Data Loading...
A.Pengertian dan Macam-Macam Mutasi Istilah mutasi pertama kali dikemukakan oleh Hugo de Vries (Belanda) dalam bukunya yang berjudul The Mutation Theory pada tahun 1901. Istilah mutasi digunakan untuk mengemukakan adanya perubahan fenotip pada bunga Oenothera lamarckiana. Perubahan fenotip tersebut disebabkan oleh perubahan gen. Jadi, mutasi merupakan perubahan informasi genetik yang terjadi dalam organisme.
1. Mutasi Gen (Point Mutation) Perubahan struktur DNA (gen) yang terjadi pada lokus tunggal kromosom dinamakan mutasi gen atau point mutation. Telah dijelaskan pada bab-bab sebelumnya bahwa fenotip pada suatu organisme ditentukan oleh susunan nukleotida dalam molekul DNA. Perubahan pada satu atau lebih nukleotida dapat menyebabkan kesalahan pembentukan asam amino yang akan membentuk protein (enzim). Mutasi tidak selalu diwariskan kepada keturunan. Bila mutasi gen terjadi pada sel-sel somatis (sel tubuh) maka perubahan fenotip yang terjadi tidak diturunkan pada generasi berikutnya. Hanya mutasi gen pada sel-sel kelamin (gamet) saja yang perubahan fenotipnya diwariskan kepada keturunan.
Kita dapat membuat perumpamaan untuk dapat memahami adanya mutasi gen. Anggaplah tiap-tiap nukleotida itu sebagai huruf-huruf dalam alfabet. Huruf-huruf tersebut akan menjadi satu kelompok sebagai mesin kimia sel yang berfungsi menginstruksikan untuk membuat protein khusus. Satu per satu huruf akan tersusun dan membuat suatu kata yang mempunyai arti khusus. Jika terjadi kesalahan penyusunan huruf-huruf, misalnya terbalik susunannya atau hilang salah satu hurufnya maka kata tersebut tidak dapat diartikan lagi atau memiliki arti lain (tak sesuai dengan yang diharapkan). Dalam keadaan tersebut, sel tidak dapat membentuk protein karena informasi tidak jelas atau membentuk protein lain. Dalam kasus yang lain, perubahan gen menimbulkan informasi khusus yang baru. Selanjutnya, akan dibentuk protein sesuai dengan instruksi yang baru tersebut. Protein yang terbentuk setelah sel mengalami mutasi gen berbeda dengan protein pada sel normal.
Mutasi gen dapat terjadi karena hal-hal berikut.
a. Duplikasi, yaitu terjadi pengulangan sebagian rantai nukleotida. Contoh: Gen normal Kode DNA
CGG
GCG
ACA
GTG
TTC
CAA
CGA
Kode mRNA
GCC
CGC
UGU
CAC
AAG
GUU
GCU
Asam Amino
alanin
arginin
sistein
histidin
lisin
valin
alanin
Setelah gen normal mengalami pengulangan nukleotida A pada kodon ke3, maka nukleotida di belakangnya akan bergeser sehingga terbentuk susunan rantai nukleotida berikut. Kode DNA
CGG
GCG
AAC
AGT
GTT
CCA
ACG
Kode mRNA
GCC
CGC
UUG
UCA
CAA
GGU
UGC
Asam Amino
alanin
arginin
leusin
serin
glutamin
glisin
sistein
A U
b. Adisi (insersi), yaitu terjadi penambahan atau penyisipan nukleotida dalam rantai. Contoh: Gen normal Kode DNA
CGG
GCG
ACA
GTG
TTC
CAA
CGA
Kode mRNA
GCC
CGC
UGU
CAC
AAG
GUU
GCU
Asam Amino
alanin
arginin
sistein
histidin
lisin
valin
alanin
Setelah gen normal mengalami penambahan satu nukleotida T pada kodon ke-2 maka nukleotida di belakangnya akan bergeser sehingga membentuk susunan rantai nukleotida berikut. Kode DNA
CGG
GCT
GAC
AGT
GTT
CCA
ACG
Kode mRNA
GCC
CGA
CUG
UCA
CAA
GGU
UGC
Asam Amino
alanin
Arginin
Leusin
Serin
Glutamin
