PERUBAHAN MATERI GENETIK : PENGERTIAN MUTASI, DAN SEBAB-SEBAB MUTASI

Mutasi merupakan perubahan materi genetik dan perubahan ini umumya dapat diwariskan dan dapat dideteksi. Perubahan materi genetik DNA dan RNA itu dapat berupa perubahan atau pengurangan unit penyusun, perubahan susunan, dan sebagainya. Secara umum penyebab mutasi adalah keadaan atau faktor-faktor lingkungan, di samping keadaan atau faktor internal materi genetik. Terdapat dua macam mutasi yakni mutasi spontan dan mutasi terinduksi. /mutasi spontan adalah mutasi yang terjadi tanpa sebab-sebab yang jelas sedangkan mutasi terinduksi adalah mutasi yang terjadi karena pemaparan makhluk hidup pada penyebab mutasi semacam radiasi pengion, radiasai ultraviolet, dan berbagai senyawa kimia. Berkt merupakan pemjelasan sebab-sebab mutasi:

1. Keadaan atau faktor internal materi genetik

Keadaan atau faktor internal materi genetik yang dapat menjadi sebab terjadinya mutasi spontan antara lain:

a).  kesalahan pada replikasi DNA, misalnya yang terkait dengan tautomerisme (sebagai akibat perubahan posisi sesuatu proton yang mengubah sesuatu sifat kimia molekul).

Gambar 1 Peristiwa tautomerisasi pada basa sitosin dan adenin

(Sumber: wiki.cstl.semo.edu)

Gambar 2 Peristiwa mutasi yang terjadi akibat perubahan tautomerik pada suatu basa DNA. (Sumber: kamriantiramli.wordpress.com)

b). penggelembungan unting di saat replikasi, perubahan kimia tertentu secara spontan, transposisi elemen transposabel, dan efek mutator. Penggelembunagn unting DNA di saat replikasi dapat terjadi pada unting lama maupun unting baru. Jika penggelembungan tejadi pada unting lama maka akan terjadi delesi pada unting baru, sebaliknya jika penggelembungan terjadi pada unting baru, maka akan terjadi adisi pada unting baru tersebut.

Gambar 3 Peristiwa delesi

(Sumber: puma2aja.blogspot.com)

c). Depurinasi dan deaminasi yang merupakan peristiwa kimia yang dapat menyebabkan mutasi. Pada depurinasi, suatu purin tersingkir dari DNA karena terputusnya ikatan kimia antara purin dan gula deoksiribosa. Sedangkan pada deaminasi, suatu gugus amino tersingkir dari basa. Dalam peristiwa depurinasi, jika tersingkirnya purin itu tidak diperbaiki maka disaat replikasi tidak terbentuk pasangan basa komplementer yang lazim

Gambar 4 Depurinasi pada suatu unting DNA

(Sumber: bio.miami.edu)

Gambar 5 Deaminasi

(Sumber: web-books.com)

d). Perpindahan atau transposisi elemen transposable. Peristiwa ini terjadi karena terjadi insersi dalam gen

e). Gen mutator merupakan gen-gen yang ekspresinya mempengaruhi mempengaruhi frekuensi mutasi gen-en lain.

