A. Mutasi Gen (Point Mutation)
Mutasi gen adalah mutasi yang terjadi dalam lingkup gen dalam kromosom (letak dan sifat) yang menyebabkan perubahan sifat individu tanpa perubahan jumlah dan susunan kromosomnya. Peristiwa yang terjadi pada mutasi gen adalah perubahan urutan-urutan DNA, dimana atom-atom hydrogen dapat berpindah dari satu posisi ke posisi lain pada purin atau pirimidin karena antara timin dan adenine atau antara guanine dan sitosin dihubungkan oleh ikatan hydrogen yang lemah. Perubahan kimia ini disebut perubaha tautomer, misalkan adenine berpasangan dengan sitosin dan timin dengan guanin. Jenis-jenis mutasi gen adalah sebagai berikut.
a. Mutasi salah arti (missens mutation), yaitu perubahan suatu kode genetic (umumnya pada posisi 1 dan 2 pada kodon) sehingga menyebabkan asam amino terkait (pada polipeptida) berubah. Jenis mutasi ini dapat disebabkan oleh peristiwa transisi dan transverse. Mutasi jenis ini juga sering kali disebut sebagai mutasi bingkai (frameshift mutations), karena mutasi ini terjadi akibat pengurangan satu / beberapa atau penambahan sekaligus pasangan basa secara bersama-sama.
b. Mutasi diam (silent mutation), yaitu perubahan suatu pasangan basa dalam gen (pada posisi 3 kodon) yang menimbulkan perubahan satu kode genetik tetapi tidak mengakibatkan perubahan atau pergantian asam amino yang dikode. Mutasi diam biasanya disebabkan karena terjadinya mutasi transisi dan tranversi. Mutasi ini juga sering disebut sebagai mutasi ganda 3 (triplet mutations) karena terjadi akibat penambahan atau pengurangan tiga basa secara bersama-sama.
Gambar 1. Mutasi diam atau mutasi ganda 3
c. Mutasi tanpa arti (nonsense mutation), yaitu perubahan kodon asam amino tertentu menjadi kodon stop. Hampir semua mutasi tanpa arti mengarah pada inaktifnya suatu protein sehingga menghasilkan fenotip mutan. Mutasi ini dapat terjadi baik oleh tranversi, transisi, delesi, maupun insersi. Selain itu, mutasi ini dapat juga terjadi karena perubahan susunan basa pada kodon (triplet) dari asam amino tetapi tidak mengakibatkan kesalahan pembentukan protein. Misalnya, UUU diganti UUC yang juga merupakan kode untuk pembentukan fenilalanin.
Gambar 2. Mutasi tanpa arti (nonsense mutation)
Mutasi gen memiliki tipe-tipe sebagai berikut :
a. Mutasi pergantian basa
peristiwa pergantian pasangan basa nitrogen pada suatu rantai polinukleotida yang berdampak pada juga pada perubahan kodon. peristiwa mutasi pergantian basa disebut juga subtitusi. Contoh anomali akibat terjadi mutasi pergantiann basa adalah Sickle cell anemia (sel darah merah yang berbentuk bulan sabit).
Gambar 3. Sel darah merah normal dan sel darah merah yang tidak normal
berdasarkan jenis basa nitrogen yang digantikan, Mutasi pergantian basa (mutasi subtitusi) dibedakan atas:
· Transisi
transisi terjadi jika basa purin (adenin) diganti dengan basa purin lain (guanin), atau basa pirimidin (sitosin) diganti dengan basa pirimidin lain (timin).
· Transversi
Transversi terjadi jika basa purin diganti dengan basa pirimidin atau sebaliknya.
Untuk memahami proses mutasi pergantian basa jenis transisi dan transversi simak gambar dibawah ini!
Gambar 4. Transisi dan transverse pada mutasi gen
b. Mutasi penyisipan dan pengurangan basa nitrogen
merupakan peristiwa menyisipnya suatu basa nitrogen ke dalam suatu DNA atau peristiwa hilangnya satu atau beberapa basa nitrogen dalam DNA.
Mutasi ini dapat terjadi melalui insersi dan delesi.
· Insersi
adalah penyisipan satu atau lebih pasangan basa nitrogen yang terdapat dalam molekul DNA.
Gambar 5. Insersi pada mutasi gen
· Delesi
adalah berkurangnya satu atau lebih pasangan pasa nitrogen dalam suatu potongan DNA.
