Diktat Genetika Ternak-11

31 07 2012

BAB XI. MUTASI

11.1. Pengertian Mutasi
Gen sebagai materi genetik, yang sekarang ternyata adalah DNA, harus dapat menjalankan tiga fungsi pokok berikut ini.

  1. Materi genetik harus mampu menyimpan informasi genetik dan dengan tepat dapat meneruskan informasi tersebut dari tetua kepada keturunannya, dari generasi ke generasi. Fungsi ini merupakan fungsi genotipik, yang dilaksanakan melalui replikasi. Bagian setelah ini akan membahas replikasi DNA.
  2. Materi genetik harus mengatur perkembangan fenotipe organisme. Artinya, materi genetik harus mengarahkan pertumbuhan dan diferensiasi organisme mulai dari zigot hingga individu dewasa. Fungsi ini merupakan fungsi fenotipik, yang dilaksanakan melalui ekspresi gen.
  3. Materi genetik sewaktu-waktu harus dapat mengalami perubahan sehingga organisme yang bersangkutan akan mampu beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang berubah. Tanpa perubahan semacam ini, evolusi tidak akan pernah berlangsung. Fungsi ini merupakan fungsi evolusioner, yang dilaksanakan melalui peristiwa mutasi.

Fungsi ketiga materi genetik adalah fungsi evolusi, yang agar dapat melaksanakan nya materi genetik harus mempunyai kemampuan untuk melakukan mutasi. Peristiwa mutasi atau perubahan materi genetik, di samping segregasi dan rekombinasi, akan menciptakan variasi genetik yang berguna untuk mengantisipasi perubahan kondisi lingkungan yang sewaktu-waktu dapat terjadi.
Mutasi berasal dari kata mutatus berarti perubahan. Mutasi didefinisikan sebagai perubahan materi genetik (DNA) yang dapat diwariskan secara genetis pada keturunannya. Perubahan materi genetic yang terjadi secara sekonyong-konyong atau tiba-tiba. Agen penyebab mutasi disebut mutagen. Makhluk hidup atau organisme yang mengalami mutasi  disebut mutan.
Pada prinsipnya mutasi melibatkan tiga perubahan, yaitu perubahan struktur kromosom, perubahan jumlah kromosom setiap sel, dan perubahan pada molekul DNA dari satu genom. Mutasi dimanfaatkan untuk menghasilkan variasi genetik sehingga diperoleh organisme yang unggul. Namun demikian, mutasi juga dapat menimbulkan kerugian, diantaranya kerusakan pada informasi genetik. Kerusakan tersebut dapat diwariskan dari generasi satu ke generasi berikutnya.

11.2. Macam-Macam Mutasi
Macam-macam mutasi bisa terjadi karena beberapa factor yang mendasari terjadi nya mutasi. Faktor-Faktor tersebut antara lain :

  1. Berdasarkan tempatnya atau jenis sel yang mengalaminya, maka dibedakan menjadi Mutasi Gametik/Germinal dan Mutasi Somatic
  2. Berdasarkan arahnya, maka dibedakan menjadi Mutasi Maju dan Mutasi balik
  3. Berdasarkan Jenis obyek dan Materinya (Tingkatanya) maka ada Mutasi Gen (Gen Mutation) dan Mutasi Kromosom (Chromosome Mutation).
  4. Berdasarkan penyebab terjadinya (Sumbernya) Mutasi, maka dibedakan menjadi : Mutasi Spontan (Spontaneous Mutation) dan Mutasi Induksi (Induced Mutation).

11.2.1. Mutasi berdasarkan tempatnya atau jenis sel yang mengalaminya
Kita mengenal berbagai macam peristiwa mutasi sesuai dengan kriteria yang digunakan untuk mengelompokkannya. Berdasarkan jenis sel pada organisme multiseluler yang mengalami mutasi maka terdapat mutasi Gametic/ Germinal dan Mutasi Somatis
Mutasi germinal terjadi pada sel-sel, sedangkan mutasi somatis terjadi pada sel-sel selain sel germinal.

A.Mutasi gametik/germinal
Mutasi yang terjadi pada germinal atau sel-sel penghasil gamet. Sel gamet yang mengalami mutasi akan mewariskan sifat mutasi tersebut pada keturunannya. Mutasi gametik disebut mutasi germinal. Bila mutasi tersebut menghasilkan sifat dominan, akan terekspresi pada keturunannya. Bila resesif maka ekspresinya akan tersembunyi.

Berdasarkan jenis kromosom yang mengalami mutasi pada sel gamet:
(1) Mutasi autosomal
Mutasi sel kelamin yang terjadi pada kromosom autosom. Mutasi jenis ini menghasil kan mutasi yang dominan dan mutasi yang resesif.
(2) Mutasi tertaut kelamin
Mutasi sel kelamin yang terjadi pada kromosom seks (kromosom kelamin), berupa tertautnya beberapa gen dalam kromosom kelamin.

B.Mutasi Somatis
Mutasi somatik adalah mutasi yang terjadi pada sel tubuh (sel somatik). Mutasi yang terjadi pada sel somatik bersifat tidak diwariskan secara genetik. Mutasi somatis akan menyebabkan terbentuknya khimera, yaitu individu dengan jaringan normal dan jaringan yang terdiri atas sel-sel somatis mutan. Alel-alel hasil mutasi somatis tidak akan diwariskan kepada keturunan individu yang mengalaminya karena mutasi ini tidak mempengaruhi sel-sel germinal.
Pada tanaman tingkat tinggi mutasi somatis justru sering kali menghasilkan varietas-varietas yang diinginkan dan untuk perbanyakannya harus dilakukan secara vegetatif.
Mutasi somatik dapat dialami oleh embrio/janis maupun orang dewasa.
1. Mutasi somatik pada embrio/janin menyebabkan cacat bawaan.
2. Mutasi somatik pada orang dewasa cenderung menyebabkan kanker.

11.2.2. Mutasi berdasarkan arahnya
Berdasarkan arahnya, mutasi terbagi menjadi mutasi maju dan mutasi mundur.

A. Mutasi Maju
Kebanyakan mutasi yang telah kita bicarakan hingga saat ini adalah perubahan dari bentuk alami atau normal ke bentuk mutan, atau sering dikatakan sebagai mutasi ke depan/Maju (forward mutation). Jadi Mutasi maju atau forward mutations, yaitu mutasi dari fenotipe normal menjadi abnormal.

B. Mutasi Balik
Kejadian Mutasi dapat juga berlangsung dari bentuk mutan yaitu fenotipe tidak normal (abnormal) menjadi fenotipe normal. Mutasi semacam ini dinamakan  mutasi balik atau reversi.  Ada dua mekanisme yang berbeda pada mutasi balik, yaitu :

  1. perubahan urutan basa pada DNA mutan sehingga benar-benar pulih seperti urutan basa pada fenotipe normalnya dan
  2. terjadinya mutasi kedua di suatu tempat lainnya di dalam genom yang mengimbangi atau menekan pengaruh mutasi pertama sehingga mutasi yang kedua tersebut sering disebut sebagai mutasi penekan (suppressor mutation).

Mekanisme mutasi balik berupa mutasi penekan jauh lebih umum dijumpai daripada mekanisme yang pertama. Mutasi penekan dapat terjadi di suatu tempat di dalam gen yang sama dengan mutasi pertama yang ditekannya. Dengan perkataan lain, terjadi penekanan intragenik. Akan tetapi, mutasi penekan dapat juga terjadi di dalam gen yang lain atau bahkan di dalam kromosom yang lain sehingga peristiwanya dinamakan penekanan intergenik. Kebanyakan mutasi penekan, baik intragenik maupun intergenik, tidak dapat sepenuhnya memulihkan mutan ke fenotipe normalnya seperti yang akan diuraikan di bawah ini.

(a) Penekanan intragenik
Pada garis besarnya ada dua macam cara penekanan intragenik. Cara yang pertama telah kita jelaskan pada Bab terdahulu, yaitu perbaikan rangka baca dengan kompensasi adisi-delesi sehingga rangka baca yang bergeser sebagian besar dapat dikembalikan seperti semula. Jika bagian yang tidak dapat dipulihkan bukan merupakan urutan yang esensial, maka pembacaan rangka baca akan menghasilkan fenotipe normal.
Pada cara yang kedua tidak terjadi adisi dan delesi pada urutan basa, tetapi perubahan suatu asam amino yang mengakibatkan hilangnya aktivitas protein akan diimbangi oleh perubahan asam amino lainnya yang memulihkan aktivitas protein tersebut. Sebagai contoh dapat dikemukakan penekanan mutasi enzim triptofan sintetase pada E. coli, yang disandi oleh gen trpA pada. Salah satu di antara dua polipeptida yang menyusun enzim tersebut adalah polipeptida A yang terdiri atas 268 asam amino. Pada strain normal asam amino yang ke-210 adalah glisin. Jika asam amino glisin ini berubah menjadi asam glutamat, maka enzim triptofan sintetase menjadi tidak aktif. Perubahan glisin menjadi asam glutamat sebenarnya tidak menyebabkan inaktivasi enzim secara langsung karena glisin tidak terletak pada tapak aktif. Namun, perubahan ini mengakibatkan perubahan struktur pelipatan enzim sehingga secara tidak langsung akan mempengaruhi tapak aktifnya. Sementara itu, asam amino normal yang ke-174 adalah  tirosin, yang interaksinya dengan asam amino ke-210 menentukan aktivitas enzim. Apabila tirosin berubah menjadi sistein, maka struktur pelipatan enzim yang telah berubah karena glisin digantikan oleh asam glutamat justru akan dipulihkan oleh interaksi sistein dengan asam glutamat. Dengan demikian, aktivitas enzim pun dapat dipulihkan. Jadi, perubahan glisin menjadi asam glutamat akan ditekan pengaruhnya oleh perubahan tirosin menjadi sistein. Begitu pula sebaliknya, jika perubahan tirosin menjadi sistein terjadi terlebih dahulu, maka pengaruhnya akan ditekan oleh perubahan glisin menjadi asam glutamat.

