Perubahan materi genetik dapat dikelompokkan ke dalam dua tingkatan, yaitu mutasi gen (DNA) dan mutasi kromosom.
MUTASI GEN
Mutasi gen merupakan perubahan yang terjadi pada nukleotida DNA yang membawa "pesan" 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.
Jika mutasi titik terjadi pada gamet atau pada sel yang menghasilkan gamet, mutasi ini dapat diteruskan pada keturunan dan pada generasi penerus. Jika mutasi memiliki efek merugikan pada fenotip manusia atau hewan, mutan (individu yang mengalami mutasi) mengalami suatu penyimpangan genetik atau penyakit keturunan (herediter). Contohnya, penyakit anemia sel sabit merupakan akibat mutasi pada pasangan basa tunggal di dalam gen yang mengkode salah satu polipeptida hemoglobin. Perubahan satu nukleotida dalam rantai cetakan DNA mengakibatkan produksi protein yang abnormal .
Mari kita lihat bagaimana berbagai tipe mutasi titik ditranslasi menjadi protein yang berubah.
Tipe-tipe Mutasi Titik
Mutasi titik dalam suatu gen dapat dibagi menjadi dua kategori umum, yaitu substitusi pasangan basa dan insersi (penyisipan) atau delesi (penghilangan) pemasangan basa. Mutasi tersebut dapat mempengaruhi protein.
Substitusi
Substitusi pasangan basa merupakan penggantian satu nukleotida dan pasangannya di dalam untai DNA komplementer dengan pasangan nukleotida lain. Substitusi satu purin oleh purin yang lain atau satu pirimidin oleh pirimidin yang lain disebut mutasi titik tipe transisi. Sebaliknya, substitusi suatu purin oleh pirimidin atau substitusi suatu pirimidin oleh purin disebut transversi. Beberapa substitusi menghasilkan mutasi diam (silent mutation) karena perubahan kode genetik mutasi ini tidak mempengaruhi pengkodean protein. Dengan kata lain, perubahan pada pasangan basa dapat mentransformasi satu kodon ke kodon lain yang ditranslasi menjadi asam amino yang sama. Contohnya, jika CCG termutasi menjadi CCA, kodon RNAd yang sebelumnya GGC akan menjadi GGU, dan glisin akan tetap dimasukkan ke lokasi yang terkait pada protein.
Mutasi Titik dengan adanya substitusi pasangan biasa menyebabkan : mutasi diam (kiri bawah), mutasi salah arti (kanan atas) dan mutasi tanpa arti (kanan bawah). Kiri atas mutasi dengan tipe normal |
Namun demikian, substitusi pasangan basa yang paling menarik adalah substitusi yang menyebabkan perubahan penting di dalam suatu protein. Perubahan satu asam amino di dalam daerah penting suatu protein contohnya tempat aktif suatu enzim akan mengubah aktivitas protein secara signifikan. Kadang-kadang mutasi semacam ini mengarah pada perbaikan protein atau protein memiliki kemampuan baru yang meningkatkan sifat unggul organisme mutan atau keturunannya. Akan tetapi, yang lebih banyak terjadi adalah mutasi yang bersifat mengganggu, menciptakan protein tidak bermanfaat atau protein kurang aktif yang merugikan.
