PERUBAHAN MATERI GENETIK, PENGERTIAN MUTASI, DAN SEBAB-SEBAB MUTASI, MACAM-MACAM MUTASI DAN MUTASI ACAK, LAJU MUTASI DAN DETEKSI MUTASI RESUME
Disusun untuk Memenuhi Tugas Praktikum Matakuliah Genetika 1 Yang Dibina Oleh Prof. Dr. Agr. Mohamad Amin S.Pd, M.Si
Oleh Kelomok !" Offering # $ai%a &ur #m a'ati &ingsih
(1)*+!-*-+/
$itriaMaulita
(1)*+!-*-*1*/
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN BIOLOGI MARET 2017
Penge!"#n M$!#%"
Mutasi adalah hasil erubahan 0ang daat (tidak selalu/ di'ariska n serta 0ang daat (tidak selalu/ dideteksi. Perubahan materi genetik D&A dan &A itu daat berua erubahan atau engurangan unit en0usun, erubahan susunan, erubahan 2umlah dan sebagain0a. Pen0ebab mutasi disebabkan keadaan atau faktor3faktor lingkungan dan faktor3faktor internal materi genetik.Mutasi sontan adalah erubahan materi genetik 0ang ter2adi tana sebab3sebab 0ang 2elas, dan mutasi tereduksi adalah erubahan materi genetik 0ang ter2adi akibat emamatan makhluk hidu ada en0ebab mutasi dari radiasi engion, radiasi ultra4iolet, dan berbagai sen0a'a kimia. F#&!' In!en#( M#!e" Gene!"& %e)#g#" Pen*e)#) M$!#%"
1. Adan0a kesalahan ada reli kasi D&A 0a ng terkai t dengan tautorisme (seba gai akiba t erubahan osisi sesuatu roton 0ang mengubah sesuatu sifat kimia molekul/. Pada basa urin dan irimidin erubahan tautomeril mengubah sifat erikatan hidrogenn0a. 5fek erikatan antara basa3basa urin dan irimidin dengan asangan tautomer tamak 2ika ada saat relikasi D&A. Maka, 2ika asangan tidak la%im memisah ada relikasi berikutn0a, masing3masing akan berasangan dengan basa komlementern0a, sehingga ter2adi mutasi. S6 daat membentuk ikatan hidrogen dengan A, G6 dengan T, T6 dengan G serta A6 dengan S ( A0ala dan Kiger, 178/. S6, G6, T6, dan A6 adalah bentukan 0ang 2arang dari basa S, G, T, dan A akibat Tautomerisme (S6 adalah tautomer dari S, G adalah
tautomer dari G, T6 adalah tautomir dari T, sert a A6 adalah tautomer
dari A/.
!. Pen0ebab ter2adin0a mutas i sontan adalah 9Pengg elembungan: unting ketik a roses relikasi, erubahan kimia tertentu se;ara sontan, transosisi elemen, transosable dan efek gen mutator. Penggelembungan unting D&A di saat relikasi daat ter2adi ada unting lama (temlate/ mauun unting baru.
ter2adi ada unting baru, maka akan ter2adi adisi"enambahan ada unting baru.
+. Pen0ebab lainn0a disebabkan deurinasi dan deaminasi basa3basa tertentu, ada deurinasi, suatu urin (adenin dan guanin/ tersingkir dari D&A karena adan0a ikatan kimia antara urin dan gula deoksiribose. Pada deaminasi, suatu gugus amino tersingkir dari basa.
. Pada deaminasi, suatu gugus amino tersingkir dari basa. Deam inasi sitosin dan )3 metilsitosin= >rasil (sebagai hasil deaminasi sitosin/ bukan meruakan basa 0ang la%im ada D&A. Oleh karena itu sebagian besar urasil akan disingkirkan kembali dan diganti
dengan sitosin melalui sistem erbaikan. (Proses erbaikan itu meminimkan ter2adin0a mutasi/.
mutasi erubahan asangan basa )3metilsitosin
S3G men2adi T3A (ussel, 177!/.