(b) Penekanan intergenik

  1. Penekanan intergenik yang paling umum dijumpai adalah penekanan oleh suatu produk mutasi gen terhadap pengaruh mutasi yang ditimbulkan oleh sejumlah gen lainnya. Contoh yang paling dikenal dapat dilihat pada gen-gen penyandi tRNA. Pengaruh yang ditimbulkannya adalah mengubah kekhususan pengenalan kodon pada mRNA oleh antikodon pada tRNA.
  2. Mutasi semacam itu pertama kali ditemukan pada strain-strain E. coli yang dapat menekan mutan-mutan fag T4 tertentu. Mutan-mutan ini gagal untuk membentuk plak  pada strain bakteri standar tetapi dapat membentuk plak pada strain yang mengalami mutasi penekan. Strain yang mengalami mutasi penekan ini ternyata juga dapat menekan mutasi pada sejumlah gen yang terdapat pada genom bakteri sendiri.
  3. Mutasi penekan intergenik dapat memulihkan baik mutasi tanpa makna (nonsense) maupun mutasi salah makna (missense). Penekanan mutasi tanpa makna disebabkan oleh mutasi gen penyandi tRNA sehingga terjadi perubahan antikodon pada tRNA yang memungkinkannya untuk mengenali kodon stop hasil mutasi. Sebagai contoh, salah satu kodon untuk tirosin, yakni UAC dapat berubah menjadi kodon stop UAG. Mutasi ini dapat ditekan oleh molekul tRNA mutan yang membawa triptofan dengan antikodon AUC. Antikodon pada molekul tRNA normal yang membawa triptofan adalah AAC. Dengan tRNA mutan, kodon UAG yang seharusnya merupakan kodon stop berubah menjadi kodon yang menyandi triptofan. Akibatnya, terminasi dapat dibatalkan, atau dengan perkataan lain, mutasi tRNA telah memulihkan mutasi tanpa makna.
  4. Penekanan mutasi salah makna oleh mutasi penekan intergenik antara lain dapat dilihat contohnya pada pemulihan aktivitas protein yang hilang akibat perubahan valin (tidak bermuatan) menjadi asam aspartat (bermuatan negatif). Pemulihan terjadi karena asam aspartat digantikan oleh alanin (tidak bermuatan). Substitusi ini dapat terjadi dengan empat macam cara, yaitu (1) mutasi antikodon yang memungkinkan tRNA untuk mengenali kodon yang berbeda seperti halnya yang terjadi pada pemulihan mutasi tanpa makna, (2) mutasi pada tRNA yang mengubah sebuah basa di dekat antikodon sehingga tRNA dapat mengenali dua kodon yang berbeda, (3) mutasi di luar kala (loop) antikodon yang memungkinkan aminoasil sintetase mengenali tRNA sehingga terjadi asilasi yang menyebabkan tRNA ini membawa asam amino yang lain, dan (4) mutasi aminoasil sintetase yang kadang-kadang salah mengasilasi tRNA.
  5. Pada notasi konvensional, mutasi penekan diberi lambang sup diikuti dengan angka (atau kadang-kadang huruf) yang membedakan penekan yang satu dengan penekan lainnya. Sel yang tidak mempunyai penekan dilambangkan dengan sup0.

Mutasi balik sebagai cara untuk mendeteksi mutagen dan karsinogen

  • Dewasa ini terjadi peningkatan jumlah dan macam bahan kimia yang mencemari lingkungan. Beberapa di antaranya dikenal potensial sebagai mutagen. Selain itu, kebanyakan karsinogen juga merupakan mutagen. Oleh karena itu, uji mutagenesis terhadap bahan-bahan kimia semacam ini perlu dilakukan.
  • Cara yang paling sederhana untuk melihat mutagenesis suatu bahan kimia adalah uji mutasi balik menggunakan mutan nutrisional pada bakteri. Senyawa yang dicurigai potensial sebagai mutagen ditambahkan ke dalam medium padat, diikuti dengan penaburan (plating) suatu mutan bakteri dalam jumlah tertentu. Banyaknya koloni revertan (fenotipe normal hasil mutasi balik) yang muncul dihitung. Peningkatan frekuensi revertan yang tajam apabila dibandingkan dengan frekuensi yang diperoleh di dalam medium tanpa senyawa kimia yang dicurigai tersebut mengindikasikan bahwa senyawa yang diuji adalah mutagen.
  • Meskipun demikian, cara seperti tersebut di atas tidak dapat digunakan untuk memperlihatkan mutagenesis sejumlah besar karsinogen yang potensial. Hal ini karena banyak sekali senyawa kimia yang tidak langsung bersifat mutagenik / karsinogenik, tetapi harus melalui beberapa reaksi enzimatik terlebih dahulu sebelum menjadi mutagen. Reaksi-reaksi enzimatik tersebut terjadi di dalam organ hati hewan dan tidak ada kesepadanannya di dalam sel bakteri. Fungsi normal enzim-enzim itu adalah melindungi organisme dari berbagai bahan beracun dengan cara mengubahnya menjadi bahan yang tidak beracun. Akan tetapi, ketika enzim-enzim itu bertemu dengan bahan kimia tertentu, maka mereka akan mengubah bahan tersebut dari sifatnya yang semula tidak mutagenik menjadi mutagenik. Enzim-enzim tersebut terdapat di dalam komponen sel-sel hati yang dinamakan fraksi mikrosomal. Pemberian fraksi mikrosomal yang berasal dari hati tikus ke dalam medium pertumbuhan bakteri memungkinkan dilakukannya deteksi mutagenisitas. Perlakuan ini mendasari teknik pemeriksaan karsinogen menggunakan metode yang dinamakan uji Ames.
  • Di dalam uji Ames mutan-mutan bakteri Salmonella typhimurium yang memerlukan pemberian histidin eksternal atau disebut dengan mutan His- digunakan untuk menguji mutagenisitas senyawa kimia atas dasar mutasi baliknya menjadi His+. Mutan-mutan His- membawa baik mutasi tautomerik maupun mutasi rangka baca. Di samping itu, strain-strain bakteri tersebut dibuat menjadi lebih sensitif terhadap mutagenesis dengan menggabungkan beberapa alel mutan yang dapat menginaktifkan sistem perbaikan eksisi dan menjadikannya lebih permiabel terhadap molekul-molekul asing. Oleh karena beberapa mutagen hanya bekerja pada DNA yang sedang melakukan replikasi, maka medium pertumbuhan yang digunakan harus mengandung histidin dalam jumlah yang cukup untuk mendukung beberapa putaran replikasi tetapi tidak cukup untuk memungkinkan terbentuknya koloni yang dapat dilihat. Ke dalam medium tersebut kemudian ditambahkan mutagen potensial yang akan diuji. Fraksi mikrosomal dari hati tikus disebarkan ke permukaan medium, diikuti dengan penaburan bakteri. Apabila bahan kimia yang diuji adalah mutagen atau diubah menjadi mutagen, maka koloni bakteri akan terbentuk. Analisis kuantitatif terhadap frekuensi mutasi balik dapat dilakukan juga dengan membuat variasi jumlah mutagen potensial tersebut di dalam medium. Frekuensi mutasi balik ternyata bergantung kepada konsentrasi bahan kimia yang diuji, dan pada karsinogen tertentu juga nampak adanya korelasi dengan efektivitasnya pada hewan.
  • Uji Ames saat ini telah banyak digunakan pada beribu-ribu senyawa seperti pengawet makanan, pestisida, pewarna rambut, dan kosmetika. Frekuensi mutasi balik yang tinggi tidak serta-merta berarti bahwa senyawa yang diuji adalah karsinogen, tetapi setidak-tidaknya memperlihatkan adanya peluang seperti itu. Akibat dilakukannya uji Ames, banyak industri terpaksa mereformulasi produk-produknya.
  • Bukti terakhir tentang karsinogenisitas suatu bahan kimia ditentukan atas dasar hasil uji pembentukan tumor pada hewan-hewan percobaan. Jadi, uji Ames sebenarnya hanya berperan dalam mengurangi jumlah bahan kimia yang harus diuji menggunakan hewan percobaan

11.2.3. Mutasi berdasarkan jenisnya atau Tingkatannya
Berdasarkan jenisnya, mutasi terbagi menjadi mutasi kromosom dan mutasi gen.