Gambar 6. Delesi pada mutasi gen
B. Mutasi kromosom (Cross Mutation)
Mutasi kromosom yaitu mutasi yang disebabkan karena perubahan struktur kromosom atau perubahan jumlah kromosom yang menyebabkan perubahan sifat individu lazim. Mutasi kromosom sering terjadi karena kesalahan pada meiosis maupun pada mitosis. Pada prinsipnya, mutasi kromosom digolongkan rnenjadi dua, yaitu sebagai berikut.
a. Mutasi Komosom Akibat Perubahan Jumlah Kromosom
Mutasi kromosom yang terjadi karena perubahan jumlah kromosom (ploidi) melibatkan kehilangan atau penambahan perangkat kromosom (genom) disebut euploid, sedang yang hanva terjadi pada salah satu kromosom dari genorn disebut aneuploid.
1) Euploid (eu = benar; ploid = unit)
Yaitu jenis mutasi dimana terjadi perubahan pada jumlah n. Makhluk hidup yang terjadi dari perkembangbiakan secara kawin, pada umumnya bersifat diploid, memiliki 2 perangkat kromosom atau 2 genom pada sel somatisnya (2n kromosom). Organisme yang kehilangan I set kromosomnya sehingga memiliki satu genom atau satu perangkat kromosom (n kromosom) dalam sel somatisnya disebut monoploid. Sedangkan organisme yang memiliki lebih dari dua genom disebut poliploid, misalnya triploid (3n kromosom). Mutasi poliploid ada dua, yaitu
(1) autopoliploid yang terjadi akibat n-nya mengganda sendiri karena kesalahan meiosis dan terjadi pada krornosom homolog, misalnya semangka tak berbiji; dan
(2) alopoliploid yang terjadi karena perkawinan atau hybrid antara spesies yang berbeda jumlah set kromosomnya dan terjadi pada kromosom non homolog, misalnya Rhaphanobrassica (akar seperti kol, daun mirip lobak).
2) Aneuploid (an = tidak; eu = benar; Ploid = Unit)
Yaitu jenis mutasi dimana terjadi perubahan jumlah kromosom. Mutasi kromosom ini tidak melibatkan seluruh genom yang berubah, rnelainkan hanya terjadi pada salah satu kromosom dari genom. Mutasi ini disebut juga dengan istilah aneusomik. Penyebab mutasi ini adalah anafase (peristiwa tidak melekatnya benang-benang spindle ke sentromer) dan nondisjunction (gagal berpisal). Macam-macam aneusomik antara lain sebagai berikut.
1) monosomik (2n-1); yaitu mutasi karena kekurangan satu kromosom,
Gambar 7. monosomik
2) nullisomik (2n-2); yaitu mutasi karena kekurangan dua kromosom
3) tetrasomik (2n+2); yaitu mutasi karena kelebihan dua kromosom.
4) trisomik (2n+1); yaitu mutasi karena kelebihan satu kromosom,
Gambar 8. trisomik
Aneusomi pada manusia dapat menyebabkan kelainan jumlah kromosom gonosom dan autosom. Kelainan jumlah kromosom autosom :
· Sindroma Edward (1960) Genotip 47 XX/XY +18 umurnya kurang dari 6 bulan.
· Sindrom Patau, kariotipe (45A+XX/XY), trisomik pada kromosom autosom. kromosom autosomnya mengalami kelainan pada kromosom nomor 13, 14, atau 15.
· Sindrom Down, ditemukan oleh J. Langdon Down tahun 1866. kariotipe 47, XX atau 47, XY. Mongolism, bertelapak tebal seperti telapak kera. Mata sipit miring ke samping. bibir tebal, lidah menjulur, liur selalu menetes, gigi kecil-kecil dan jarang, I. Q. rendah (± 40 ). Sindroma Down dapat dibedakan,
1) Sindroma Down primer ( trisomi 21)
Genotip47 XX/XY +21. Frekwensi 92.5 % Dilahirkan dariibu berumur lebih dari 35 tahun, ditemukan satu orang dalam keluarga, tidak diwariskan
2) Sindroma Down sekunder ( translokasi )
Genotip 46 XX/XY t(21-14/15), diwariskan, dilahirkan dari ibu muda (kurang 30 tahun)biasanya ditemukan lebih dari satu anak
Gambar 9. Penderita sindrom down
Kelainan jumlah kromosom gonosom :
· Sindrom Turner, dengan kariotipe (22AA+X0). Jumlah kromosomnya 45 dan kehilangan 1 kromosom kelamin. Penderita Sindrom Turner berjenis kelamin wanita, namun ovumnya tidak berkembang (ovaricular disgenesis), tinggi badan cenderung pendek, sisi leher tumbuh tambahan daging, bentuk kaki X, kedua puting susu berjarak melebar, keterbelakangan mental.