Mutasi substitusi biasanya menghasilkan mutasi salah art1 (missense mutation), yaitu kodon yang berubah tetap mengkode asam amino yang berbeda dari normalnya. (Gambar kanan atas). Akan tetapi, jika mutasi titik mengubah kodon untuk suatu asam amino menjadi kodon stop, translasi akan
dihentikan sebelum waktunya, dan polipeptida hasilnya akan lebih pendek dibandingkan polipeptida yang dikode oleh gen normal. Perubahan yang mengubah kodon asam amino menjadi sinyal stop disebut mutasi tanpa arti (nonsense mutation). (gambar kanan bawah). Hampir semua mutasi tanpa arti menyebabkan protein tidak fungsional,
Insersi dan Delesi
Insersi dan delesi merupakan penambahan atau pengurangan satu atau lebih pasangan nukleotida pada suatu gen. Mutasi ini memiliki efek yang seringkali lebih berbahaya terhadap protein yang dihasilkan daripada efek yang ditimbulkan substitusi. Karena RNAd dibaca sebagai suatu rangkaian triplet nukleotida selama translasi, insersi atau delesi nukleotida bukan kelipatan tiga dapat mengubah kerangka baca (kompleks triplet) kode genetik. Mutasi seperti ini disebut mutasi pergeseran kerangka (frameshift mutation). Semua nukleotida yang terletak di belakang daerah delesi atau insersi dibaca menjadi kodon dan menghasilkan mutasi salah arti yang meluas. Kemudian, cepat atau lambat akan menghasilkan mutasi tanpa arti, terminasi sebelum waktunya. Insersi atau delesi nukleotida berkelipatan tiga tidak menyebabkan mutasi pergeseran kerangka, namun akan mengakibatkan hilang atau bertambahnya asam amino pada polipeptida, sehingga protein yang dikode dapat mengalami perubahan.
Delesi dan insersi pasangan basa menyebabkan pergeseran kerangka bas triplet : Delesi menyebabkan mutasi salah arti(gambar bawah) |
Insersi menyebabkan mutasi tanpa arti (gambar atas) dan delesi tigas nukleotida yang tidak menyebabkan pergeseran kerangka tetapi mengakibatkan mutasi salah arti (gambar bawah) |
MUTASI KROMOSOM
Mutasi kromosom adalah mutasi atau perubahan materi genetik yang disebabkan oleh perubahan pada kromosom. Mutasi kromosom dapat disebabkan oleh gangguan fisik dan kimia yang menyebabkan kesalahan di dalam pembelahan sel (meiosis dan mitosis) sehingga merusak susunan kromosom atau mengubah jumlah kromosom.
Perubahan Susunan Kromosom
Perubahan susunan kromosom dapat disebabkan oleh delesi (penghilangan), duplikasi (penggandaan), inversi (pembalikan), dan translokasi. Delesi terjadi ketika sebuah fragmen kromosom patah dan hilang pada saat pembelahan sel. Kromosom tempat fragmen tersebut berasal kemudian akan kehilangan gen-gen tertentu. Namun dalam beberapa kasus, fragmen patahan tersebut dapat berikatan dengan kromosom homolog, menghasilkan duplikasi. Fragmen tersebut juga dapat melekat kembali pada kromosom asalnya tetapi arahnya terbalik, menghasilkan inversi. Hasil keempat yang bisa terjadi akibat patahnya kromosom adalah fragmen patahan tersebut bergabung dengan suatu kromosom non- homolog, menyebabkan penyusunan ulang yang disebut translokasi. Tipe translokasi yang paling umum adalah translokasi resiprok, yaitu kromosom non-homolog saling bertukar fragmen. Sebaliknya, translokasi non-resiprok terjadi dengan adanya kromosom yang mentransfer fragmen tanpa menerima fragmen lainnya kembali.
Delesi dan duplikasi cenderung terjadi selama meiosis. Kromatid-kromatid homolog kadang-kadang berpisah dan bergabung kembali di tempat-tempat yang "tidak tepat", sehingga salah satu pasangan akan melepaskan gen yang lebih banyak dibandingkan dengan yang didapatkan oleh kromatid tersebut. Hasil dari persilangan yang tidak timbal balik adalah satu kromosom dengan delesi dan satu kromosom dengan duplikasi.
Duplikasi dan translokasi juga cenderung memiliki pengaruh yang membahayakan. Pada translokasi yang timbal balik terjadi pertukaran antara segmen-segmen kromosom non-homolog, sedangkan pada inversi dan translokasi dapat mengubah fenotip karena ekspresi suatu gen dapat dipengaruhi oleh lokasinya di antara gen-gen di dekatnya.