A.Mutasi Gen
Mutasi gen adalah peristiwa perubahan susunan genetis akibat tautomeri. Tautomeri adalah perubahan struktur DNA akibat perpindahan atom-atom hidrogen dari satu posisi purin ke posisi pirimidin atau sebaliknya sehingga susunan molekul gennya berubah. Mutasi gen dapat terjadi melalui proses replikasi atau sintesis protein. Mutasi gen disebut juga mutasi titik, karena dampak perubahan tidak langsung terlihat pada fenotipnya.
Ada dua tipe mutasi gen, yaitu : (1) mutasi pergantian basa nitrogen meliputi :Transisi dan Tranversi  serta (2) penyisipan dan pengurangan basa nitrogen meliputi :Insersi dan Delesi.

(1) Mutasi pergantian (Substitusi) basa Nitrogen
Peristiwa pergantian pasangan basa nitrogen pada suatu rantai polinukleotida berakibat juga pada perubahan kodon. Peristiwa ini disebut subtitusi. Sickle cell anemia terbentuk akibat adanya proses subtitusi.

B.Mutasi kromosom (Chromosomal Aberation)
Di dalam alam ini orang sulit sekali mengusahakan keadaan yang seragam atau selalu sama. Seringkali orang menemukan adanya penyimpangan-penyimpangan dalam segala hal, termasuk juga Kromosom. Kromosom makhluk hidup jumlahnya selalu konstan, akan tetapi sering pula terjadi penyimpangan yang umumnya disebabkan karena adanya mutasi dalam Jumlah Kromosom maupun urut-urutan dari gen didalam kromosom.
Mutasi kromosom (aberasi kromosom) dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu :

  • Aberasi kromosom yang melibatkan Jumlah Kromosom
  • Macamnya : (1) Perubahan Set Kromosom (Euploidy) terdiri dari : Haploidy, Polyploidy; serta (2)  Perubahan Jumlah Kromosom di dalam Set Kromosom (Heteroploidy)
  • Aberasi kromosom  di dalam jumlah dan Urut-Urutan dari Gen di dalam Kromosom.
  • Macamnya : (1) Perubahan di dalam Jumlah yaitu Defisiensi dan Duplikasi, serta (2) Perubahan dalam urut-urutan gen yaitu Translokasi dan Inversi.

(1)Aberasi kromosom yang melibatkan Jumlah Kromosom
A.  Perubahan daripada Set Kromosom, dimana dasarnya adalah Susunan N Kromosom (monoploid), gejala ini dinamakan Euploidy (tidak terjadi penambahan ataupun pengurangan kromosom di dalam set kromosom).
Macamnya :

  • Haploidy, artinya tiap kromosom hadir secara sendirian/tidak berpasangan  (haploid)
  • Polyploidy, artinya tiap kromosom hadir secara lebih dari satu pasang. Macamnya adalah : Triploidy (3 N), Tetraploidy (4 N), Pentaploidy (5 N) dsb.

Jika tambahan set kromosom tersebut berasal dari diri sendiri yaitu karena duplikasi maka gejala ini disebut Auto-polyploidy, tetapi bila penambahan ini berasal dari luar karena perkawinan silang maka disebut Allo-polyploidy.

Tanaman Raphano brassica adalah tanaman baru yang merupakan Gabungan sifat dari Tanaman Kol dan tanaman Lobak dengan ukuran yang lebih besar dari tanaman asalnya. Selain itu bentuk tanamannya merupakan bentuk antara dari Kol dan Lobak.
Praktek Polyploidy dalam dunia tanaman berkembang sangat pesat sekali disbanding kan dengan dunia peternakan, hal ini disebabkan oleh Polyploidy ternak menyebabkan kemandulan atau hambatan/kegagalan perkembangan embrio.  Sedangkan pada tanaman meskipun Individu Tanaman tersebut Mandul akan tetapi masih bisa diperbanyak misalnya dengan cara Klonning (Clonning).
Bioteknologi masa kini banyak dipraktekkan pada Tanaman untuk memperoleh tanaman yang super misalnya dengan perantaraan Teknik Engineering Genetika (Genetic Engineering).

Pada Hewan pembuatan klonning baru dicoba pada Katak (Rana pipiens) dan Domba (Ovis species). Pembuatan klonning pada katak dilakukan dengan jalan memasukkan (transplantasi) inti sel somatic ke dalam sel telur yang diambil intinya.
Teknik ini masih dipelajari terus sebab banyak kesulitan yang dihadapi misalnya dala hal pemilihan sel mana maupun sel dari makhluk dewasa atau embrio. Demikian pula teknik ini sangat memerlukan keahlian dalam pembedahan mikro, tetapi sebagian besar kegagalan teknik ini disebabkan oleh kegagalan dalam memperoleh sel telur yang berkemampuan hidup tinggi. (Sucik Maylinda yang disitir dari Brackett dan Seidel, 1981).
Catatan tentang Kloning;  pengertian sederhananya adalah cangkok; yaitu penggabungan unsur-unsur hayati dua atau lebih untuk memperoleh manfaat tertentu. Kloning adalah teknik membuat keturunan derngan kode genetik yang sama dengan induknya, pada manusia kloning dilakukan dengan mempersiapkan sel telur yang sudah di ambil intinya lalu disatukan dengan sel somatic dari suatu organ tubu, kemudian hasilnya ditanamkan dalam rahim seperti halnya pada bayi tabung.
Macam-macam teknik pengkloningan: kloning dapat dilakukan terhadap semua makhluk hidup tumbuhan,hewandan manusia.Pada tumbuhan kloning dapat dilakukan dengan tekhink okulasi,sedangkan pada hewan dan manusia,ada beberapa tekhnik-tekhnik yan dapat dilakukan, kloning ini dapat berupa kloning embrio dan kloning hewan atau manusia itu sendiri.
Di bidang biologi molekuler, pengertian kloning ini sering dikonotasikan dengan teknologi penggabungan fragment (potongan) DNA, sehingga pengertiannya identik dengan teknologi rekombinan DNA atau rekayasa genetik. Namun pengertian di luar itu juga masih tetap digunakan, misalnya  kloning domba dsb, yang merupakan “penggabungan” unsur inti sel dengan  sel telur tanpa inti. Dengan demikian teknologi kloning ini juga termasuk dalam wacana bioteknologi; malah bisa dikatakan sebagai hal yang mendasar untuk bioteknologi.
Teknologi kloning memang memungkinkan untuk dikembangakan ke arah rekayasa pembuatan jaringan atau organ tertentu. Namun mesti memperhatikan masalah etik (mungkin ada yang punya pandangan tertentu mengenai etika ini?

B.Perubahan Jumlah Kromosom di dalam Set Kromosom Heteroploidy, disini terjadi pengurangan atau penambahan kromosom di dalam satu set kromosom, sehingga dengan demikian disebut Aneuploidy.

A.Perubahan Jumlah Gen dalam Kromosom
(1) Delesi
Delesi atau defisiensi adalah peristiwa hilangnya sebagian (satu atau lebih) Gen didalam satu kromosom karena patah. Delesi/Defisiensi dapat menyebabkan sindrom tri-du-cat.

(2) Duplikasi
Duplikasi adalah mutasi karena kelebihan segmen kromosom. Peristiwa ini ditunjukkan oleh adanya penambahan patahan kromosom pada kromosom normal, sehingga suatu bagian kromosom berlipat ganda. Dengan kata lain terjadi penambahan satu atau lebih dari satu gen dalam satu kromosom

B.Penyimpangan Susunan (Urut-Urutan) Gen dalam Kromoson
(1) Inversi
Inversi ialah mutasi yang mengalami perubahan letak gen-gen dalam satu kromosom, karena selama meiosis kromosom terpilin (berputar/melingkar 1800)  dan terjadi kiasma serta gen dalam kromosom berpindah tempat. Inversi dapat diartikan sebagai peristiwa patahnya kromosom di dua tempat dan melekat kembali pada tempatnya semula dengan posisi yang membalik.

(2) Translokasi
Translokasi adalah Peristiwa pindahnya potongan satu kromosom ke potongan kromosom lain yang bukan homolognya. Dengan kata lain bahwa kejadian dimana terjadi perpindahan atau tukar menukar bagian kromosom diantara kromosom-kromosom yang non-homolog sehingga membentuk dua kromosom baru.