D&A makhluk hidu rokariotik mauun eukariotik mengandung se2umlah ke;il @asa )3metilsitosin S, maka damak Deaminasi )3metilsitosin semakin terasa karena erubahan )3 metilsitosin S3G men2adi T3A tidak daat dierba iki, sehingga lokasi basa )3metilsitosin S ada genom sering terlihat sebagai titik3titik anas mutasi atau Mutational hot-spot (ussel, 177!/, ada lokasi itu frekuensi ter2adi mutasi leih tinggi dariada frekuensi rata3rata.
). Perindahan atau Transosisi 5lemen Transosabel Daat berakibat ter2adin0a mutasi gen 0aitu ter2adi insersi ke dalam gen 0ang daat • memengaruhi eksresi gen dengan ;ara insersi ke dalam urut3urutan engatur gen, •
dan men0ebabkan mutasi kromosom atau aberasi kromosom (ussel, 177!/. @ukti tentang eran transosisi elemen transosabel sebagai salah satu sebab ter2adin0a mutasi ada Drosophila,. ?ontoh= alel mutan ada Drosophila karena insersi elemen transosabel antara lain= s, n, hf, hd (Gardner dkk,1771/ 0ang meruakan alela ganda 0ang terletak ada lokus hite kromosom.
Gen mutator ialah gen 0ang eksresin0a memengaruhi frekuensi mutasi gen3gen lain dan frekuensi mutasi gen3gen lain itu biasan0a meningkat. ?ontoh= makhluk hidu 0ang sudah diketahui memiliki gen mutador adalah E coli dan Drosophila (A0ala dan Kiger, 178/. Yaitu gen mutador ada 5 ;oli ialah mut D 0ang mengubah sub unit 5 D&A olimerasi ### (atson, dkkB 178/. Dan mut S men0ebabkan ter2adin0a ergantian urin dengan urin atau irimidin dengan irimidin, mauun ergantian urin dengan irimidin dan sebalikn0a, dan mutan mut T men0ebabkan ter2adin0a ergantian ACT men2adi S3G. F#&!' +#(# L"ng&$ng#n %e)#g#" Pen*e)#) M$!#%"
Pen0ebab mutasi tidak han0a berasal dari internal materi genetik itu sendiri, tetai 2uga faktor dalam lingkungan. Pen0ebab mutasi dari dalam lingkungan dibedakan men2adi beberaa bagian 0aitu 0ang bersifat fisik, kimia'i, dan biologis. @erikut akan di2elaskan satu ersatu dari en0ebab3en0ebab tersebut. 1. Pen0ebab mutasi dalam lingkungan 0ang bersifat fisik Pen0ebab mutasi dalam lingkungan 0ang bersifat fisik adalah radiasi dan suhu. adiasi sebagai en0ebab mutasi dibedakan men2adi radiasi engion dan radiasi bukan engion (Gardner et al , 1771/. adiasi engion berenergi tinggi, sedang radiasi bukan engion berenergi rendah. ?ontoh radiasi engion misaln0a radiasi sinar , radiasi sinar gamma, dan radiasi kosmik. Pada saat ini radiasi engion diinduksi oleh sinar , roton dan neutron 0ang dihasilkan mesin, mauun oleh sinar E, F, dan 0ang dibebaskan isoto radioaktif dari elemen seerti +!P, +)S, ;obalt 7*, dan sebagain0a. ?ontoh radiasi bukan engion misaln0a radiasi sinar ultra4iolet (>H/. adiasi engion mamu menembus 2aringan"tubuh makhluk hidu karena berenergi tinggi. Selama menembus 2aringan"tubuh makhluk hidu, sinar bertenaga tinggi ini
berbenturan dengan atom3atom sehingga ter2adi embebasan elektron dan terbentuklah ion3 ion ositif. #on3ion ositif tersebut selan2utn0a berbenturan dengan molekul lain, sehingga ter2adi embebasan elektron dan terbentuklah ion3ion ositif lebih lan2ut, dan melalui ;ara ini terbentuklah suatu sumbu ion sean2ang 2alur terobosan sinar bertenaga tinggi itu (Gardner et
al, 1771/. adiasi ultra4iolet meruakan radiasi elektromagnetik dengan an2ang gelombang dari 1**3** nm. adiasi >H ini berengaruh langsung ada D&A. @asa3basa D&A men0era gelombang samai ada sekitar !) nm, dan >H sangat dekat dengan an2ang gelombang ini, sehingga disera oleh D&A se;ara efisien. Sinar >H mengakibatkan basa3basa irimidin 0ang saling berdekatan untuk bereaksi silang satu dengan 0ang lainn0a membentuk dimer (Gambar !.1/. Dimer timin se;ara khusus lebih sering. Meskiun D&A olimerase daat melakukan rosesing dengan mele'ati seluruh dimer timin, ini akan meninggalkan sebuah bagian untai tunggal 0ang membutuhkan erbaikan. Proses erbaikan D&A ada gilirann0a men0ebabkan insersi dari basa3basa 0ang tidak teat ada untai baru 0ang disintesis. Oleh karena itulah daat men0ebabkan mutasi.