Perubahan Jumlah Kromosom
Ada dua konsep tentang jumlah kromosom, yaitu euploid dan aneuploid. Euploid merupakan variasi pada serangkaian kelompok kromosom atau seluruh materi genetik yang berada di dalam suatu sel (genom). Aneuploid merupakan variasi pada sebuah atau sejumlah kecil kromosom.
Euploid
Euploid didefinisikan sebagai variasi dalam sejumlah set dasar kromosom yang disebut genom. Set dasar kromosom yang dimaksudkan adalah jumlah kromosom terkecil yang pernah dimiliki oleh suatu jenis organisme pada evolusinya. Beberapa contohnya adalah sebagai berikut. Jumlah set dasar kromosom terkecil atau genom pohon kapas (Gossypium sp.) adalah 13. Pada rumput- rumputan, gandum, jelai dan Avena sp. umumnya memiliki genom 7. Aprikot (Prunus armeniaca) memiliki genom 8. Pada tabel memperlihatkan daftar jumlah kromosom di dalam genom sejumlah tanaman budidaya penting dan juga menunjukkan bahwa satu jenis tanaman dapat memiliki variasi genom.
Label genom secara keseluruhan dinyatakan dengan notasi 'X'. Individu yang memiliki notasi IX, 2X atau 3X, berarti memiliki satu, dua, atau tiga genom. Jumlah seluruh kromosomnya adalah hasil perkalian antara jumlah genom dengan jumlah kromosom pada genom tersebut.
Pengertian euploid cukup sederhana. Individu yang memiliki genom tunggal (IX) disebut monoploid, yang genomnya dua (2X) adalah bentuk diploid, 4X adalah tetraploid, 5X adalah pentaploid, 6X adalah heksaploid dan seterusnya. Tingkatan euploidi yang lebih dari diploid biasanya dikelompokkan dalam poliploid. Berdasarkan Tabel tampak bahwa kromosom arbei budidaya adalah oktaploid, alfalfa adalah tetraploid, dan pir adalah diploid.
Jumlah kromosom dan besarnya ploidi pada sejumlah jenis tanaman budidaya penting |
Sering terjadi kekeliruan notasi antara jumlah genom (X) dan jumlah kromosom (n). Tanda X dipakai untuk menyatakan jumlah genom. Setiap genom memiliki jumlah kromosom tertentu. Kromosom semua sel somatik adalah 2n, sedangkan gamet-gametnya merupakan kromosom haploid, yaitu n. Nilai X dan n dapat sama, tetapi dapat pula berbeda. Pada individu yang diploid, genomnya akan 2X, dimana X terdiri dari 7 kromosom. Jadi, jumlah kromosomnya adalah 14 atau 7 pasang. Dengan demikian, jumlah kromosom keseluruhannya adalah 2n = 14, maka n = 7. Dalam hal ini 2X = 2n = 14.
Sebaliknya, pada individu yang heksaploid akan memiliki tanda 6X, tetapi tetap memiliki kromosom somatik 2n dan kromosom gamet n. Jadi, pada individu heksaploid berlaku 6X = 2n = 42, n = 21. Kasus yang khusus akan terjadi bila dijumpai sejumlah genotip yang ganjil. Misalnya pada individu triploid (3X) yang X-nya terdiri dari 7 kromosom. Kromosom sel somatiknya 2n = 21, tetapi garnetnya (n) akan memiliki jumlah kromosom yang tidak sama ketika terjadi segregasi pada saat meiosis. Euploidi juga dibedakan lagi menjadi autopoliploid dan alopoliploid.
- Autopoliploid
Autopoliploid (auto = sendiri) merupakan kelipatan jumlah kromosom yang berasal dari genom spesies yang sama. Autopoliploid terdiri dari beberapa genom yang identik dengan kromosom-kromosom aslinya. Misalnya pada autotriploid, kromosomnya terdiri atas 3 genom (3X). Setiap genom memiliki sejumlah set kromosom yang sama.