Translokasi resiprok dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu sebagai berikut.
a)  Translokasi resiprok homozigot
Translokasi homozigot ialah translokasi yang mengalami pertukaran segmen 2 kromosom homolog dengan segmen 2 kromosom non homolog.
b)  Translokasi resiprok heterozigot
Translokasi heterozigot ialah translokasi yang hanya mengalami pertukaran satu segmen kromosom ke satu segmen kromosom nonhomolognya.
c)  Translokasi Robertson
Translokasi Robertson ialah translokasi yang terjadi karena penggabungan dua kromosom akrosentrik menjadi satu kromosom metasentrik. Peristiwa semacam ini dapat disebut juga fusion (penggabungan).

Isokromosom
lsokromosom ialah mutasi kromosom yang terjadi pada waktu menduplikasikan diri, pembelahan sentromernya mengalami perubahan arah pembelahan sehingga terbentuk lah dua kromosom yang masing – masing berlengan identik (sama). Apabila dilihat dari pembelahan sentromernya maka isokromosom disebut juga fision, jadi peristiwanya berlawanan dengan translokasi Robertson (fusion) yang mengalami penggabungan.

Katenasi
Katenasi ialah mutasi kromosom yang terjadi pada dua kromosom nonhomolog yang pada waktu membelah menjadi empat kromosom, saling bertemu dan melekat ujung-ujungnya sehingga membentuk lingkaran.

11.2.4. Mutasi berdasarkan kejadian (cara terjadinya)
Berdasarkan cara terjadinya atau kejadiannya, maka mutasi dapat terjadi melalui dua cara, yaitu secara alami dan secara buatan ulah manusia atau Induksi. Mutasi secara alami disebut mutasi alami, sedangkan mutasi akibat ulah manusia disebut mutasi buatan.

A.Mutasi alami (mutasi spontan)
Mutasi alami adalah perubahan yang terjadi secara alamiah atau dengan sendirinya. Diduga faktor penyebabnya meliputi panas, radiasi sinar kosmis, batuan radioaktif, sinar ultraviolet matahari, radiasi dan ionisasi internal mikroorganisme serta kesalahan DNA dalam metabolisme.
Perubahan urutan basa nukleotida berlangsung spontan dan acak. Tidak ada satu pun cara yang dapat digunakan untuk memprediksi saat dan tempat akan terjadinya suatu mutasi. Meskipun demikian, setiap gen dapat dipastikan mengalami mutasi dengan laju tertentu sehingga memungkinkan untuk ditetapkan peluang mutasinya. Artinya, kita dapat menentukan besarnya peluang bagi suatu gen untuk bermutasi sehingga besarnya peluang untuk mendapatkan suatu alel mutan dari gen tersebut di dalam populasi juga dapat dihitung.
Terjadinya suatu peristiwa mutasi tidak dapat dikatakan sebagai hasil adaptasi sel atau organisme terhadap kondisi lingkungannya. Kebanyakan mutasi memperlihatkan pengaruh yang sangat bervariasi terhadap tingkat kemampuan adaptasi sel atau organisme, mulai dari netral (sangat adaptable) hingga letal (tidak adaptable). Oleh karena itu, tidak ada korelasi yang nyata antara mutasi dan adaptasi. Namun, pemikiran bahwa mutasi tidak ada sangkut pautnya dengan adaptasi tidak diterima oleh sebagian besar ahli biologi hingga akhir tahun 1940-an ketika Joshua dan Esther Lederberg melalui percobaannya pada bakteri membuktikan bahwa mutasi bukanlah hasil adaptasi.
Dengan teknik yang dinamakan replica plating koloni-koloni bakteri pada kultur awal (master plate) dipindahkan ke medium baru (replica plate) menggunakan velvet steril sehingga posisi setiap koloni pada medium baru akan sama dengan posisinya masing-masing pada kultur awal. Medium baru dibuat dua macam, yaitu medium nonselektif seperti pada kultur awal dan medium selektif yang mengandung lebih kurang 109 fag T1. Hanya koloni-koloni mutan yang resisten terhadap infeksi fag T1 (mutan T1-r) yang dapat tumbuh pada medium selektif ini. Dari percobaan tersebut terlihat bahwa koloni-koloni mutan T1-r yang tumbuh pada medium selektif tidak terbentuk sebagai hasil adaptasi terhadap kehadiran fag T1, tetapi sebenarnya sudah ada semenjak pada kultur awal. Dengan demikian, teknik selektif semacam itu hanya akan menyeleksi mutan-mutan yang telah ada sebelumnya di dalam suatu populasi

Teknik selektif seperti yang diuraikan di atas memberikan dasar bagi pemahaman tentang munculnya resistensi berbagai populasi hama dan penyakit terhadap senyawa kimia yang digunakan untuk mengendalikannya. Sebagai contoh, sejumlah populasi lalat rumah saat ini nampak sangat resisten terhadap insektisida DDT. Hal ini menunjukkan betapa seleksi telah memunculkan populasi lalat rumah dengan kombinasi mekanisme enzimatik, anatomi, dan perilaku untuk dapat resisten terhadap atau menghindari bahan kimia tersebut. Begitu pula, gejala peningkatan resistensi terhadap antibiotik yang diperlihatkan oleh berbagai macam bakteri penyebab penyakit pada manusia tidak lain merupakan akibat proses seleksi untuk memunculkan dominansi strain-strain mutan tahan antibiotik yang sebenarnya memang telah ada sebelumnya.
Laju mutasi adalah peluang terjadinya mutasi pada sebuah gen dalam satu generasi atau dalam pembentukan satu gamet. Pengukuran laju mutasi penting untuk dilakukan di dalam genetika populasi, studi evolusi, dan analisis pengaruh mutagen lingkungan.

Mutasi spontan biasanya merupakan peristiwa yang sangat jarang terjadi sehingga untuk memperkirakan peluang kejadiannya diperlukan populasi yang sangat besar dengan teknik tertentu. Salah satu teknik yang telah digunakan untuk mengukur laju mutasi adalah metode ClB yang ditemukan oleh Herman Muller. Metode ClB mengacu kepada suatu kromosom X lalat Drosophila melanogaster yang memiliki sifat-sifat tertentu. Teknik ini dirancang untuk mendeteksi mutasi yang terjadi pada kromosom X normal.
Kromosom X pada metode ClB mempunyai tiga ciri penting, yaitu (1) inversi yang sangat besar (C), yang menghalangi terjadinya pindah silang pada individu betina heterozigot; (2) letal resesif (l); dan (3) marker dominan Bar (B) yang menjadikan mata sempit. Dengan adanya letal resesif, individu jantan dengan kromosom tersebut dan individu betina homozigot tidak akan bertahan hidup.
Persilangan pertama dilakukan antara betina heterozigot untuk kromosom ClB dan jantan dengan kromosom X normal. Di antara keturunan yang diperoleh, dipilih individu betina yang mempunyai mata Bar untuk selanjutnya pada persilangan kedua dikawinkan dengan jantan normal. Individu betina dengan mata Bar ini jelas mempunyai genotipe heterozigot karena menerima kromosom ClB dari tetua betina dan kromosom X normal dari tetua jantannya. Hasil persilangan kedua yang diharapkan adalah dua betina berbanding dengan satu jantan. Ada tidaknya individu jantan hasil persilangan kedua ini digunakan untuk mengestimasi laju mutasi letal resesif.

Oleh karena pindah silang pada kromosom X dihalangi oleh adanya inversi (C) pada individu betina, maka semua individu jantan hasil persilangan hanya akan mempunyai genotipe +ΙΓ    .  Kromosom X pada individu jantan ini berasal dari tetua jantan awal (persilangan pertama). Sementara itu, individu jantan dengan kromosom X ClB selalu mengalami kematian. Meskipun demikian, kadang-kadang pada persilangan kedua tidak diperoleh individu jantan sama sekali. Artinya, individu jantan yang mati tidak hanya yang membawa kromosom ClB, tetapi juga individu yang membawa kromosom X dari tetua jantan awal. Jika hal ini terjadi, kita dapat menyimpulkan bahwa kromosom X pada tetua jantan awal yang semula normal berubah atau bermutasi menjadi kromosom X dengan letal resesif. Dengan menghitung frekuensi terjadinya kematian pada individu jantan yang seharusnya hidup ini, dapat dilakukan estimasi kuantitatif terhadap laju mutasi yang menyebabkan terbentuknya alel letal resesif pada kromosom X.  Ternyata, lebih kurang 0,15% kromosom X terlihat mengalami mutasi semacam itu selama spermatogenesis, yang berarti bahwa laju mutasi untuk mendapatkan letal resesif per kromosom X per gamet adalah 1,5 x 10-3.

Pada metode ClB tidak diketahui laju mutasi gen tertentu karena kita tidak dapat memastikan banyaknya gen pada kromosom X yang apabila mengalami mutasi akan berubah menjadi alel resesif yang mematikan. Namun, semenjak ditemukannya metode ClB berkembang pula sejumlah metode lain untuk mengestimasi laju mutasi pada berbagai organisme. Hasilnya menunjukkan bahwa laju mutasi sangat bervariasi antara gen yang satu dan lainnya. Sebagai contoh, laju mutasi untuk terbentuknya tubuh berwarna kuning pada Drosophila adalah 10-4 per gamet per generasi, sementara laju mutasi untuk terbentuknya resitensi terhadap streptomisin pada E. coli adalah 10-9 per sel per generasi.

