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