Pada meiosis abnormal, pemisahan kromosom berlangsung secara tidak wajar sehingga menghasilkan jumlah kromosom seperti semula (2n). Jika gamet 2n ini berkombinasi dengan gamet lain hasil dari meiosis normal, akan dihasilkan zigot yang memiliki satu set kromosom ekstra, atau zigot ini dikatakan memiliki tripel set kromosom. Namun, suatu individu yang jumlah kromosomnya telah melewati jumlah tertentu umumnya sukar untuk hidup normal. Daya tahan setiap jenis organisme terhadap autopoliploid ini cukup bervariasi. Ada jenis yang toleran untuk autooktaploid, sementara jenis lain dengan autotetraploid sudah tidak mampu hidup normal.
Selain secara alami, poliploid dapat dilakukan secara buatan, yaitu melalui induksi zat-zat kimia atau dengan perbedaan perlakuan terhadap panas atau dingin menggunakan suhu tertentu. Zat kimia yang umum dipakai dalam hal ini adalah kolkisin. Kolkisin dapat mengaktifkan jaringan meristem untuk memutuskan benang-benang spindel dan membantu terjadinya pembelahan sel. Tanpa benang spindel, kromatid-kromatid tidak dapat dipisahkan. Oleh karena itu, jumlah kromosomnya meningkat (poliploid), misalnya dua kali lipat kromosom normal. Jika zat kimia tersebut diperpanjang penggunaannya, akan terjadi perbanyakan jumlah kromosom.
Jika sel diploid mengalami autopoliploid, sel tersebut akan membentuk tetraploid. Sel ini kemudian mengalami pembelahan meiosis membentuk gamet yang diploid. Jika gamet-gamet tersebut mengalami fertilisasi, terbentuklah anakan tetraploid yang fertil. Akan tetapi, fertilisasi antara tanaman mutan tetraploid dengan tanaman diploid akan membentuk zigot triploid yang steril. - AlopoliploidAlopoliploid (iallo = berbeda) merupakan kelipatan jumlah kromosom yang berasal dari genom spesies yang berbeda. Terbentuknya spesies alopoliploid berasal dari penyilangan antara dua spesies. Meskipun hasil penyilangan steril, tetapi individu tersebut dapat lebih kuat (vigor) dibanding induknya dan dapat mengalami perbanyakan secara tidak kawin.
Tanaman alopoliploid memiliki genom yang berbeda, baik pada tingkat marga, jenis, dan anak jenis. Gandum yang digunakan dalam industri roti saat ini adalah gandum yang aloheksaploid (6X) yang memiliki formula genom AABBDD. Bentuk diploidnya adalah 2n = 42 dan haploidnya n = 21.
Jenis gandum ini merupakan hasil penyilangan nenek moyang alotetraploid (4X) AABB dengan rumput diploid liar DD. Jenis tetraploid merupakan hasil penyilangan antara dua jenis diploid (2X) yang berturut-turut memiliki genom AA dan BB. Termasuk dalam kelompok yang tetraploid ini adalah gandum durum yang dipakai sebagai bahan baku produksi makaroni dan spageti. Menurut hasil penelitian sitologi, nenek moyang yang menurunkan genom A dan D diduga merupakan bentuk primitif gandum ('Triticum monococcum) dan rumput liar (Triticum tauschii) yang dulunya dikenal dengan Aegilops squarrosa. Asal-usul genom B masih belum diketahui.
Aneuplid
Aneuploid adalah variasi jumlah kromosom yang diakibatkan adanya pengurangan atau penambahan satu atau sejumlah kecil kromosom, tetapi tidak berlangsung pada seluruh genom.
Idealnya, pada pembelahan sel benang spindel mendistribusikan kromosom pada sel-sel anak tanpa kesalahan. Akan tetapi, adakalanya terjadi kecelakaan yang disebut gagal berpisah (non disjunction), yaitu pada saat bagian-bagian dari sepasang kromosom yang homolog tidak bergerak memisahkan diri sebagaimana mestinya pada waktu meiosis I, atau pada saat pasangan kromatid gagal berpisah selama meiosis II. Pada kasus-kasus ini, satu gamet menerima dua jenis kromosom yang sama dan satu gamet lainnya tidak mendapat salinan sama sekali (Gambar 6.11). Kromosom-kromosom lainnya biasanya terdistribusi secara normal. Jika salah satu di antara gamet-gamet yang menyimpang ini bersatu dengan gamet normal pada waktu pembuahan, keturunannya akan memiliki jumlah kromosom yang tidak normal disebut aneuploid.