Asal-mula terjadinya mutasi spontan
Ada tiga mekanisme yang paling penting pada mutasi spontan, yaitu (1) kesalahan selama replikasi, (2) perubahan basa nukleotida secara spontan, dan (3) peristiwa-peristiwa yang berkaitan dengan penyisipan (insersi) dan pemotongan (eksisi) unsur-unsur yang dapat berpindah (transposable elements).
Pada kejadian Replikasi DNA bahwa enzim Pol I dan Pol III adakalanya membuat kesalahan dengan menyisipkan basa yang salah ketika replikasi DNA sedang berlangsung. Namun, enzim-enzim DNA polimerase ini juga diketahui mempunyai kemampuan untuk memperbaiki kesalahan (proof reading) melalui aktivitas eksonukleasenya dengan cara memotong basa yang salah pada ujung 3’ untai DNA yang sedang dipolimerisasi.
Aktivitas penyuntingan oleh DNA polimerase boleh dikatakan sangat efisien meskipun tidak berarti sempurna benar. Kadang-kadang suatu kesalahan replikasi luput dari mekanisme penyuntingan tersebut. Akan tetapi, ada sistem lain yang berfungsi dalam perbaikan kesalahan replikasi DNA. Sistem ini dikenal sebagai sistem perbaikan salah pasangan (mismatch repair). Berbeda dengan sistem penyuntingan oleh DNA polimerase, sistem perbaikan salah pasangan tidak bekerja pada ujung 3’ untai DNA yang sedang tumbuh, tetapi mengenali kesalahan basa di dalam untai DNA. Caranya, segmen DNA yang membawa basa yang salah dibuang sehingga terdapat celah (gap) di dalam untai DNA. Selanjutnya, dengan bantuan enzim Pol I celah ini akan diisi oleh segmen baru yang membawa basa yang telah diperbaiki.
Sistem perbaikan salah pasangan, seperti halnya mekanisme penyuntingan oleh DNA polimerase, tidaklah sempurna sama sekali. Kadang-kadang ada juga kesalahan pasangan basa yang tidak dikenalinya. Jika hal ini terjadi, timbullah mutasi spontan.
Basa-basa tautomerik adakalanya dapat tergabung dengan benar ke dalam molekul DNA. Pada saat penggabungan berlangsung, basa tersebut akan membentuk ikatan hidrogen yang benar dengan basa pada untai DNA cetakan sehingga fungsi penyuntingan oleh DNA polimerase tidak dapat mengenalinya. Sistem perbaikan salah pasangan akan mengoreksi kesalahan semacam itu. Akan tetapi, jika segmen yang membawa kesalahan basa tersebut telah mengalami metilasi, maka sistem perbaikan salah pasangan tidak dapat membedakan antara untai cetakan dan untai baru. Hal ini akan menimbulkan mutasi spontan.

Sumber mutasi spontan lainnya adalah perubahan basa sitosin yang telah termetilasi menjadi timin karena hilangnya gugus amino. Sitosin yang seharusnya berpasangan dengan guanin berubah menjadi timin yang berpasangan dengan adenin sehingga terjadilah mutasi transisi (purin menjadi purin, pirimidin menjadi pirimidin). Dalam hal ini hilangnya gugus amino dari sitosin yang telah termetilasi tidak dapat dikenali oleh sistem perbaikan salah pasangan, dan basa timin yang seharusnya sitosin tersebut tidak dilihat sebagai basa yang salah.

B.Mutasi buatan (Mutasi Induksi)
Mutasi buatan adalah adalah mutasi yang disebabkan oleh usaha manusia. Laju mutasi spontan yang sangat rendah ternyata dapat ditingkatkan dengan aplikasi berbagai agen eksternal. Mutasi dengan laju yang ditingkatkan ini dinamakan mutasi induksi. Bukti pertama bahwa agen eksternal dapat meningkatkan laju mutasi diperoleh dari penelitian H. Muller pada tahun 1927 yang memperlihatkan bahwa sinar X dapat menyebabkan mutasi pada Drosophila. Agen yang dapat menyebabkan terjadinya mutasi seperti sinar X ini dinamakan mutagen.
Semenjak penemuan Muller tersebut, berbagai mutagen fisika dan kimia digunakan untuk meningkatkan laju mutasi. Dengan mutagen-mutagen ini dapat diperoleh bermacam-macam mutan pada beberapa spesies organisme.

11.3.Faktor Penyebab Mutasi
Mutasi disebabkan oleh suatu faktor yang dikenal dengan nama mutagen. Faktor tersebut antara lain dengan cara :
a. pemakaian bahan radioaktif untuk diagnosis, terapi, deteksi suatu penyakit, sterilisasi dan pengawetan makanan.
b. Penggunaan senjata nuklir
c. Penggunaan roket, televise
d. Pemakaian bahan kimia, fisika, dan biologi
Macam-macam mutagen menurut bahannya dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu mutagen fisika, mutagen kimia, dan mutagen biologi.

A. Mutagen fisika adalah mutagen yang berupa bahan fisika, antara lain :

  1. sinar kosmis, sinar ultraviolet, unsur radioaktif : thorium, uranium, radium dan isotop K.
  2. alat nuklir dapat mlepaskan energi yang besar yang dapat menimbulkan radiasi pengionisasi.
  3. Radiasi sinar X, α, β, dan γ
  4. Neutron
  5. Suhu tinggi

B. Mutagen kimia adalah mutagen yang berupa bahan kimia, antara lain :

  1. pestisida, seperti DDT, BHC
  2. agen alkilase, seperti mustard, dimetil, dimetilsulfat, eter mulan sulfat, dapat memberikan gugus alkil yang bereaksi dengan gugus fosfat dari DNA yang dapat mengganggu replikasi DNA.
  3. Hidroksil Amino (NH2OH) merupakan mutagen pada bakteriofage yang dapat menyerang sitosina DNA dan urasil pada RNA.
  4. Eosin, eritrin dan fluoresen
  5. Peroksida organic
  6. Fe dan Mg
  7. Formaldehide
  8. Asam nitrit, natrium nitrit
  9. Antibiotik
  10. H2O2
  11. Glikidol

C.  Mutasi biologi adalah mutasi yang disebabkan oleh bahan biologi atau makhluk hidup terutama mikroorganisme, yaitu : virus, bakteri dan penyisipan DNA. Virus dan bakteri diduga dapat menyebebkan terjadinya mutasi. Tidak kurang dari 20 macam virus dapat menimbulkan kerusakan kromosom. Bagian dari virus yang mampu mengadakan mutasi adalah asam nukleatnya tepatnya DNA.

D.Basa analog
Basa analog merupakan senyawa kimia yang struktur molekulnya sangat menyerupai basa nukleotida DNA sehingga dapat menjadi bagian yang menyatu di dalam molekul DNA selama berlangsungnya replikasi normal. Hal ini karena suatu basa analog dapat berpasangan dengan basa tertentu pada untai DNA cetakan. Namun, bisa juga masuknya sebuah basa analog terkoreksi melalui mekanisme penyuntingan oleh enzim DNA polimerase.
Apabila suatu basa analog dapat membentuk ikatan hidrogen dengan dua macam cara, maka basa analog ini dikatakan bersifat mutagenik. Sebagai contoh, basa 5-bromourasil (BU) yang diketahui mudah sekali bergabung dengan DNA bakteri dan virus, dapat mempunyai dua macam bentuk, yaitu keto dan enol sehingga dapat membentuk ikatan hidrogen dengan dua macam cara. Basa ini analog dengan basa timin karena hanya berbeda pada posisi gugus metil yang diganti dengan atom bromium. Jika sel yang akan dimutasi ditumbuhkan pada medium yang mengandung BU dalam bentuk keto, maka selama replikasi DNA adakalanya timin digantikan oleh BU sehingga pasangan basa AT berubah menjadi ABU. Penggantian ini belum dapat dikatakan sebagai peristiwa mutasi. Akan tetapi, jika BU berada dalam bentuk enol, maka BU akan berpasangan dengan guanin (GBU), dan pada putaran replikasi berikutnya, molekul DNA yang baru akan mempunyai pasangan basa GC pada posisi yang seharusnya ditempati oleh pasangan basa AT. Dengan demikian, telah terjadi mutasi tautomerik berupa transisi dari AT ke GC.
Percobaan-percobaan berikutnya menunjukkan bahwa mekanisme mutagenesis BU dapat terjadi dengan cara lain. Konsentrasi deoksinukleosida trifofat (dNTP) di dalam sel pada umumnya diatur oleh konsentrasi deoksitimidin trifosfat (dTTP). Artinya, konsentrasi dTTP akan menentukan konsentrasi ketiga dNTP lainnya untuk keperluan sintesis DNA. Apabila suatu saat dTTP terdapat dalam jumlah yang sangat berlebihan, maka akan terjadi hambatan dalam sintesis dCTP. Sementara itu, BU sebagai basa yang analog dengan timin juga dapat menghambat sintesis dCTP. Jika BU ditambahkan ke dalam medium pertumbuhan, maka dTTP akan disintesis dalam jumlah normal tetapi sintesis dCTP akan sangat terhambat. Akibatnya, nisbah dTTP terhadap dCTP menjadi sangat tinggi dan frekuensi salah pasangan GT, yang seharusnya GC, akan meningkat. Mekanisme penyuntingan dan perbaikan salah pasangan sebenarnya dapat membuang basa timin yang salah berpasangan dengan guanin tersebut. Akan tetapi, keberadaan BU ternyata menyebabkan laju perbaikan menjadi tertinggal oleh laju salah pasangan. Pada putaran replikasi berikutnya basa timin pada pasangan GT akan berpasangan dengan adenin sehingga posisi yang seharusnya ditempati oleh GC sekarang diganti dengan AT. Dengan perkataan lain, BU telah menginduksi mutasi tautomerik berupa transisi GC menjadi AT.

