenesis dan memperbesar progresinya. Banyak sekali percobaan (bahkan

sampai jutaan) telah dilakukan untuk mempelajari karakteristika suatu kanker

dengan menggunakan hewan percobaan seperti tikus, mencit, anjing, domba,

bahkan organisme bersel tunggal, dll.

Sel kanker yang tak mampu berinteraksi secara sinkron dengan lingkungan

dan membelah tanpa kendali bersaing dengan sel normal dalam memperoleh

bahan makanan dari tubuh dan oksigen. Tumor dapat menggantikan jaringan

sehat dan terkadang menyebar ke bagian lain dari tubuh yakni suatu proses

pemendekan umur yang lazim disebut metastasis. Potensi metastasis ini

diperbesar oleh perubahan genetik yang lain. Jika tidak diobati, kebanyakan

kanker mengarah ke pesakitan dan bahkan kematian. Kanker muncul melalui

perubahan genetik rangkap/ganda dalam sel induk dari organ tubuh. Sebagian

perubahan yang tidak dapat dihapuskan akan terus menumpuk bersamaan

dengan bertambahnya umur dan tidak dapat dihindari, akan tetapi predisposisi

genetik, faktor lingkungan dan yang paling banyak yakni gaya hidup adalah

factor-faktor yang penting. Beberapa orang lahir dengan mutasi tertentu dalam

DNA-nya yang dapat mengarah ke kanker. Sebagai contoh, seorang wanita

lahir dengan mutasi pada gen yang disebut BRCA1 akan membentuk kanker

payudara atau rahim jauh lebih banyak daripada wanita yang tidak mempunyai

mutasi demikian.

19

Page 22: Reparasi mutasi.docx

Karsinogen eksogen (dari luar) dan proses biologik endogen dapat

menyebabkan mutasi delesi, insersi atau substitusi basa baik transisi maupun

transversi. Mekanisme endogen kerusakan DNA yang telah diketahui dengan

baik adalah fenomena deaminasi 5-metilsitosin.

Metilasi DNA adalah merupakan mekanisme epigenetik yang melibatkan

pengaturan ekspresi suatu gen. Residu sitosin dan 5-metilsitosin masing-

masing dapat secara spontan dideaminasi menjadi urasil dan timin yang jika

tidak diperbaiki akan menyebabkan mutasi transisi G:C→A:T. Mutasi ini

paling banyak terjadi pada dinukleotida CpG (sitosin diikuti oleh guanin) yang

seringkali mengalami metilasi. Studi spektrum mutasi menyatakan adanya

corak khas perubahan DNA yang diinduksi oleh mutagen endogen dan eksogen

tertentu dalam gen yang berhubungan dengan kanker.

Selama masa hidupnya, sel normal senantiasa terkena pajanan berbagai

tekanan (stress) endogen dan eksogen yang dapat merubah karakter normalnya

yang melibatkan perubahan genetik. Perubahan genetik yang dapat

menyebabkan mutasi sangat membahayakan sel karena akan dapat diwariskan

ke sel keturunannya dan mengarah ke pembentukan neoplasia Mutasi p53

adalah perubahan genetik yang paling umum ditemukan pada kanker manusia

dan fungsi p53 hilang secara tidak langsung baik oleh eksklusi inti, interaksi

dengan protein virus seperti pada kanker serviks, ataupun melalui interaksinya

dengan overekspresi protein mdm2. Gen p53 berperan dalam pengaturan siklus

sel dengan mengontrol sejumlah gen termasuk gen untuk apoptosis jika

kerusakannya berat

2. Avian Influenza A (H5N1)

Mutasi genetik virus avian influenza seringkali terjadi sesuai dengan

kondisi dan lingkungan replikasinya. Mutasi gen ini tidak saja untuk

mempertahankan diri akan tetapi juga dapat meningkatkan sifat

patogenisitasnya. Penelitian terhadap virus H5N1 yang diisolasi dari pasien

yang terinfeksi pada tahun 1997, menunjukkan bahwa mutasi genetik pada

posisi 627 dari gen PB2 yang mengkode ekspresi polymesase basic protein

(Glu627Lys) telah menghasilkan highly cleavable hemagglutinin glycoprotein

yang merupakan faktor virulensi yang dapat meningkatkan aktivitas replikasi

20

Page 23: Reparasi mutasi.docx

virus H5N1 dalam sel hospesnya (Hatta M, et. al. 2001). Disamping itu adanya

substitusi pada nonstructural protein (Asp92Glu), menyebabkan H5N1 resisten

terhadap interferon dan tumor necrosis factor α (TNF-α) secara invitro (Seo

SH, et.al. 2002). Infeksi virus H5N1 dimulai ketika virus memasuki sel hospes

setelah terjadi penempelan spikes virion dengan reseptor spesifik yang ada di

permukaan sel hospesnya. Virion akan menyusup ke sitoplasma sel dan akan

mengintegrasikan materi genetiknya di dalam inti sel hospesnya, dan dengan

menggunakan mesin genetik dari sel hospesnya, virus dapat bereplikasi

membentuk virion-virion baru, dan virion-virion ini dapat menginfeksi kembali

sel-sel disekitarnya.

Dari beberapa hasil pemeriksaan terhadap spesimen klinik yang diambil

dari penderita ternyata avian influenza H5N1 dapat bereplikasi di dalam sel

nasofaring (Peiris JS,et.al. 2004), dan di dalam sel gastrointestinal (de Jong

MD, 2005, Uiprasertkul M,et.al.2005). Virus H5N1 juga dapat dideteksi di

dalam darah, cairan serebrospinal, dan tinja pasien (WHO,2005). Fase

penempelan (attachment) adalah fase yang paling menentukan apakah virus

bisa masuk atau tidak ke dalam sel hospesnya untuk melanjutkan replikasinya.

Virus influenza A melalui spikes hemaglutinin (HA) akan berikatan dengan

reseptor yang mengandung sialic acid (SA) yang ada pada permukaan sel

hospesnya. Ada perbedaan penting antara molekul reseptor yang ada pada

manusia dengan reseptor yang ada pada unggas atau binatang. Pada virus flu

burung, mereka dapat mengenali dan terikat pada reseptor yang hanya terdapat

pada jenis unggas yang terdiri dari oligosakharida yang mengandung N-

acethylneuraminic acid α-2,3-galactose (SA α-2,3-Gal), dimana molekul ini

berbeda dengan reseptor yang ada pada manusia. Reseptor yang ada pada

permukaan sel manusia adalah SA α-2,6-galactose (SA α-2,6-Gal), sehingga

secara teoritis virus flu burung tidak bisa menginfeksi manusia karena

perbedaan reseptor spesifiknya. Namun demikian, dengan perubahan hanya 1

asam amino saja konfigurasi reseptor tersebut dapat dirubah sehingga reseptor

pada manusia dikenali oleh HPAI-H5N1. Potensi virus H5N1 untuk melakukan

mutasi inilah yang dikhawatirkan sehingga virus dapat membuat varian-varian

21

Page 24: Reparasi mutasi.docx

baru dari HPAI-H5N1 yang dapat menular antar manusia ke manusia (Russel

CJ and Webster RG.2005, Stevens J. et. al. 2006).

22

Page 25: Reparasi mutasi.docx

BAB III

KESIMPULAN

23