PERUBAHAN GENETIK PADA JASAD HIDUP
MUTASI Mutasi (Pengertian menurut Hugo de Vries):
proses perubahan struktur suatu gen atau kromosom dan hasil akhir proses perubahan itu sendiri.
Pengertian Mutasi Mutagenesis
Pemanfaatan Mutasi
Rekombinasi Transposisi
Pengertian (lanjutan) Mengalami mutasi biokimia: perubahan jalur
metabolisme dari mutan phototrof menjadi autotrof Mutasi pada taraf/level urutan gen
mutasi titik (point mutation), maupun pada taraf kromosom aberasi kromosom Mutasi pada gen dapat mengarah pada munculnya alel baru muncul variasi2 baru Frekuensi di alam rendah 1 : 10.000
Mutasi – merubah komposisi genetik (DNA maupun RNA) pada suatu jasad hidup. Mutan: jasad hidup yang sudah mengalami mutasi Mutagen: bahan yang menyebabkan proses mutasi Disebabkan oleh adanya perubahan dalam urutan nukleotida perubahan genotif perubahan fenotip yang dapat diekspresikan. Dapat terjadi pada semua spesies Dasar dalam program pemuliaan tanaman (breeding) Menghasilkan gen produk gen yang non-fungsional (misal: protein yang tidak aktif) mutasi lethal
Macam Perubahan Genetik • MUTASI: -Substitusi atau penggantian nukleotida penyusun DNA -Penambahan nukleotida pada struktur DNA -Delesi/penghilangan satu atau beberapa nukleotida -Penyusunan kembali urutan beberapa nukleotida • REKOMBINASI:
-Rekombinasi homolog (umum) -Rekombinasi khusus -Rekombinasi transposisi/replikatif
• TRANSPOSISI: proses perpindahan gen
1
MUTASI
Perubahan yang disebabkan Mutasi:
1. Tipe Alami GATCAAGCGTA
• Mutasi missense:terjadi perubahan urutan nukleotida yang menyebabkan perubahan asam amino yang dihasilkan
• Mutasi nonsense:perubahan urutan nukleotida yang
2. Penggantian/subtitusi
3. Penambahan
GATCATGCGTA
GATCATAGCGTA
menyebabkan terhentinya sintesis protein, krn kodon berubah menjadi kodon terminasi (stop/berhenti) CAG (Gle) UAG (kodon terminasi/stop utk berhentinya sintesis protein)
• Silent mutation:
T
A 4. Penghilangan/delesi
AGG(Arg)
• Mutasi netral:
5. Penyusunan Kembali
GATCAACGTA
AAA (lysine) AGA (arginine), keduanya bersifat mirip shg tdk mengubah sifat protein • Mutasi yang dapat mengubah pola pembacaan (reading frame) kode (triplet kodon) disebut frameshift mutation
GATCCGAAGTA
G
CGG(Arg) (kode yg sama utk asam amino arginine)
GC
20 MACAM ASAM AMINO PENYUSUN PROTEIN
U C A G
Phe
ser
tyr
Cys
U
Phe
ser
tyr
Cys
C
Leu
ser
ter
Ter
A
Leu
ser
ter
Trp
G
Leu
pro
His
arg
U
Leu
pro
His
arg
C
Leu
pro
Gle
arg
A
Leu
pro
Gle
arg
G
Ile
thr
Asn
Ser
U
Ile
thr
Asn
Ser
C
Ile
thr
Lys
Arg
A
met
thr
Lys
Arg
G
val
ala
asp
gly
U
val
ala
Asp
gly
C
val
ala
Glu
gly
A
val
ala
glu
gly
G
Macam Asam Amino Alanine Arginine Asparagine Asam aspartat Cysteine Glutamine Asam Glutamat Glycine Histidine Isoleucine Leucine Lysine Methionine Phenylalanine Proline Serine Threonine Tryptophan Tyrosine Valine
Simbul 1 Huruf A R N D C Q E G H I L K M F P S T W Y V
Simbul 3R HurufN Ala Arg Asn Asp Cys Gln/Gle Glu Gly His Ile Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val 8
2
Point mutations:
23 September 2010
Mutasi
Lagiman
Penyebab mutasi: a. b. c. d. e.