E.Proses Mutagen-Mutagen kimia
Berbeda dengan basa analog yang hanya bersifat mutagenik ketika DNA sedang melakukan replikasi, mutagen kimia dapat mengakibatkan mutasi pada DNA baik yang sedang bereplikasi maupun yang tidak sedang bereplikasi. Beberapa di antara mutagen kimia, misalnya asam nitros (HNO2), menimbulkan perubahan yang sangat khas. Namun, beberapa lainnya, misalnya agen-agen alkilasi, memberikan pengaruh dengan spektrum yang luas.
HNO2 bekerja sebagai mutagen dengan mengubah gugus amino (NH2) pada basa adenin, sitosin, dan guanin menjadi gugus keto (=O) sehingga spesifisitas pengikatan hidrogen pada basa-basa tersebut juga mengalami perubahan. Deaminasi adenin akan menghasilkan hipoksantin (H), yang berpasangan dengan sitosin. Hal ini mengakibatkan terjadinya transisi AT menjadi GC melaui HC.  Dengan mekanisme serupa, deaminasi sitosin yang menghasilkan urasil akan mengakibatkan transisi GC menjadi AT melalui AU.
Agen alkilasi etilmetan sulfonat (EMS) dan mustard nitrogen merupakan mutagen-mutagen kimia yang banyak digunakan dalam penelitian genetika. Kedua-duanya akan memberikan gugus etil (C2H5) atau sejenisnya kepada basa DNA. Jika HNO2 terbukti sangat bermanfaat pada sistem prokariot, maka agen-agen alkilasi sangat efektif untuk digunakan pada sistem eukariot.
Alkilasi pada basa G atau T akan menyebabkan terjadinya salah pasangan yang mengarah kepada transisi AT→ GC dan GC → AT.  Selain itu, EMS dapat juga bereaksi dengan A dan C

Fenomena lain yang dapat muncul akibat terjadinya alkilasi guanin adalah depurinasi, yaitu hilangnya basa purin yang telah mengalami alkilasi tersebut dari molekul DNA karena patahnya ikatan yang menghubungkannya dengan gula deoksiribosa. Depurinasi tidak selalu bersifat mutagenik karena celah yang terbentuk dengan hilangnya basa purin tadi dapat segera diperbaiki. Akan tetapi, garpu replikasi sering kali terlebih dahulu telah mencapai celah tersebut sebelum perbaikan sempat dilakukan. Jika hal ini terjadi, maka replikasi akan terhenti tepat di depan celah dan kemudian dimulai lagi dengan menyisipkan basa adenin pada posisi yang komplementer dengan celah tersebut. Akibatnya, setelah replikasi basa adenin di posisi celah tersebut akan berpasangan dengan timin atau terjadi pasangan TA. Padahal seharusnya pasangan basa pada posisi celah tersebut adalah GC (bukankah yang hilang adalah G?). Oleh karena itu pada posisi celah tersebut terjadi perubahan dari GC menjadi TA atau purin-pirimidin menjadi pirimidin-purin. Perubahan ini tidak lain merupakan mutasi tautomerik jenis transversi.

F.Interkalasi
Senyawa kimia akridin, yang salah satu contohnya adalah proflavin, memiliki struktur molekul berupa tiga cincin sehingga sangat menyerupai pasangan basa purin – pirimidin atau pirimidin – purin. Dengan struktur yang sangat menyerupai sebuah pasangan basa, akridin dapat menyisip di antara dua pasangan basa yang berdekatan pada molekul DNA. Peristiwa penyisipan semacam ini dinamakan interkalasi.
Pengaruh interkalasi terhadap molekul DNA adalah terjadinya perenggangan jarak antara dua pasangan basa yang berurutan. Besarnya perenggangan sama dengan tebal molekul akridin. Apabila DNA yang membawa akridin tadi melakukan replikasi, maka untai DNA hasil replikasi akan ada yang mengalami adisi dan ada yang mengalami delesi pada posisi terjadinya interkalasi. Dengan demikian, mutasi yang ditimbulkan bukanlah mutasi tautomerik, melainkan mutasi rangka baca.

G.Iradiasi ultraviolet
Sinar ultraviolet (UV) dapat menghasilkan pengaruh, baik letal maupun mutagenik, pada semua jenis virus dan sel. Pengaruh ini disebabkan oleh terjadinya perubahan kimia pada basa DNA akibat absorpsi energi dari sinar tersebut. Pengaruh terbesar yang ditimbulkan oleh iradiasi sinar UV adalah terbentuknya pirimidin dimer, khususnya timin dimer, yaitu saling terikatnya dua molekul timin yang berurutan pada sebuah untai DNA. Dengan adanya timin dimer, replikasi DNA akan terhalang pada posisi terjadinya timin dimer tersebut. Namun, kerusakan DNA ini pada umumnya dapat diperbaiki melalui salah satu di antara empat macam mekanisme, yaitu fotoreaktivasi, eksisi, rekombinasi, dan SOS.

H.Fotoreaktivasi
Mekanisme perbaikan ini bergantung kepada cahaya. Dengan adanya cahaya, ikatan antara timin dan timin akan terputus oleh suatu enzim tertentu. Sebenarnya enzim tersebut telah mengikat dimer, baik ketika ada cahaya maupun tidak ada cahaya. Akan tetapi, aktivasinya memerlukan spektrum biru cahaya sehingga enzim tersebut hanya bisa bekerja apabila ada cahaya.

I.Eksisi
Perbaikan dengan cara eksisi merupakan proses enzimatik bertahap yang diawali dengan pembuangan dimer dari molekul DNA, diikuti oleh resintesis segmen DNA baru, dan diakhiri oleh ligasi segmen tersebut dengan untai DNA. Ada dua mekanisme eksisi yang agak berbeda. Pada mekanisme pertama, enzim endonuklease melakukan pemotongan (eksisi) pada dua tempat yang mengapit dimer. Akibatnya, segmen yang membawa dimer akan terlepas dari untai DNA. Pembuangan segmen ini kemudian diikuti oleh sintesis segmen baru yang akan menggantikannya dengan bantuan enzim DNA polimerase I. Akhirnya, segmen yang baru tersebut diligasi dengan untai DNA sehingga untai DNA ini sekarang tidak lagi membawa dimer.
Pada mekanisme yang kedua pemotongan mula-mula hanya terjadi pada satu tempat, yakni di sekitar dimer. Pada celah yang terbentuk akibat pemotongan tersebut segera terjadi sintesis segmen baru dengan urutan basa yang benar. Pada waktu yang sama terjadi pemotongan lagi pada segmen yang membawa dimer sehingga segmen ini terlepas dari untai DNA. Seperti pada mekanisme yang pertama,  proses ini diakhiri dengan ligasi segmen yang baru tadi dengan untai DNA.

J. Rekombinasi
Berbeda dengan dua mekanisme yang telah dijelaskan sebelumnya, perbaikan kerusakan DNA dengan cara rekombinasi terjadi setelah replikasi berlangsung. Oleh karena itu, mekanisme ini sering juga dikatakan sebagai rekombinasi pascareplikasi.
Ketika DNA polimerase sampai pada suatu dimer, maka polimerisasi akan terhenti sejenak untuk kemudian dimulai lagi dari posisi setelah dimer. Akibatnya, untai DNA hasil polimerisasi akan mempunyai celah pada posisi dimer. Mekanisme rekombinasi pada prinsipnya merupakan cara untuk menutup celah tersebut menggunakan segmen yang sesuai pada untai DNA cetakan yang membawa dimer. Untuk jelasnya, skema mekanisme tersebut dapat dilihat pada Gambar dibawah ini.
DNA yang membawa dimer pada kedua untainya melakukan replikasi (Gambar a) sehingga pada waktu garpu replikasi mencapai dimer akan terbentuk celah pada kedua untai DNA yang baru (Gambar b). Celah akan diisi oleh segmen yang sesuai dari masing-masing untai DNA cetakan yang membawa dimer. Akibatnya, pada untai DNA cetakan terdapat segmen yang hilang. Jadi, sekarang kedua untai DNA cetakan selain membawa dimer juga mempunyai celah, sedangkan kedua untai DNA baru tidak mempunyai celah lagi (Gambar c). Akhirnya, segmen penutup celah akan terligasi dengan sempurna pada masing-masing untai DNA baru.