Kromosom yang berpasangan normal yaitu 2n, disebut disomi. Jika satu kromosom hilang sehingga sel memiliki jumlah kromosom 2n - 1, sel aneuploidnya disebut monosomi. Jika dua kromosom yang hilang, disebut nulisomi (2n - 2). Jika pada dua pasangan masing-masing ada satu kromosom yang hilang, individu tersebut dikatakan mengalami monosomi ganda (2n - 1 - 1). Peristilahan untuk kromosom yang hilang selanjutnya dapat dipahami melalui contoh-contoh berikut ini.
Kromosom dapat hadir dalam bentuk triplikat (rangkap tiga) di dalam sel telur yang sudah dibuahi. Akibatnya sel aneuploidnya memiliki total kromosom 2n + 1 yang disebut trisomi. Jika ada dua kromosom lebih, namanya menjadi tetrasomi (2n + 2)1 Dengan demikian, pada trisomi ganda akan ada penambahan satu kromosom untuk setiap pasangan tersebut, yaitu (2n + 1 + 1).
Kemudian mitosis akan meneruskan kelainan ini pada semua sel embrionik. Jika organisme tersebut mamp{T bertahan hidup, organisme biasanya memperlihatkan sejumlah gejala yang disebabkan oleh abnormalnya jumlah gen. Gagal berpisah dapat juga terjadi selama mitosis. Jika kesalahan semacam ini berlangsung di awal-awal perkembangan embrionik, kondisi aneuploid diteruskan oleh mitosis kepada sejumlah besar sel dan akan berdampak besar bagi organisme tersebut.
Kelainan-Kelainan pada Manusia yang disebabkan oleh Perubahan Kromosom
Perubahan jumlah dan susunan kromosom berkai dengan sejumlah kelainan serius pada manusia. Ketika berpisah terjadi dalam meiosis, akibatnya adalah aneup yaitu terdapatnya kromosom dalam jumlah yang abnon dalam gamet yang diproduksi dan kemudian di dalam : Meskipun frekuensi zigot aneuploid cukup tinggi pada manusia, sebagian besar perubahan kromosomal tersebut dapat membahayakan perkembangan sehingga embrio- embrionya secara spontan (alamiah) digugurkan jauh sebelum kelahiran. Akan tetapi, beberapa tipe aneuploid nampaknya tidak terlalu mengganggu keseimbangan genet Individu-individu dengan keadaan aneuploid tersebut dapa bertahan hidup sampai lahir dan seterusnya, tetapi memilik sejumlah gejala suatu sindrom yang karakteristiknya tergantung dari tipe aneuploid.
Salah satu keadaan aneuploid adalah sindrom Down. Sindrom Down biasanya disebabkan oleh kelebihan kromosom 21, sehingga setiap sel tubuh memiliki total 47 kromosom. Dari sudut pandang kromosom, sel-sel tersebut dinamakan trisomi untuk kromosom 21. Meskipun kromosom 21 merupakan kromosom manusia yang paling kecil, trisominya mengubah fenotip individu tersebut. Sindrom Down meliputi penampakan wajah yang khas, tubuh pendek, cacat jantung, kerentanan terhadap infeksi saluran pemapasan, dan lemah mental.
Kariotipe sindrom Down menunjukkan trisomi pada kromosom 21 |
Lebih jauh lagi, individu yang menderita sindrom Down memiliki kecenderungan untuk menderita penyakit leukemia dan alzheimer (mungkin bukan suatu kebetulan bahwa gen- gen tertentu yang berhubungan dengan kedua penyakit tersebut terletak pada kromosom 21). Meskipun orang-orang yang menderita sindrom Down rata-rata memiliki harapan hidup yang jauh lebih pendek dibandingkan orang normal, beberapa di antaranya dapat hidup sampai umur 50 tahun atau lebih. Sebagian besar penderita sindrom Down terhambat perkembangan seksualnya dan mandul. Jadi, sebagian besar kasus sindrom Down adalah akibat terjadinya gagal berpisah pada waktu pembentukan gamet pada salah satu orangtuanya.