Faktor luar yang mempengaruhi bahan genetik (DNA) Penyisipan sifat-sifat genetik dari jasad lain Proses rekombinasi genetik antara genom jasad jantan dan betina Penyisipan suatu bahan genetik asing yang bukan induk ke dalam genom suatu jasad Mekanisme transposisi- terjadi penyisipan bahan genetik yang dapat pindah (mobile genetic elements) - transposon
3
Jenis Jenis Mutasi I. Berdasarkan Proses Terjadinya Mutasi A. Mutasi Spontan - Terjadi kesalahan pada proses replikasi DNA - Ada elemen genetik yang dapat berpindah B. Mutasi Balik (Reversi): Proses mutasi yang menyebabkan mutan kembali ke tipe alaminya. C. Mutasi Induksi (Mutagenesis) - Induksi mutasi dg Analog Basa Nukleotida - Induksi mutasi dg Mutagen Kimia - Mutagenesis dengan Mutagen Fisik - Mutagenesis Secara Terarah II. Berdasarkan Sel yang Termutasi A. Mutasi Somatik B. Mutasi Gametik
A. MUTASI SPONTAN Terjadi karena : 1. kesalahan selama proses replikasi DNA, mutasi transisi/transversi yaitu basa nukleotida purin digantikan basa purin yang lain atau basa pirimidin digantikan basa pirimidin yang lain AT GC, GC AT, CG AT, TA CG T ransversi (purin pirimidin atau pirimidin purin ) AT CG, GC TA Penyebab terjadinya transversi diduga krn ada proses tautomerisasi dan rotasi basa nukleotida. Bentuk tautomer ada 2: bentuk keto (DNA normal) & bentuk imino dan enol. Cytosin imino dapat berpasangan dengan Adenin, Guanin bentuk imino dapat berpasangan dengan adenin
Mutasi yang mengubah pola pembacaan basa nukleotida, terjadi karena DNA yang sedang disintesis terlepas dari komplementernya sehingga membentuk loop yang terdiri beberapa nukleotida 2. ada elemen genetik yang dapat berpindah berakibat: delesi suatu fragmen DNA
krn kesalahan replikasi atau rekombinasi homolog nukleotida2 berulang 23 September 2010
Lagiman
4
2. Mutasi pergeseran kerangka (frame shift),
MUTASI SPONTAN (lanjutan) 1. Mutasi titik (point mutation), terjadi pergantian
satu nukleotida oleh satu nukleotida yang berbeda a. Pada level DNA - mutasi transisi - mutasi transversi b. Pada level protein - silent mutation - misense mutation - nonsense mutation - neutral mutation
c. Macam agensia mutasi (mutagen): 1. Analog basa yaitu senyawa yang mempunyai struktur kimia yang mirip dengan salah satu basa nukleotida sehingga dapat digabungkan dengan molekul DNA dalam proses replikasi. contoh : 5-BU (bromourasil) analog basa pirimidin 2-AP (aminopurin) analog basa purin
2. Mutagen kimia adalah senyawa yang dapat mengubah suatu basa nukleotida di dalam untaian DNA shg spesifisitas ikatan hidorgennya akan berubah contoh : Asam nitrit (HNO2), hidroksilamin (HA), Etil metan sulfonat (EMS), Nitroso guanidin (NG)
dapat terjadi penambahan (addition) atau kehilangan (deletion) satu atau dua nukleotida yang menggeser frame pembacaan sehingga pesan genetik yang ditranskrip tidak benar
B. MUTASI INDUKSI a. Terjadi mutasi karena ada mutagen b. Berdasar cara kerja mutagen, ada 4 model mutasi: 1. Penggabungan basa2 analog (penyisipan) 2. Spesifik misspairing 3. Interlokasi 4. By-pass
3. Mutagen fisik misal : sinar UV, radiasi ionisasi sinar UV membentuk dimer Thymin, ikatan T-T dalam struktur dimer lebih pendek shg terjadi distorsi struktur DNA mengakibatkan distorsi pada struktur DNA sehingga menghambat proses replikasi
4. Mutagenesis terarah Mutagen 1-3 tjd perubahan secara acak, shg digunakan mutagenesis secara terarah yaitu perubahan diarahkan pada nukleotida tertentu dg teknologi DNA rekombinan.