K.Mekanisme SOS
Mekanisme perbaikan DNA dengan sistem SOS dapat dilihat sebagai jalan pintas yang memungkinkan replikasi tetap berlangsung meskipun harus melintasi dimer. Hasilnya berupa untai DNA yang utuh tetapi sering kali sangat defektif. Oleh karena itu, mekanisme SOS dapat dikatakan sebagai sistem perbaikan yang rentan terhadap kesalahan

Ketika sistem SOS aktif, sistem penyuntingan oleh DNA polimerase III justru menjadi tidak aktif. Hal ini dimaksudkan agar polimerisasi tetap dapat  berjalan melintasi dimer. Untai DNA yang baru akan mempunyai dua basa adenin berurutan pada posisi dimer (dalam kasus timin dimer). Dengan sendirinya, kedua adenin ini tidak dapat berpasangan dengan timin karena kedua timin berada dalam bentuk dimer. Sistem penyuntingan tidak dapat memperbaiki kesalahan ini karena tidak aktif, sedangkan sistem perbaikan salah pasangan sebenarnya dapat memperbaikinya. Namun, karena jumlah dimer di dalam setiap sel yang mengalami iradiasi UV biasanya begitu banyak, maka sistem perbaikan salah pasangan tidak dapat memperbaiki semua kesalahan yang ada. Akibatnya, mutasi tetap terjadi. Pengaruh mutagenik iradiasi UV memang hampir selalu merupakan akibat perbaikan yang rentan terhadap kesalahan

L.Radiasi pengion
Radiasi pengion mempunyai energi yang begitu besar sehingga molekul air dan senyawa kimia lainnya yang terkena olehnya akan terurai menjadi fragmen-fragmen bermuatan listrik. Semua bentuk radiasi pengion akan menyebabkan pengaruh mutagenik dan letal pada virus dan sel. Radiasi pengion meliputi sinar X beserta partikel-partikelnya dan radiasi yang dihasilkan oleh unsur-unsur radioaktif seperti partikel α, β, dan sinar γ.
Intensitas radiasi pengion dinyatakan secara kuantitatif dengan beberapa macam cara. Ukuran yang paling lazim digunakan adalah rad, yang didefinisikan sebagai besarnya radiasi yang menyebabkan absorpsi energi sebesar 100 erg pada setiap gram materi.
Frekuensi mutasi yang diinduksi oleh sinar X sebanding dengan dosis radiasi yang diberikan. Sebagai contoh, frekuensi letal resesif pada kromosom X Drosophila meningkat linier sejalan dengan meningkatnya dosis radiasi sinar X. Pemaparan sebesar 1000 rad meningkatkan frekuensi mutasi dari laju mutasi spontan sebesar 0,15% menjadi 3%. Pada Drosophila tidak terdapat ambang bawah dosis pemaparan yang yang tidak menyebabkan mutasi. Artinya, betapapun rendahnya dosis radiasi, mutasi akan tetap terinduksi.
Pengaruh mutagenik dan letal yang ditimbulkan oleh radiasi pengion terutama berkaitan dengan kerusakan DNA. Ada tiga macam kerusakan DNA yang disebabkan oleh radiasi pengion, yaitu kerusakan pada salah satu untai, kerusakan pada kedua untai, dan perubahan basa nukleotida. Pada eukariot radiasi pengion dapat menyebabkan kerusakan kromosom, yang biasanya bersifat letal. Akan tetapi, pada beberapa organisme terdapat sistem yang dapat memperbaiki kerusakan kromosom tersebut meskipun perbaikan yang dilakukan sering mengakibatkan delesi, duplikasi, inversi, dan translokasi.
Radiasi pengion banyak digunakan dalam terapi tumor. Pada prinsipnya perlakuan ini dimaksudkan untuk meningkatkan frekuensi kerusakan kromosom pada sel-sel yang sedang mengalami mitosis. Oleh karena tumor mengandung banyak sekali sel yang mengalami mitosis sementara jaringan normal tidak, maka sel tumor yang dirusak akan jauh lebih banyak daripada sel normal yang dirusak. Namun, tidak semua sel tumor mengalami mitosis pada waktu yang sama. Oleh karena itu, iradiasi biasanya dilakukan dengan selang waktu beberapa hari agar sel-sel tumor yang semula sedang beristirahat kemudian melakukan mitosis. Diharapkan setelah iradiasi diberikan selama kurun waktu tertentu, semua sel tumor akan rusak.

11.4. Mekanisme Molekuler Mutasi
Meskipun tidak selalu, perubahan urutan asam amino pada suatu protein dapat menyebabkan perubahan sifat-sifat biologi protein tersebut. Hal ini karena pelipatan rantai polipeptida sebagai penentu struktur tiga dimensi molekul protein sangat bergantung kepada interaksi di antara asam-asam amino dengan muatan yang berlawanan. Contoh yang paling sering dikemukakan adalah perubahan sifat biologi yang terjadi pada molekul hemoglobin.
Hemoglobin pada individu dewasa normal terdiri atas dua rantai polipeptida α yang identik dan dua rantai polipeptida β yang identik juga. Namun, pada penderita anemia bulan sabit (sickle cell anemia) salah satu asam amino pada polipeptida β, yakni asam glutamat, digantikan atau disubstitusi oleh valin.
Substitusi asam glutamat, yang bermuatan negatif, oleh valin, yang tidak bermuatan atau netral, mengakibatkan perubahan struktur hemoglobin dan juga eritrosit yang membawanya. Hemoglobin penderita anemia bulan sabit akan mengalami kristalisasi ketika tidak bereaksi dengan oksigen sehingga akan mengendap di pembuluh darah dan menyumbatnya. Demikian juga, eritrositnya menjadi lonjong dan mudah pecah. Seperti dikatakan di atas, perubahan urutan asam amino tidak selalu menyebabkan perubahan sifat-sifat biologi protein atau menghasilkan fenotipe mutan.

Substitusi sebuah asam amino oleh asam amino lain yang muatannya sama, misalnya substitusi histidin oleh lisin, sering kali tidak berpengaruh terhadap struktur molekul protein atau fenotipe individu. Jadi, ada tidaknya pengaruh substitusi suatu asam amino terhadap perubahan sifat protein bergantung kepada peran asam amino tersebut dalam struktur dan fungsi protein.
Setiap perubahan asam amino disebabkan oleh perubahan urutan basa nukleotida pada molekul DNA. Akan tetapi, perubahan sebuah basa pada DNA tidak selamanya disertai oleh substitusi asam amino karena sebuah asam amino dapat disandi oleh lebih dari sebuah triplet kodon. Perubahan atau mutasi basa pada DNA yang tidak menyebabkan substitusi asam amino atau tidak memberikan pengaruh fenotipik dinamakan mutasi tenang (silent mutation). Namun, substitusi asam amino yang tidak menghasilkan perubahan sifat protein atau perubahan fenotipik pun dapat dikatakan sebagai mutasi tenang.
Mutasi yang terjadi pada sebuah atau sepasang basa pada DNA disebut sebagai mutasi titik (point mutation). Mekanisme terjadinya mutasi titik ini ada dua macam, yaitu (1) substitusi basa dan (2) perubahan rangka baca akibat adanya penambahan basa (adisi) atau kehilangan basa (delesi). Mutasi titik yang disebabkan oleh substitusi basa dinamakan mutasi substitusi basa, sedangkan mutasi yang terjadi karena perubahan rangka baca dinamakan mutasi rangka baca (frameshift mutation).Apabila substitusi basa menyebabkan substitusi asam amino seperti pada kasus hemoglobin anemia bulan sabit, maka mutasinya dinamakan mutasi salah makna (missense mutation).  Sementara itu, jika substitusi basa menghasilkan kodon stop, misalnya UAU (tirosin) menjadi UAG (stop), maka mutasinya dinamakan mutasi tanpa makna (nonsense mutation) atau mutasi terminasi rantai (chain termination mutation).
Substitusi basa pada sebuah triplet kodon dapat menghasilkan sembilan kemungkinan perubahan triplet kodon karena tiap basa mempunyai tiga kemungkinan substitusi. Sebagai contoh, kodon UAU dapat mengalami substitusi basa menjadi AAU (asparagin), GAU (asam aspartat), CAU (histidin), UUU (fenilalanin), UGU (sistein), UCU (serin), UAA (stop), UAG (stop), dan UAC (tirosin). Kita bisa melihat bahwa perubahan yang terakhir, yakni UAC, tidak menghasilkan substitusi asam amino karena baik UAC maupun UAU menyandi asam amino tirosin.
Mutasi substitusi basa dapat dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu transisi dan transversi.  Pada transisi terjadi substitusi basa purin oleh purin atau substitusi pirimidin oleh pirimidin, sedangkan pada transversi terjadi substitusi purin oleh pirimidin atau pirimidin oleh purin. Secara skema kedua macam substitusi basa tersebut dapat dilihat pada Gambar di bawah ini.