2. Keadaan atau faktor dalam lingkugan sebagai  sebab mutasi

1), Radiasi dan suhu. Radiasi sebagai penyebab mutasi dibedakan menjadi radiasi pengion berenergi tinggi. Berkenaan dengan radiasi pengion diketahui bahwa perubahan tekanan oksigen dan suhu, jika berhubungan dengan proses penyinaran juga dapat mengubah mutasi secara signifikan. Tekanan oksigen yang rendah dapat menurunkan mutasi. Oksigen dapat memperbesar efek penyinaran, tetapi hanya selama penyinaran. Oksien meperlihatkan efek yang lebih rendah pada kondisi penyinaran tinggi dibandingkan pada kondisi penyinaran moderat. Sinar UV tidak meninduksi ionisasai melainkan mengiatkan atom-atom yang dijumpai. Dalam molekul DNA, senyawa yang paling digiatkan adalah purin dan pirimidin, karena kedua macam seneyawa itu meyerap cahaya pada panjang gelombang 254-260 nm yang merupakan rentang panjang gelombang sinar UV. Hasil penelitian in vitro membuktikan baha pirimidin dan timin sangat kuat menyerap sinar UV pada panjang gelombang 254 nm ,sehingga menjadi sangat reaktif. Dua produk hasil penyerapan UV adalah hidrat pirimidin dan dimer pirimidin. Efek utama dari radiasi UV adalah dimerisasi timin yang menimbulkan suatu mutasi tidak langsung dalam dua cara yaitu:

- dimer timin mengganggu heix ganda DNA serta mengambat replikasi DNA secaa akurat

- kesalahan yang kadag-kadangterjadi selama proses sel memperbaiki DNA yang rusak seperti DNA yang mengandung dimer timin..

Suhu diketahui meneybabkan terjadinya peristiwa terjadinya poliploidi. Selain faktor radiasidan suhu, perlakuan dengan tekanan hidrostatik juga dapat menginduksi terjadinya mutasi.

Penyebab Mutasi dalam Lingkungan yang Bersifat Kimiawi

Penyebab mutasi dalam lingkungan kimiawi disebut sebagai mutagen kimiawi. Mutagen kimiawi dapat dipilah menjadi tiga kelompok yaitu: analog basa, agen pengubah basa (basa modifying agent), dan agen penyela (intercalating agent).

·         Analog Basa

Senyawa-senyawa yang tergolong analog basa adalah yang memiliki struktur molekul yang sangat mirip dengan yang dimiliki basa pada umumnya terdapat pada DNA. Dua contoh analog basa tersebut adalah 5-Bromourasil (5BU) dan 2-aminopurin (2-AP).

5-bromourasil adalah sutu analog timin. Proses mutasi yang terjadi adalah posisi gugus 5 ditempati oleh gugus brom, padahal sebelumnya ditempati oleh gugus metal (CH3). Keberadaan gugus bro mini menyebabkan terubahnya distribusi muatan serta meningkatkan peluang perubahan tautomerik. ). 5-BU ini menginduksi mutasi melalui peralihan antara kedua bentukan 5-BU, sesaat setelah analog basa itu diinkorporasikan dalam bentuk keto (bentuk normal), maka analog basa itu berpasangan dengan adenine. Selanjutnya jika bentuk keto 5-BU beralh ke bentuk enol (bnetuk yang jarang) selama replikasi, maka analog basa ini akan berpasangan dengan guanine, dan pada proses replikasi berikut dari pasangan G-5 BU akan muncul pasangan G-C dan ukan A-T. dalam hal ini sudah terjadi suatu mutasi transisi dari A-T menjadi G-C

Ke dua adalahmutagen 2 aminopurin (2AP) adalah 5 BU. 2AP memiliki dua bentuk yaitu bentuk amino(bentuk normal ) serta bentuk imino (bentuk yang jarang)pada bentuk amino 2AP berperan sebagai adenine dan berpasangan dengan timin. Pada bentuk imino, 2 AP berpasangan dengan guanine dan berpasangan dengan sitosin. Selanjutnya 2 AP  menginduksi mutasi transisi, yaitu AC menjadi GC atau GC menjadi AT tergantug bentuknya (amino  transisi yaitu AC). Seperti pada 5 BU, 2 AP juga menginduksi mutasi transisi, yaitu A-C menjadi G-C atau G-C menjadi A-T, tergantung bentuknya apakah dalam bentuk amino ataukah amini). Berkenaan dengan mutasi transisi yang diinduksi oleh analog basa tersebut 2 AP dapat mengubah kembali mutan yang diinduksi oleh 5 BU, demikian pula sebaliknya.