Pada tumbuhan dan he'an tingkat tinggi sinar >H daat menembus laisan sel3sel ermukaan karena berenergi rendah, serta tidak menimbulkan ionisasi. Sinar >H membebaskan energin0a keada atom3atom 0ang di2umai, meningkatkan elektron3elektron ada orbit luar ke tingkat energi 0ang lebih tinggi. Atom3atom 0ang memiliki elektron3 elektron sedemikian din0atakan tereksitasi atau tergiatkan. eakti4itas 0ang meningkat dari atom3atom ada molekul D&A meruakan dasar dari efek mutagenik radiasi sinar >H mauun radiasi sinar engion (Gardner et al, 1771/.
eakti4itas 0ang meningkat tersebut mengundang ter2adin0a se2umlah reaksi kimia, termasuk mutasi. Pada ken0ataann0a radiasi engion daat men0ebabkan ter2adin0a mutasi gen dan emutusan kromosom 0ang berakibat delesi, dulikasi, in4ersi, translokasi, serta fragmentasi kromosom umumn0a (Gardner et al , 1771B ussel, 177!B Klug dan ?ummings, 177/. !. Pen0ebab mutasi dalam lingkungan 0ang bersifat kimia'i Pen0ebab mutasi dalam lingkungan kimia'i disebut 2uga sebagai mutagen kimia'i. Mutagen3mutagen kimia'i menurut ussel (177!/ daat diilah men2adi + kelomok 0aitu analog basa, agen engubah basa ( base modifying agent /, dan agen en0ela ( intercalating
agent/. a/ Analog basa meruakan sen0a'a3sen0a'a 0ang tergolong analog basa adalah 0ang memiliki struktur molekul sangat miri dengan 0ang dimiliki basa 0ang la%imn0a terdaat ada D&A. Dua ;ontoh analog basa adalah )3@romourasil ()3@romoura;il atau )3@>/ dan !3aminourin (!3aminourine atau !3AP/. )3bromourasil adalah suatu analog timin. Dalam hubungan ini osisi karbon ke3) ditemati oleh gugus brom, 0ang sebelumn0 a ditemati oleh gugus metil (?I +/. Pada bentuk keto (0ang lebih stabil/ )3@> berasangan dengan adenin, sebalikn0a ada bentuk enol (0ang lebih 2arang/ )3@> berasangan dengan Guanin.
)3@> menginduksi mutasi eralihan antara kedua bentukan )3@>, sesaat setelah analog basa itu diinkororasikan dalam bentuk keto (bentuk normal/, maka analog basa itu berasangan dengan adenin. beralih ke bentuk enol (bentuk 0ang 2arang/ selama relikasi, maka analog basa itu akan berasangan dengan guanin.
!3aminourin 2uga memiliki ! bentuk 0aitu bentuk amino (bentuk normal/ serta bentuk imino (bentuk 0ang 2arang/. Pada bentuk amino, !3AP bereran sebagai adenin dan berasangan dengan timin. Pada bentuk imino, !3AP bereran sebagai guanin dan berasangan dengan sitosin.