Anak dengan Down Syndrome |
Frekuensi sindrom Down berkorelasi dengan umur si ibu. Sindrom Down terjadi pada 0,04% anak yang dilahirkan oleh wanita yang berumur di bawah 30 tahun. Risiko tersebut bertambah menjadi 1,25% terhadap anak yang dilahirkan oleh ibu yang berumur sedikit di atas 30 tahun, bahkan lebih tinggi lagi terhadap ibu yang berumur lebih tua. Korelasi sindrom Down dengan umur ibu belum dapat dijelaskan.
Tidak ada kelainan kromosom lain yang diketahui mengikuti pola kemunculan sindrom Down yang meningkat seiring dengan umur ibu. Tambahan kromosom X pada anak laki-laki menghasilkan XXY yang muncul kira-kira sekali dalam 2000 kelahiran hidup. Orang-orang dengan kelainan ini disebut sindrom Klinefelter. Penderita memiliki organ kelamin jantan tetapi ukuran testisnya sangat kecil dan laki- laki tersebut steril. Sindrom tersebut meliputi pembesaran dada dan karakteristik-karakteristik tubuh wanita lainnya. Individu yang terkena biasanya memiliki kecerdasan normal. Laki-laki dengan ekstra kromosom Y (XYY) tidak memiliki sindrom yang terdefinisi dengan jelas, meskipun mereka cenderung lebih tinggi dibandingkan kebanyakan orang. Perempuan dengan trisomi X (XXX), yang terjadi sekali dalam kira-kira 1000 kelahiran hidup, tampak sehat dan tidak dapat dibedakan dari perempuan dengan kromosom XX kecuali dari kariotipenya. Monosomi X, disebut sindrom Tumer, terjadi sekitar satu kali setiap 5000 kelahiran dan merupakan satu-satunya monosomi yang dapat hidup pada manusia. Meskipun individu-individu XO ini secara fenotip adalah perempuan, namun organ kelamin mereka tidak menjadi matang pada saat remaja, dan ciri-ciri seks sekunder gagal berkembang. Individu-individu semacam ini steril dan memiliki tubuh pendek. Sebagian besar memiliki kecerdasan normal.
Sekalipun jumlah kromosom normal, perubahan struktural kromosom dapat menyebabkan kelainan atau penyakit pada manusia. Banyak delesi kromosom manusia (lihat kembali Gambar 6.6a) menyebabkan masalah yang serius pada keadaan fisik dan mental. Salah satu sindrom semacam itu dikenal sebagai Cri du chat ("tangisan kucing"). Anak yang dilahirkan dengan delesi pada kromosom nomor 5 memiliki mental terbelakang, memiliki kepala yang kecil m dengan penampakan wajah yang tidak biasa, dan memiliki tangisan yang suaranya seperti suara kucing yang menderita. Penderita penyakit ini biasanya meninggal ketika masih bayi atau anak-anak.
Bayi dengan Cri Du Chat Syndrome |
Satu tipe perubahan lain pada struktur kromosom yang berhubungan dengan kelainan pada manusia adalah translokasi kromosom, penempelan fragmen dari satu kromosom ke kromosom lain yang tidak homolog (Lihat kembali Gambar 6.7d). Translokasi kromosom telah ditemukan terdapat pada penyakit kanker tertentu. Salah m satu contohnya adalah Chronic Myelogenous Leukemia m (CML). CML atau leukemia adalah kanker yang menyerang sel-sel yang menghasilkan sel-sel darah putih, dan di dalam sel-sel kanker penderita CML telah terjadi translokasi timbal balik. Sebagian dari kromosom nomor 22 telah bertukar tempat dengan sebuah fragmen kecil dari ujung kromosom nomor 9.
0 comments:
Post a Comment