Gambar 1. Induksi mutasi transisi oleh basa 5 BU

Gambar 2. Perpasangan antara (a) 2 AP yang berperan sebagai adenine dan timin, serta antara (b) 2 AP yang berperan sebagai guanine dna sitosin

·         Agen Pengubah Basa (Basa Modifying Agent)

Senyawa yang tergolong agen pengubah basa yaitu mutagen yang secara langsung mengubah struktur maupun sifat kimia basa. Yang termasuk kelompok ini adalah agen demiasi (diaminating agen), agen hidroksilasi (hydroxylation agent) serta agen alkilasi ( alkylating agent).

Asam nitrit (HNO2) menyingkirkan gugus amino (-NH2) dari basa guanine, sitosin dan adenine. Perlakuan dengan asam nitrit atas guanine menghasilkan xarthin yang berperilaku layaknya guanine sehingga tidak ada mutasi yang terjadi. Perlakuan asam nitrit dengan sitosin menghasilkan urasil yang berpasangan dengan adenine sehingga terjadi mutasi transisi (selama replikasi) C G menjadi T A. di lain pihak akibat adanya perlakuan asam nitrit, adenine berubah menjadi xypoxantin yang lebih berpeluang berpasangan dengan sitosin dibanding dengan timin dan sebagai akibatnya terjadi mutasi transisi A T menjadi G C.

 

Gambar . Kerja dari kelompok agen pengubah basa atau base modifying agent

Sebagai agen hydroksilasi, mutagen hydroxylamine NH2OH bereaksi khusus dengan sitosin, mengubahnya dengan menambah gugus hidroksil (OH), sehingga terbentuk hidroxylaminosytosine yang hanya berpasangan dengan adenine, dan sebagai akibatnya terjadi mutasi transisi C G menjadi T A.  mutan yang terbentuk dapat pulih karena pengaruh mutasi yang diinduksi oleh mutgen lain seperti 5 BU, 2 AP, maupun asam nitrit.

Agen alkilasi MMS (Methilethane Sulfonate) mengintriduksi gugus alkil misal ( -CH3-CH2-CH3) ke dalam basa dalam sejumlah posisi. Dalam hal ini agen alkilasi menyebabkan perubahan pada basa yang berakibat terbentuknya pasangan yang tidak lazim.

·         Agen Interkalasi

Mutagen kimia berupa agen interkalasi bekerja dengan cara melakukan insersi antara basa-basa berdekatan dengan pada satu atau dua unting DNA. Contoh agen interkalasi antara lain proflavin, acridine, ethidium bromide, dioxin dan ICR-70.

Gambar . Mutasi yang terjadi karena agen interkalasi

Mutasi rangka (frameshift mutation) yang terjadi melalui adisi

Mutasi rangka yang terjasi melalui delesi

Jika agen interkalasi melakukan insersi antara pasangan basa yang berdekatan pada DNA template (pada waktu replikasi) maka suatu basa tambahan dapat diinsersikan pada unting DNA baru berpasangan dengan agen interkalasi. Setelah beberapa kali terjadi replikasi yang diikuti oleh hilangnya agen interkalasi, akibat yang muncukl adalah terjadinya suatu mutasi rangka (frameshift mutation) karena insersi suatu pasangan basa, mutasi rangka juga dapat dikerenakan karena delesi satu pasang basa.

Hal yang diakibatkan dari adanya mutasi rangka adalah semua asam amino yang dikode sesudah titik mutasi dapat dikatakan menyimpang sehingga protein yang dihasilkan bersifat nonfungsional. Dampat mutasi rangka dapat diperbaiki melalui perlakuan dengan agen-agen interkalasi.

Mutagen –mutagen kimiawi  tersebut dapat dipilah menjadi dua kelompok, yaitu kelompok mutagen kimiawi yang pertama terhadap DNA yang sedang bereplikasi maupun yang sedang tidak bereplikasi. Kelompok mutagen kimiawi yang ke dua adalah hanya berpengaruh terhadap DNA yang sedanga bereplikasi contohnya analog basa.