Glisin
serin
A U
c. Delesi, yaitu hilangnya sebagian nukleotida dalam rantai. Contoh: Gen normal Kode DNA
CGG
GCG
ACA
GTG
TTC
CAA
CGA
Kode mRNA
GCC
CGC
UGU
CAC
AAG
GUU
GCU
Asam Amino
alanin
arginin
sistein
histidin
lisin
valin
alanin
Setelah gen normal mengalami kehilangan nukleotida G pada kodon ke-2 maka nukleotida di belakang bergeser maju sehingga terbentuk susunan rantai nukleotida berikut. Kode DNA
CGG
GCA
CAG
TGT
TCC
AAC
GA
Kode mRNA
GCC
CGU
GUC
ACA
AGG
UUG
CU
Asam Amino
Alanin
Arginin
Valin
Treonin
Arginin
leusin
A U
d. Inversi, yaitu sebagian nukleotida terpisah dan bergabung lagi dengan posisi terbalik. Contoh: Gen normal Kode DNA
CGG
GCG
ACA
GTG
TTC
CAA
CGA
Kode mRNA
GCC
CGC
UGU
CAC
AAG
GUU
GCU
Asam Amino
alanin
arginin
sistein
histidin
lisin
valin
alanin
Setelah nukleotida-nukleotida pada kodon ke-5 terputus kemudian bergabung lagi dengan posisi terbalik maka terbentuk susunan rantai nukleotida berikut. Kode DNA
CGG
GCG
ACA
GTG
GAA
CAA
CGA
Kode mRNA
GCC
CGC
UGU
CAC
CUU
GUU
GCU
Asam Amino
alanin
arginin
sistein
histidin
Leusin
valin
alanin
e. Substitusi, yaitu salah satu dari nukleotida diganti dengan nukleotida lain yang mempunyai basa nitrogen yang berbeda. Contoh: Gen normal Kode DNA
CGG
GCG
ACA
GTG
TTC
CAA
CGA
Kode mRNA
GCC
CGC
UGU
CAC
AAG
GUU
GCU
Asam Amino
alanin
arginin
sistein
histidin
lisin
valin
alanin
Setelah nukleotida C pada kodon ke-2 diganti dengan nukleotida T maka terbentuk susunan rantai nukleotida berikut. Kode DNA
CGG
GTG
ACA
GTG
CTT
CAA
CGA
Kode mRNA
GCC
CAC
UGU
CAC
GAA
GUU
GCU
Asam Amino
alanin
histidin
sistein
valin
alanin
histidin glutamin
Terjadinya mutasi gen dapat mempengaruhi penerjemahan kode-kode basa mRNA dalam sintesis protein. Jika mutasi gen tidak mempengaruhi jenis protein yang dihasilkan dinamakan silent mutation, tetapi jika mutasi gen menyebabkan perubahan hasil protein yang dibentuk disebut missense mutation. Sementara itu, ada mutasi gen yang menyebabkan pembentukan kodon stop, akibatnya akan terbentuk protein baru atau tidak sama sekali. Peristiwa ini disebut nonsense mutation.
Misalnya suatu mRNA normal mempunyai susunan seperti (a) dan mengalami mutasi seperti (b).
A
U
G
A
Met
A
G
U
Lys
U
U
G
Phe
G
C
A
U
Gly
A
STOP
(a) Susunan mRNA normal
A
U
Met
G
A
A
Lys
G
U
U
Phe
U
G
G
Gly
U
A
U
STOP
(b) Basa C diganti oleh basa U tidak menyebabkan perubahan asam amino yang dibentuk
A
Pada peristiwa tersebut terlihat kodon GGC digantikan oleh GGU. Penggantian kodon ini tidak mempengaruhi pembentukan asam amino. Mengapa? Beberapa kodon, seperti GGU, GGA, GGC, dan GGG mengkode satu jenis asam amino, yaitu glisin. Peristiwa mutasi yang tidak menyebabkan terjadinya perubahan pembentukan asam amino seperti di atas disebut silent mutation. Akibat mutasi gen yang lain, yaitu perubahan pada satu nukleotida atau lebih yang mengakibatkan berubahnya asam amino yang dibentuk oleh mRNA. Misalnya jika kodon GGC yang mengkode glisin digantikan oleh AGC yang mengkode serin. Oleh karena usunan asam amino berubah maka protein yang dibentuk pun juga berubah. Oleh karena susunan asam amino pembentuk protein berubah maka ada kemungkinan fungsi protein juga berubah. Peristiwa ini dinamakan missense mutation.