@erkenaan dengan analog basa, dikenal ula AJT ( azidothymidine/, sema;am ra;un 0ang diberikan keada enderita A#DS untuk mela'an I#H. AJT daat diinkororasikan ke ;D&A (hasil transkrisi balik 0ang dikatalisasi oleh en%im
reversetranscriptase. Dalam hal
ini AJT bereran sebagai suatu analog timidin, 0ang daat menghambat ;D&A 4irus, sehingga menghalangi sintesis 4irus 0ang baru. b/ Agen engubah basa meruakan sen0a'a3sen0a'a 0ang tergolong agen engubah basa adalah mutagen 0ang se;ara langsung mengubah struktur mauun sifat kimia dari
basa. Yang termasuk kelomok ini adalah agen deaminasi, agen hidroksilasi, serta agen alkilasi. 3
Asam nitrit (I&O !/ men0ingkirkan gugus amino (3&I !/ dari basa guanin, sitosin, dan adenin. Perlakuan asam nitrit atas guanin menghasilkan antin (bererilaku seerti guanin sehingga tidak ter2adi mutasi/. Suatu mutan 0ang timbul akibat mutasi 0ang diinduksi oleh asam nitrit daat berbalik oleh asam nitrit 2uga. Ker2a asam nitrit ada
3
basa guanin, sitosin, dan adenine. Agen hidroksilasi, mutagen hydroxylamine &I!OI bereaksi dengan sitosin, mengubahn0a dengan menambah gugus hidroksil (OI/, sehingga terbentuk
hydroxylaminocytosine 0ang han0a berasangan dengan adenin (ter2adi mutasi transisi ?G men2adi TA/. Pengaruh mutasi diinduksi oleh mutagen lain seerti ) @>, ! AP, mauun asam nitrit.
3
Agen alkilasi MMS ( methylmetane sulfonate/ mengintroduksi gugus alkil (misaln0a C ?I+3?I!3?I+/ ke dalam basa ada se2umlah osisi. Agen alkilasi men0ebabkan erubahan ada basa 0ang berakibat terbentukn0a asangan 0ang tidak la%im.
3
Agen interkalasi melakukan insersi antara basa3basa berdekatan dengan ada satu atau kedua unting D&A. ?ontoh agen interkalasi antara lain rofla4in, a;ridine, ethidium bromide (5t@r/, dioin, dan #?3*.
basa tambahan daat diinsersikan ada unting D&A baru berasangan dengan agen interkalasi.
Menurut Gardner (1771/ mutagen kimia daat dikelomokkan men2adi ! kelomok, 0aitu 0ang berengaruh terhada D&A 0ang sedang berelikasi mauun 0ang tidak berelikasi dan 0ang han0a berengaruh terhada D&A 0ang sedang berelikasi. .
Pen*e)#) $!#%" +#(# ("ng&$ng#n *#ng )e%"/#! )"'('g"%
Mutagen biologis 0ang sudah dilaorkan adalah fag. 5fek mutagenik 0ang ditimbulkan fag terutama berkaitan dengan integrasi D&A fag, emutusa n, dan delesi D&A inang. Menurut atson, dkk (178/, suatu gen bakteri 0ang diinterusi oleh D&A Mu biasan0a tidak aktif, ter2adilah mutasi inang bakteri 0ang diinsersi. @erkenaan dengan fag L, sekitar 1 lisogen 0ang tidak normal menghasilkan fenoti bakteri mutan, sean2ang fag tersebut masih ada (Stri;kberger, 178)/. Dalam hubungan dengan emutusan D&A dan delesi, dikatakan bah'a mutagenesis fag daat ter2adi karena kerusakan D&A akiba t emutusan dan delesi, seerti ada herpes simplex, SV!, rubella, dan chic"en pox , 0ang mungkin timbul oleh efek nuklease atau karena gangguan erbaikan D&A.