· Sindrom Klinefelter, kariotipe (22 AA+XXY) kelebihan kromosom seks X, bulu badan tidak tumbuh, mengalami trisomik pada kromosom gonosom. Penderita Sindrom Klinefelter berjenis kelamin laki-laki, namun testisnya tidak berkembang (testicular disgenesis) sehingga tidak bisa menghasilkan sperma (aspermia) dan mandul (gynaecomastis) serta payudaranya tumbuh, tinggi badan berlebih.
Gambar 10. Penderita Sindrom Klinefelter
· Sindrom Jacobs, kariotipe (22AA+XYY) kelebihan sebuah
kromosom seks Y, trisomik pada kromosom gonosom. Penderita sindrom ini umumnya berwajah kriminal, suka menusuk-nusuk mata dengan benda tajam, seperti pensil,dll dan juga sering berbuat kriminal. Penelitian di luar negeri mengatakan bahwa sebagian besar orang-orang yang masuk penjara adalah orang-orang yang menderita Sindrom Jacobs, berperawakan tinggi, bersifat antisosial, agresif, suka melawan hokum.
Gambar 11. Penderita sindrom jacobs
b. Mutasi Kromosom Akibat Perubahan Struktur Kromosom
Mutasi karena perubahan struktur kromosom atau kerusakan bentuk kromosom disebut juga dengan istilah aberasi. Macam-macam aberasi dapat dijelaskan sebagai berikut.
1. Delesi atau defisiensi
Delesi adalah mutasi karena kekurangan segmen kromosom. Penghilangan dapat terjadi pada segmen panjang lengan kromosom seperti yang dilaporkan pada tanaman gandum. Tergantung pada gen dan tingkat ploidi, defisiensi dapat menyebabkan kematian, separuh kematian, atau menurunkan viabilitas. Pada tanaman defisiensi yang ditimbulkan oleh perlakuan bahan mutagen (radiasi) sering ditunjukkan dengan munculnya mutasi klorofil. Kejadian mutasi klorofil biasanya dapat diamati pada stadia muda (seedling stag), yaitu dengan adanya perubahan warna pada daun tanaman. Macam-macam delesi antara lain:
1) Delesi terminal; ialah delesi yang kehilangan ujung segmen kromosom.
2) Delesi intertitial; ialah delesi yang kehilangan bagian tengah kromosom.
3) Delesi cincin; ialah delesi yang kehilangan segmen kromosom sehingga berbentuk lingkaran seperti cincin.
4) Delesi loop; ialah delesi cincin yang membentuk lengkungan pada kromosom lainnya.
Gambar 12. Delesi pada mutasi kromosom
2. Duplikasi
Mutasi karena kelebihan segmen kromosom. Mutasi ini terjadi pada waktu meiosis, sehingga memungkinkan adanya kromosom lain (homolognya) yang tetap normal. Duplikasi menampilkan cara peningkatan jumlah gen pada kondisi diploid. Dulikasi dapat terjadi melalui beberapa cara seperti: pematahan kromosom yang kemudian diikuti dengan transposisi segmen yang patah, penyimpangan dari mekanisme crossing-over pada meiosis (fase pembelahan sel), rekombinasi kromosom saat terjadi translokasi, sebagai konsekuensi dari inversi heterosigot, dan sebagai konsekuensi dari perlakuan bahan mutagen. Beberapa kejadian duplikasi telah dilaporkan dapat miningkatkan viabilitas tanaman. Pengaruh radiasi terhadap duplikasi kromosom telah banyak dipelajari pada bermacam jenis tanaman seperti jagung, kapas, dan barley.
Gambar 13. Duplikasi pada mutasi kromosom
3. Translokasi.
Translokasi ialah mutasi yang mengalami pertukaran segmen kromosom ke kromosom non homolog. Macam-macam translokasi antara lain sebagai berikut.
1) Translokasi homozigot (resiprok)
Translokasi homo zigot ialah translokasi yang mengalami pertukaran segmen kedua kromosom homolog dengan segmen kedua kromosom non homolog.
2) Translokasi heterozigot (non resiprok)
Translokasi heterozigot ialah translokasi yang hanya mengalami pertukaran satu segmen kromosom ke satu segmen kromosom nonhomolog.