A
U
G
A
Met
A
G
U
Lys
U
U
G
Phe
G
C
A
U
Gly
A
STOP
a. Susunan mRNA Normal
A
U
Met
G
A
A
Lys
G
U
U
Phe
U
A
G
Ser
C
A
U
STOP
(b) Basa G diganti oleh basa A sehingga menyebabkan perubahan asam amino menjadi serin
A
Jenis mutasi yang berikutnya yaitu nonsense mutation. Jenis mutasi ini mengakibatkan tidak terbentuknya protein. Kapan hal ini terjadi?
A
U
G
A
Met
A
G
U
Lys
U
U
G
Phe
G
C
U
Gly
A
A
STOP
a. Susunan mRNA Normal
A
U
G
Met
U
A
G
U
U
U
A
G
C
Stop
(b) Basa A diganti oleh basa U sehingga terbentuk kodon terminal (kode stop)
U
A
A
Pada gambar terlihat bahwa kodon kedua yaitu AAG mengalami mutasi sehingga menjadi UAG (penggantian basa A dengan basa U). Semula AAG merupakan kodon yang mengkode pembentukan lisin. Setelah basa A diganti dengan basa U menjadi UAG maka kodon ini tidak lagi mengkode lisin melainkan kodon yang mengakhiri pembacaan gen (kode ”stop”). Telah Anda ketahui bahwa setiap sintesis protein selalu diawali dengan kodon AUG yang mengkode ”start” dan diakhiri dengan kode ”stop” misalnya kodon UAA. Adanya kode ”stop” ini menyebabkan kodon ketiga (UUU) dan seterusnya (GGC dan UAA) tidak diterjemahkan. Dengan demikian, sintesis protein menjadi gagal.
Salah satu contoh mutasi gen pada manusia yang menyebabkan terjadinya perubahan fungsi akibat terbentuknya protein baru yaitu kelainan sickle–cell anemia. Gen penderita kelainan ini mengalami penggantian 1 jenis basa dan menghasilkan kesalahan dalam susunan rantai polipeptida asam amino pada molekul hemoglobin. Hemoglobin yang tidak normal ini menyebabkan sel darah merah berbentuk bulan sabit. Sel darah merah abnormal tersebut lebih cepat rusak daripada sel darah merah normal sehingga penderita mengalami anemia.
2. Mutasi Kromosom a) Mutasi kromosom terjadi karena perubahan jumlah kromosom (ploidi) 1) Aneuploidi Aneuploidi terjadi karena kehilangan atau penambahan perangkat kromosom (genom) makhluk hidup normal, umumnya bersifat diploid (mempunyai dua perangkat kromosom/dua genom). Pada aneuploid dikenal individu monoploidi (mempunyai satu perangkat kromosom) dan poliploid (mempunyai banyak perangkat kromosom), yaitu triploidi (3), tetraploidi (4), heksaploidi (6).
Individu aneuploidi memiliki set kromosom yang lengkap, beberapa variasi pada aneuploidi dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel Variasi mengenai set kromosom yang lengkap Jumlah genom (n)
Tipe aneuploidi
Komponen kromosom A, B, C, bukan kromosom homolog
Monoploid (Satu)
(n)
ABC
Diploid (Dua)
(2n)
AABBCC
Poliploid Triploid (Tiga)
(3n)
AAABBBCCC
Tetraploid (Empat)
(4n)
AAAABBBBCCCC
Pentaploid (Lima)
(5n)
AAAAABBBBBCCCCC
Heksaploid (Enam)
(6n)
AAAAAABBBBBBCCCCCC
Septaploid (Tujuh)
(7n)
AAAAAAABBBBBBBCCCCCCC
Oktaploid (Delapan)
(8n)
AAAAAAAABBBBBBBBCCCCCCCC
Poliploidi pada tumbuhan, misalnya apel dan tebu. Sedangkan pada hewan, misalnya Rana esculenta dan Ascaris.