LAJU MUTASI
Parameter 0ang digunakan untuk menguur ke2adiann0a mutasi ada ! 0aitu la2u mutasi (mutation rate/ 0aitu eluang mutasi sebagai fungsi dari 'aktu dan frekuensi mutasi (mutation freNuen;0/ 0aitu ke2adian mutasi ada suatu ma;am sel atau oulasi. >mumn0a ls2u mutasi 0ang teramati rendah, dengan demikian mutasi sontan 2arang ter2adi, sekaliun frekuensi 0ang teramati berbeda dari gen ke gen mauun dari makhluk hidu ke makhluk hidu. a2u mutasi gen3gen tertentuada berbagai makhlu hidu, sedangkan frekunsi mutasi sontan di lokus3lous tertentu ada berbagai makhluk hidu. Dalam hal ini tersirat bah'a kesimulan tentang la2u mutasi 0ang teramati rendah serta mutasi sontaan 0ang 2aran ter2adi itu didasarkan ada mutasi 0ang damakn0a teramati (terdeteksi/, dan sama seaali tidak termasuk mutasi 0ang damakn0a tidak teramati (tidak terdeteksi/, aalagi mutasi 0ang sudah semat dierbaiki. Menurut Gardner dkk, mengatakan bah'a engukuran frekuensi muatasi ke dean ( for'ard mutation/ berkisar 1*38 hingga 1*31* muatasi 0ang daat terdeteksi er asangan nu;leotide er generasi, demiian ula untuk makhluk hidu eukariotik , erkiraan mutasi ke dean berkisar sekitar 1*3 hingga 1*37 mutasi 0ang daat terdeteksi er asangan nu;leotide er generasi. Seerti 0ang telah dikemukakan bah'a la2u muatasi se;ara indi4idual memang rendah. Akan tetai, 2ika dierhatikan ken0ataan bah'a tia indi4idu makhluk hidu memun0ai ban0ak gen, dan tia sesies tersusun dari ban0ak indi4idu, maka (dalam batas mutasi 0ang terdeteksi sekaliun / sebenarn0a mutasi meruakan eristi'a 0ang biasa, tidak 2arang. Pengukuran la2u mutasi sontan ada bakteri dan fag elatif mudah disbanding engukuran ada kelomok3kelomok makhluk hidu 0ang lebih tinggi. Pengukuran la2u mutasi 0ang lebih mudah ada bakteri dan fag tersebut disebabkan karena kromosom kelomok3kelomok makhluk hidu tingkat rendah tersebut monoloid. Pengukuran la2u mutasi ada makhluk hidu memang sangat sulit karena kromosom 3kromosom makhluk hidu 0%ng lebih tinggi bukan monoloid, tetai (terutama/ diloid, keadaan kromosom 0ang bikan monoloid, (misalkan diloid/ memang men0ebabkan mutan resesif tidak terdeteksi 2ika berada dala kondisi hetero%igot.
DETEKSI MUTASI 1. De!e&%" M$!#%" P#+# B#&!e" D#n J#$
Deteksi mutasi ada makhluk hidu monoloid sema;am bakteri dan 2amur sangat efisien. Dalam hal ini deteksi mutasi tergantung keada suatu s0stem seleksi 0ang mudah
memisahkan sel3sel mutan dari 0ang bukan mutan. Prinsi3rinsi umum deteksi mutasi ada bakteri dan 2amur berbeda. &eurosora ;rasa adalah 2amur 0ang bersifat monoloid (diloid/ ada fase 4egetatif.oleh karena itu deteksi mutasi ada fase itu sangat mutah dilakukan dibanding ada fase generatif atau dibanding ada makhlik hidu 0ang lainn0a.
2. De!e&%" M$!#%" P#+# D'%'"(#
Deteksi mutasi ada Drosohila, menggunakan engukuran la2u mutasi letal resesif 0ang teraut kromosom kelamin menggunakan teknik Muller3). Teknik 0ang dikembangkan oleh I. <. Muller ini meeuakan suatu teknik deteksi mutasi ada Drosohila dan disebut 2uga teknik ?#@H? 0aitu suatu in4ersi 0ang menekan (menghalangi/ eristi'a indah silang. Selain itu dengan teknik mutasi kromosom berlekatan atau atta;hed3 ro;edure. Teknik ini menggunakan indi4idu betina 0ang memiliki kromosom berlekatan. Teknik ini dimanfaatkan untuk mendeteksi mutasi morfologi 0ang resesif bahkan lebih sederhana karena han0a satu generasi 0ang dibutuhkan. Deteksi mutasi ada makhluk hidu monoloid sema;am bakteri dan 2amur sangat efisien dan bergantung ada suatu sistem seleksi 0ang mudah memisahkan antara sel mutan dari 0ang bukan meruakan sel mutan, ;ontohn0a ada &eurosora ;rassa 0aitu 2amur 0ang bersifat monoloid (haloid/ ada fase 4egetatif. Deteksi mutasi ada fase tersebut lebih mudah dariada fase generatif atau dibandingkan dengan makhluk hidu 0ang lainn0a. Konidia monoloid 0ang mengandung mutan daat dideteksi dan diisolasi berdasarkan kegagalann0a tumbuh ada suatu medium lengka.