3) Translokasi Robertson
Translokasi Robertson terjadi karena penggabungan dua kromososm akrosentrik menjadi kromosom metasentrik, sehingga disebut juga fusi (penggabungan).
Gambar 14. Translokasi pada mutasi kromosom
4. Inversi
Inversi ialah mutasi yang mengalami perubahan letak gen-gen, karena selama meiosis kromosom terpilin dan terjadi kiasma.
Macam-macam inversi antara lain
ü Inversi parasentrik; teriadi pada kromosom yang tidak bersentromer
ü lnversi perisentrik; terjadi pada kromosom yang bersentromer.
Gambar 15. Inverse pada mutasi kromosom
5. Isokromosom
lsokromosom ialah mutasi kromosom yang terjadi pada waktu menduplikasikan diri. pembelahan sentromernya mengalami perubahan arah pembelahan sehingga terbentuklah dua kromosom yang masing-masing berlengan identik (sama). Dilihat dari pembelahan sentromer maka isokromosom disebut juga fision, jadi peristiwanya berlawanan dengan translokasi Robertson (fusion) yang mengalami penggabungan.
6. Katenasi
Katenasi ialah mutasi kromosom yang terjadi pada dua kromosom non homolog yang pada waktu membelah menjadi empat kromosom, saling bertemu ujung-ujungnya sehingga membentuk lingkaran.
C. Rekombinasi Genetika
Rekombinasi genetika merupakan proses pemutusan seunting bahan genetika (biasanya DNA, namun juga bisa RNA) yang kemudian diikuti oleh penggabungan dengan molekul DNA lainnya. Pada eukariota rekombinasi biasanya terjadi selama meiosis sebagai pindah silang kromosom antara kromosom yang berpasangan. Proses ini menyebabkan keturunan suatu makhluk hidup memiliki kombinasi gen yang berbeda dari orang tuanya, dan dapat menghasilkan alel kimerik yang baru. Pada biologi evolusioner, perombakan gen ini diperkirakan memiliki banyak keuntungan, yakni mengijinkan organisme yang bereproduksi secara seksual menghindari Ratchet Muller. Secara alami, rekombinasi gen terjadi saat pembelahan meiosis terjadi, (jadi bukan saat fertilisasi), yaitu ketika fase yang disebut sebagai “pindah silang” atau crossing over, pada profase I (silahkan lihat tahapan pembelahan meiosis untuk lebih jelasnya). Pada fase itu, gen-gen dari pasangan kromosom homolog saling bertukaran. Seperti kita ketahui, manusia memiliki 2 set kromosom yang saling berpasangan, satu set kromosom yang membawa sifat-sifat ayah, dan satu set kromosom yang membawa sifat-sifat ibu. Pada pembelahan mitosis (perbanyakan sel), kedua set kromosom tersebut akan diperbanyak apa adanya, jadi tidak ada perubahan susunan gen. Namun, pada saat pembelahan meiosis, yaitu pada pembentukan sel gamet (yang nota bene hanya punya satu set kromosom),mterjadi pndah silang, sehingga satu set kromosom hasil dari pembelahan meiosis akan membawa kombinasi sifat ayah da sifat ibu.
Berikut ini adalah informasi – informasi tentang rekombinasi gen seksual seperti disebutkan dibawah ini:
Hukum mandel 1 dan hukum mandel 11, tentang hukum pemisahan dan rekombinasi faktor- faktor keturunan yang terjadi selama meiosis. Pada mahkluk hidup yang bereproduksi secara sseksual, peristiwa fertilisasi didahului oleh proses pembentukan gamet (meiosis). Proses meiosis menghasilkan gamet-gamet yang mempunyai jumlah kromosom sebanyak separuh dari jumlah kromosom sel induknya. Pada proses meiosis inilah terjasi pemisahan faktor- faktor keturunan dari masing- masing alelnya secara bebas. Peristiwa pemisahan yang berlangsung secara bebas itulah yang lebih terkenal dengan hukum mandel 1: sebaliknya peristiwa kombinasi secara bebas lebih dikenal dengan hukum mandel II. Dengan peristiwa pemisahan dan rekombinasi secara bebas inilah menyebabkan kandungan faktor keturunan pada tiap gamet, secara keseluruhan tidak sama satu sama lain. Dengan kata lain secara keseluruhan tiap-tiap gamet berbeda satu dengan yang lainnya.