2) Aneusomi Individu aneusomi memiliki kekurangan atau kelebihan kromosom dibanding dengan jumlah kromosom diploidi dari individu (misal 2n-1, 2n-2, 2n+1, 2n+2, dan sebagainya. Beberapa variasi pada aneusomi dapat dilihat pada Tabel 10.2 berikut. Tabel 10.2 Variasi dalam aneusomi Tipe Jumlah
Kromosom
Contoh
Disomi (Normal)
2n
AABBCC
Monosomi
2n-1
AABBC
Nullisomi
2n-2
AABB
Polisomi
Kromosom ekstra
Trisomi
2n+1
AABBCCC
Double Trisomi
2n+1+1
AABBBCCCC
Tetrasomi
2n+2
AABBCCCC
Pentasomi
2n+3
AABBCCCCC
Heksasomi
2n+4
AABBCCCCCC
Septasomi
2n+5
AABBCCCCCCC
Aneusomi dalam populasi manusia dapat menyebabkan terjadinya macammacam sindroma.
b. Mutasi kromosom yang terjadi karena perubahan struktur kromosom (aberasi) Struktur kromosom yang normal dengan perlakuan sinar X, radiasi atau zat-zat kimia tertentu dapat menimbulkan perubahan struktur pada kromosom. Perubahan struktur kromosom biasanya disebut “aberasi kromosom” yang dapat dibedakan atas beberapa peristiwa. 1. Translokasi Keadaan ini timbul bila suatu bagian dari satu kromosom pindah ke kromosom lain yang bukan homolognya atau menempelnya potongan suatu kromosom pada potongan kromosom lainnya yang bukan homolognya. B
A E B F G
D C
A A B
E
F
D
G
E
C
D X
F G
Y Z
X Semula
Y Z Proses
C
Hasil
Pada gambar di atas ditunjukkan kromosom yang mempunyai alel ABCDEFG. Kromosom tersebut mengalami pematahan sehingga terbentuk 3 patahan kromosom, yaitu kromosom beralel AB, kromosom beralel CDE, dan kromosom beralel FG. Pada proses selanjutnya, kromosom beralel AB bergabung lagi dengan kromosom beralel FG dan kromosom beralel CDE bergabung dengan kromosom bukan homolog XYZ sehingga terbentuk kromosom EDCXYZ. Tipe-tipe translokasi a) Tunggal, satu pematahan tunggal pada satu kromosom dan bagian yang patah langsung pindah ke ujung kromosom lain. A A A B B B C C C D D D E E E 1 1 1
Patah Patah Patah
V V V W WW X X X 2 2 2
C C C D D D E E E 3 3 3
A A A B B B V V V W WW X X X 4 4 4
b) Perpindahan, yang melibatkan tiga pematahan. Bagian tengah dari kromosom yang putus di dua tempat disisipkan pada kromosom lain yang putus pada satu tempat. AA A
VV V
BB B
W WW
CC C
VV V
AA A
BB B
DD D
W WW
DD D
CC C
EE E
XX X
EE E
XX X
11 1
22 2
33 3
Setelah pematahan rangkap pada satu kromosom dan bagian yang patah pindah, ujung yang patah menggabung kembali karena lekat.