. De!e&%" M$!#%" #+# T$)$#n T"ngg"
@an0a2 4ariasi morfolo gi tumbuhan tinggi daat terdeteksi se;ara sederhana melalui engamatan 4isual. Ada 2uga teknik 0ang digunakan untuk mendeteksi mutasi3mutasi biokimia'i. Teknik ertama adalah melalui teknik analisis komosisi biokimia. Teknik 0ang kedua adalah menggunakan teknik analisis silsilah. Sifat fenoti 0ang berlatar belakang geneti; sema;am ini biasan0a mun;ul sebentar3sebentar sean2ang se2umlah generasi. Seerti diketahui eksresi fenoti bila 0ang teraut otosom 9tidak teraut: ada kondisi hetero%igot. Selain melalui analisis silsilah, de'asa ini deteksi ada manusia 2uga dilakukan melalui analisis in 4itro. Seerti 0ang diketahui sel3sel manusia se;ara rasio sudah daat dikultur. Deteksi mutasi melalui analisi in 4itro 0ang memanfaatkan kultur sel, daat didasarkan ada analisis akti4asi en%0me, migrasi rotein ada medan elektroforetik, serta
engurutan langsun rotein mauun D&A. Deteksi mutasi ada tumbuhan tingkat tinggi. Teknik 0ang ertama 0aitu melalui analisis komosisi biokimia misaln0a isolasi rotein dari endoserm 2agung, hidrolisis rotein3rotein tersebut serta enetaan komosisi asam amino, misaln0a 2ika dibanding galur3 galur 0ang bukan mutan, mutan aaNue ! mengandung lebih ban0ak lisin. Teknik 0ang kedua menggunakan kultur 2aringan galur3galur sel tumbuhan ada medium 0ang sudah tertentu. Dalam hal ini sel3sel tumbuhan dierlukan sebagai mikroorganisme, kebutuhan biokimia'i daat ditetakan dengan ;ara menambah dan mengurangi nutrient3nutrien dalam media kultur. Teknik kedua memiliki keuntungan karena teknik 0ang berhubung an dengan mutan letal kondosional daat digunakan terhada sel3sel tumbuhan ada kultur 2aringan, selan2utn0a diterakan untuk genetika tingkat tinggi.
. De!e&%" M$!#%" #+# M#n$%"#
Deteksi mutasi ada manusia misaln0a berkaitan dengan sifat atauun kelainan tertentu dilakukan dengan bantuan analisis silsilah. Setelah suatu sifat diastikan menurun selan2utn0a diramalkan aakah alela mutam tersebut teraut kromosom kelamin atau teraut autosom. Mutasi 0ang aling mudah dideteksi adalah mutasi dominan.
U3" Ane%
Dikembangkan oleh @ru;e Arnes ada a'al 17*3an. >2i arnes menggunakan bakteri Sallmonella tr0himurium sebagai organisme u2i. Yang digunakan adalah ! strain S. t0himirium kedua strain itu sama3sama tergolong auksotrofik untuk histidin. Seerti dietahui strain 0ang bersifat auksotrofik untuk histidin adalah 0ang membutuhkan tambahan histidin dalam medium ertumbuhan agar daat hidu. Dari kedua strain itu, ada salah satu strain mutan his daat ddiembangkan men2adi his oleh suatu mutasi ergantian basa, sedangkan
ada strain lain mutasi his daat dikembalikan men2adi his oleh suatu mutasi engubah rangka. Kedua strain itu 2uga memiliki mutan3mutan lain 0ang memungkinkan semakin teat digunakan untuk memaniulasi eserimental. Mutan3mutai lain misaln0a 0ang men0ababkan semakin sensiti4e terhada mutagenesis akibat akti4asi s0stem erbaikan, serta 0ang men0ebabkan sel semakin ermiabel terhada molekul organi; asing.