5
II. Berdasarkan sel yang bermutasi: 1. Mutasi Somatik – ad mutasi yang terjadi pada
sel somatik yaitu sel tubuh. Mutasi ini tidak diwariskan pada keturunan 2. Mutasi Gametik- ad mutasi yang terjadi pada
sel gamet, yaitu sel organ reproduksi, sehingga akan diwariskan kepada keturunannya.
23 September 2010
PEMANFAATAN MUTASI Mendapatkan variabilitas genetik tanaman Mengatasi tanaman yang incompatibilitas Sbg material tanaman transgenik Bermanfaat bagi tanaman hias karena
munculnya variasi fenotip tnm
Lagiman
REKOMBINASI Rekombinasi genetik: proses pertukaran elemen genetik yang dapat terjadi antara untaian DNA yang berlainan (interstrand), atau antara bagian-bagian gen yang terletak dalam satu untaian DNA (intrastrand).
Tipe Rekombinasi: 1. Rekombinasi homolog/umum, terjadi pertukaran antar molekul DNA yg mempunyai homologi urutan nukleotida cukup besar. Terlihat saat proses meiosis 2. Rekombinasi khusus (site spesific recombination), pertukaran material genetik hanya terjadi pada tempat khusus di dalam segmen molekul DNA 3. Rekombinasi transposisi/ replikatif
6
SEKUEN PENYISIP (IS)
TRANSPOSISI Transposisi: suatu proses perpindahan elemen genetik dari satu lokus dalam suatu kromosom, plasmid, atau genom virus, ke bagian lain kromosom yang sama atau ke lokus kromosom lain. Elemen genetik yang berpindah dapat berupa satu/beberapa gen yang bertaut (linkage) atau dikenal sebagai elemen gen yang dapat bertransposisi (transposable genetic elements) atau disebut TRANSPOSON Macam Transposon: 1. Sekuen/elemen penyisip (insertion sequences/elements, IS) 2. Transposon komposit 3. Transposon jasad Eukariot
IS adalah suatu urutan nukleotida yang hanya berfungsi untuk proses transposisi, mempunyai urutan nukleotida berulang balik (inverted repeats) pada kedua ujungnya dan satu gen yg mengkode enzim transposase. IS merupakan transposon paling sederhana, biasanya ada pada kromosom bakteri dan plasmid. Tipe IS
Jumlah duplikat dlm bakteri E coli
Panjang (bp)
Sekuen berulang balik (bp)
IS 1
5-8 duplikat pd kromosom
768
18/23
IS 2
5 pd kromosom, 1 pd plasmid F
1327
32/41
IS 3
5 pd kromosom, 2 pd plasmid F
1400
32/38
IS 4
1-2 pd kromosom
1400
16/18
IS 5
Tdk diketahui
1250
pendek
TRANSPOSON KOMPOSIT (Tn) Elemen Penyisip (insertion elements/elemen IS): suatu transposon yang selain berfungsi dlm transposisi, juga membawa gen lain misal gen ketahanan terhadap antibiotik. Tn terdiri 2 duplikat elemen IS yang identik yang mengapit bagian sentral. Bagian sentral Tn adalah segmen DNA penanda genetik tertentu (genetic marker) misal ketahanan terhadap antibiotik. Elemen IS pada Tn dapat berupa urutan nukleotida berulang-langsung (direct repeats) atau berupa urutan nukleotida berulang balik (inverted repeats)
Transposon
Penanda Genetik
Panjang (bp)
Sekuen berulang balik (bp)
Tn 1
Ampisilin
9300
38
Tn4
Ampisilin, Streptomisin, Sulfanilamid
20500
pendek
Tn 5
Kanamisin
5400
1500
Tn 7
Trimetoprin
14000
-
Tn 10
Tetrasiklin
9300
1400
7