44 4
c) Resiprok (interchange), satu pematahan pada dua kromosom nonhomolog dan bagian yang patah saling tertukar. Tipe translokasi ini merupakan translokasi yang paling banyak terjadi. A
A V
B V
C
C
D
W
D
E
X
E
1
B
2
W X 3
4
2. Inversi Susunan ini terjadi ketika kromosom patah di dua tempat yang diikuti dengan penyisipan kembali gen-gen pada kromosom yang sama dengan urutan terbalik. Suatu inversi terjadi selama berpilinnya kromosom pada profase ketika satu bagian dari DNA melengkung. Pada inversi terjadi pematahan rangkap sehingga terbentuk dua ujung bebas yang bersifat ”lengket” (bila dibandingkan dengan ujung normal yang tidak lengket) dan cenderung untuk menggabung kembali. A A
B
E B F G
A E D
D C
C
F
B
D
F C
G Semula
E
Proses
G Hasil
Inversi
Dari gambar di atas. Suatu kromosom mengalami pematahan menjadi 3 bagian dengan alel AB, CDE, dan FG. Setelah mengalami penggabungan kromosom, beberapa alel kromosom tersusun terbalik sehingga membentuk kromosom dengan alel ABEDCFG. Pada satu kromosom normal, gen-gen tampak dalam satu susunan linear sebagai berikut: A
B
C
D
E
F
G
Pada satu kromosom dengan inversi ada patahan antara B-C dan E-F yang diikuti dengan pelekatan kembali sehingga terjadi bentuk kromosom sebagai berikut: A
B
E
D
C
F
G
Suatu individu yang mempunyai kromosom normal dan inversi disebut inversi heterozigot, serta biasanya membentuk lengkungan inversi (inversion loop). Inversi dapat dibedakan menjadi dua tipe, yaitu inversi perisentris dan inversi Parasentris. a) Inversi perisentris (Pada peristiwa ini sentromer terletak di dalam lengkung inversi). b) Inversi parasentris (Apabila inversi terjadi pada daerah kromosom yang tidak mempunyai sentromer, maka peristiwa tersebut dinamakan inversi parasentris).
3. Delesi atau Defisiensi Delesi atau defisiensi adalah pematahan kromosom terjadi di alam tanpa sebab yang jelas dan mengakibatkan hilangnya satu bagian kromosom. Terjadinya pematahan kromosom, dapat Anda perhatikan pada berikut: A A
B
E B F G
E D
D C
C
F G
Semula
A
Proses
E
B
D
F C
G Hasil
Pada gambar tersebut, ditunjukkan suatu kromosom yang mempunyai alel ABCDEFG mengalami pematahan menjadi 3 bagian dengan alel AB, CDE, dan FG. Dalam proses selanjutnya, kromosom dengan alel AB bergabung dengan kromosom beralel FG tetapi kehilangan alel CDE.
Tipe-tipe delesi/defisiensi sebagai berikut: a) Delesi/defisiensi terminal yaitu satu pematahan dekat ujung suatu kromosom yang mengakibatkan hilangnya bagian ujung tersebut. AA B B
CC DD
Inversi Inversi Normal Normal
AA B B CC Kromosom Kromosom defisiensi defisiensi terminal terminal
b) Delesi/defisiensi interkalar (interticial) yaitu dua pematahan di bagian tengah dari suatu kromosom yang mengakibatkan bagian tengah tersebut terlepas. Bagian yang terlepas tidak mempunyai sentromer dan hilang pada anafase selama mitosis. Bagian itu terdapat dalam sitoplasma, tetapi gengennya tidak berfungsi dan akhirnya bagian itu akan hilang. A A B B C C D D Inversi Inversi Normal Normal
A A B B D D Kromosom Kromosom defisiensi defisiensi interkalar interkalar
4. Duplikasi Keadaan ini timbul bila ada penambahan bahan kromosom sehingga suatu bagian kromosom terdapat lebih dari dua kali dalam satu sel diploid yang normal. Contohnya, kromosom normal yang mempunyai alel ABCDEFG. Setelah mengalami penambahan alel FG maka terbentuk kromosom baru dengan alel ABCDEFGFG. A
A
E F
D
B
G
E
C
F
D
B C
G Semula
Hasil
F
G Duplikasi
5. Katenasi Katenasi adalah kerusakan kromosom karena kromosom homolog ujungnya saling berdekatan sehingga membentuk lingkaran. AAA
AAA
BBB
BBB
AAA BBB
BBB
KKK CCC
CCC
AAA
AAA
BBB
AAA BBB
CCC
KKK
CCC
KKK
CCC Translokasi Translokasi Translokasi
KKK
KKK
LLL
LLL
M M M
M M M Posisi Normal Posisi Normal Posisi Normal
Posisi Posisi Posisi Normal Normal Normal
KKK CCC LLL
LLL M M M
M M M Translokasi Translokasi Translokasi antara antara antara CCC dan dan dan KKK
LLL M M M
LLL M M M
Katenasi, Katenasi, Katenasi, gen gen gen yang yang yang alelik alelik alelik saling saling saling mendekati mendekati mendekati
B. Penyebab Mutasi Mutasi dapat terjadi baik secara spontan ataupun rangsangan dari luar. Mutasi spontan terjadi karena kesalahan acak dalam proses replikasi atau saat pembelahan sel. Penyebab mutasi yang terjadi secara spontan misalnya kesalahan mitosis dan meiosis, saat sitokinesis sel tidak terbagi menjadi dua sel baru sehingga kromosom yang telah digandakan tetap berada dalam satu sel. Contoh lain adalah rekombinasi, yaitu perubahan akibat masuknya gen-gen atau segmen DNA dari molekul DNA (kromosom) lain ke dalam suatu molekul DNA. Mutasi yang terjadi akibat rangsangan dari luar bisa bersifat alami maupun buatan. Mutasi yang bersifat alami terjadi secara kebetulan di alam dan biasanya jarang terjadi. Contoh mutagen alam adalah sinar kosmis, radioaktif alam, sinar ultraviolet.
Mutasi buatan, yaitu mutasi yang terjadi karena campur tangan manusia. Mutasi buatan ini banyak dilakukan terhadap tanaman, misalnya tomat, anggur, jambu dan sebagainya. Dipandang dari sudut manusia mutasi buatan ini sangat menguntungkan karena dapat memberikan hasil produksi yang cukup tinggi. Melalui mutasi buatan ini buah yang dihasilkan besar-besar dan tidak memiliki biji. Tanaman ini, umumya menjadi poliploid yaitu kromosom menjadi bertambah banyak. Akan tetapi dipandang dari segi tumbuhan itu sendiri, mutasi buatan yang menyebabkan poliploidi adalah tidak menguntungkan karena tanaman poliploid umumnya gagal. Untuk menyebabkan tanaman poliploidi harus dilakukan pembibitan secara terus-menerus. Pada sayuran, mutasi buatan biasa dilakukan pada tanaman kubis (kol).
Bahan-bahan yang dapat menyebabkan mutasi disebut mutagen. Mutagen dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu: 1. Mutagen Kimia Bahan-bahan yang dapat menyebabkan mutasi antara lain formaldehida, kolkisin, akridin, etil metan sulfat (EMS), etil etan sulfanoat (EES), asam nitrit, hidrogen peroksida, kafein, bahan pengawet, pestisida dan lain-lain. 2. Mutagen Fisika Bahan-bahan fisika yang dapat menyebabkan mutasi antara lain suhu, sinar ultraviolet, sinar x, sinar gamma, partikel a dan b, neutron, dan radiasi kosmis. 3. Mutagen Biologi Bahan-bahan biologi yang dapat menyebabkan mutasi antara lain virus dan bakteri. Selain itu ada mutagen biologi yang sering menyebabkan. yaitu elemen loncat adalah rangkaian nukleotida atau DNA yang dapat berpindah tempat.
C. Dampak Mutasi bagi Kehidupan Mutasi menyebabkan banyak sekali dampak baik negatif maupun positif. 1. Dampak Negatif Mutasi menyebabkan timbulnya beragam jenis penyakit berbahaya seperti sindrom, kanker. 2. Dampak Positif Walaupun mutasi bersifat merugikan tetapi dalam beberapa hal juga berguna bagi manusia, misalnya: a. Dapat meningkatkan hasil panen produksi pangan (gandum, tomat, kacang tanah, kelapa poliploidi, kol poliploidi). b. Dapat meningkatkan hasil antibiotika (mutan Penicillium). c. Dapat memeriksa proses biologi (transpor elektron pada fotosintesis, fiksasi nitrogen pada bakteri). d. Proses penting untuk evolusi dan variasi genetik. e. Dapat menambah keanekaragaman.