Sementara itu, mutasi rangka baca akan mengakibatkan perubahan rangka baca semua triplet kodon di belakang tempat terjadinya mutasi tersebut. Akan tetapi, adisi atau pun delesi sebanyak kelipatan tiga basa pada umumnya tidak akan menimbulkan pengaruh fenotipik mutasi rangka baca. Demikian pula, adisi satu basa yang diimbangi oleh delesi satu basa di tempat lain, atau sebaliknya, akan memperbaiki kembali rangka baca di belakang tempat tersebut. Selain itu, apabila adisi atau delesi terjadi pada daerah yang sangat dekat dengan ujung karboksil suatu protein, maka mutasi rangka baca yang ditimbulkannya tidak akan menyebabkan sintesis protein nonfungsional. Dengan perkataan lain, mutasi tidak memberikan pengaruh fenotipik.

11.5. Mutasi pada Manusia
Manusia dapat mengalami mutasi karena terjadi mutasi pada kromosomnya. Ada beberapa mutasi pada manusia yang diakibatkan bukan dari mutasi buatan. Oleh karena itu, manusia hanya dapat berharap dan sedikit usaha agar dapat menghindarkan diri dari unsur-unsur mutagen.  Berikut ini beberapa contoh mutasi pada manusia.

(1) Sindrom Turner (XO)
Sindrom Turner ditemukan oleh H.H. Turner tahun 1938. Ciri-ciri manusia yang memiliki Sindrom Turner antara lain sebagai berikut.
1) kariotipe : 45,XO (44 autosom + 1 kromosom X) diderita oleh wanita
2) tinggi badan cenderung pendek dan bentuk kaki X
3) alat kelamin terlambat perkembangannya (infantil) sehingga ovarium tidak sempurna
4) sisi leher tumbuh tambahan daging (mempunyai gelambir leher yang melebar)
5) Payudara kecil dan kedua puting susu berjarak melebar
6) keterbelakangan mental dan mandul

(2) Sindrom Klinefelter
Sindrom Klinefelter ditemukan oleh Klinefelter tahun 1942. Ciri-ciri manusia yang memiliki Sindrom Klinefelter antara lain sebagai berikut.
1) kariotipe: 47, XXY (kelebihan kromosom seks X) diderita pria
2) bulu badan tidak tumbuh
3) testis mengecil, mandul (steril)
4) buah dada (payudara) membesar
5) Retardasi mental
6) Pinggul Besar
7) Suara Nyaring
8) Lengan dan Kaki Panjang serta tinggi badan berlebih
9) jika jumlah kromosom X lebih dari dua, mengalami keterbelakangan mental.

(3) Sindrom Down
Sindrom Down (Mongolisme) = Trisomi pada Autosom ke-21, ditemukan oleh Longdon Down tahun 1866.
Ciri-ciri manusia yang memiliki Sindrom Down antara lain sebagai berikut.
1) Kariotipe 47, XX atau 47, XY
2) mongolism, Jari-Jari pendek dan bertelapak tebal seperti telapak kera (Tapak Monyet)
3) Biasanya terdapat sidik Loop Radikal pada puncak jari
4) mata sipit miring ke samping
5) Leher pendek dan muka mongol
6) bibir tebal, lidah menjulur, liur selalu menetes
7) gigi kecil-kecil dan jarang serta tidak teratur
8) Suka Senyum
9) I. Q. rendah (± 40 ).

(4) Sindrom Edwards
Nama lain untuk sindroma ini adalah sindrom trisomi 18. Nama sindrom Edwards diambil dari nama seorang ahli genetika Inggris, John Hilton Edwards. Sindrom ini mengenai 1 dari 8000 bayi baru lahir.
Ciri-ciri manusia yang memiliki Sindrom Edwards antara lain :
1). Tambahan kromosom pada pasangan kromosom 18 (trisomi 18).
2). Berat badan lahir rendah
3). Gagal tumbuh kembang
4). Pertumbuhan rambut yang berlebihan (hipertrikosis)
5). Kelainan jantung, pembuluh darah dan ginjal
6). Kelainan tulang tengkorak dan wajah
7). Kepala yang abnormal kecil (mikrosefali)
8) Rahang yang abnormal kecil (mikrognatia)
9) Leher lebar (webbed neck) dan Telinga letak rendah
10). Bersifat letal.
11). Hanya ± 5% dari anak-anak ini yang bisa melewati ulang tahunnya yang pertama.
12) Biasanya penderita meninggal sebelum berusia 6 bulan.

(5) Sindrom Cri-du cat
Sindrom Cri-du-chat (menangis kucing) juga dikenal sebagai sindrom 5p-(5p minus), adalah kondisi kromosom yang hilang pada kromosom nomor 5. Bayi dengan kondisi ini memiliki tangisan melengking yang terdengar seperti suara kucing. Sindrom Cri-du-chat dapat terjadi pada 1 di antara 20.000 sampai 50.000 bayi yang baru lahir. Kondisi ini ditemukan pada orang-orang dari berbagai latar belakang etnis.
Ciri-ciri manusia Sindrom Cri-du cat antara lain :
1) Kelainan ini ditandai dengan cacat intelektual dan perkembangan yang tertunda
2) Ukuran kepala kecil (mikrosefali)
3) Berat lahir rendah, dan otot lemah (hypotonia) pada bayi
4) Memiliki fitur wajah khas dan Telinga rendah
6) Rahang kecil dan wajah bulat
7) Beberapa anak dengan cri-du cat syndrome dilahirkan dengan cacat jantung.

(6) Sindrom XYY atau Sindrom Jacob
Sindrom Jacob ditemukan oleh P.A. Jacobs tahun 1965. Sindrom Jacob hanya terjadi pada laki-laki saja. Kebalikan dari Klinefelter. Kondisi manusia yang memiliki Sindrom Jacob antara lain sebagai berikut. Pada sindroma XYY, seorang bayi laki-laki terlahir dengan kelebihan kromosom Y. Oleh karena itu, sindrom ini terjadi pada manusia yang berjenis kelamin laki-laki.
Laki-laki biasanya hanya memiliki 1 kromosom X dan 1 kromosom Y, digambarkan sebagai 46, XY. Pria dengan sindroma XYY memiliki 2 kromosom Y dan digambarkan kariotipenya sebagai 47, XYY. Kelainan ini ditemukan pada 1 diantara 1.000 pria.
Ciri-ciri manusia yang memiliki Sindrom XYY antara lain sebagai berikut.

  1. Pada saat lahir, bayi biasanya tampak normal, lahir dengan berat dan panjang badan yang normal, tanpa kelainan fisik dan organ seksualnya normal.
  2. Pada awal masa kanak-kanak, penderita memiliki kecepatan pertumbuhan yang pesat, rata-rata mereka memiliki tinggi badan 7 cm diatas normal.
  3. Postur tubuhnya normal, tetapi berat badannya relatif lebih rendah jika dibandingkan terhadap tinggi badannya.
  4. Pada masa kanak-kanak, mereka lebih aktif dan cenderung mengalami penundaan kematangan mental, meskipun fisiknya berkembang secara normal dan tingkat kecerdasannya berada dalam kisaran normal.
  5. Aktivitas yang tinggi dan gangguan belajar akan menimbulkan masalah di sekolah sehingga perlu diberikan pendidikan ekstra.
  6. Perkembangan seksual fisiknya normal, dimana organ seksual dan ciri seksual sekundernya berkembang secara normal. Pubertas terjadi pada waktunya.
  7. Pria XYY tidak mandul, mereka memilki testis yang berukuran normal serta memiliki potensi dan gairah seksual yang normal.
  8. Berperawakan tinggi
  9. Bersifat antisosial, agresif
  10. Suka melawan hokum
  11. Sindrom ini terjadi karena adanya penambahan pada kromosom kelamin, menjadi XYY atau laki-laki super. Penelitian mengatakan bahwa 90% dari penghuni penjara Alcatraz terkena sindrom ini. Sindrom ini membuat si penderita mempunyai muka yang menyeramkan, sifat anti sosial dan Agresif, tubuh tinggi tapi berIQ rendah.

(7) Sindrom XXX (tripel X)/Wanita Super
Sindroma XXX (Sindrom Tripel X, Trisomi X, 47,XXX) terjadi jika seorang anak perempuan memiliki 3 kromosom X. Pada sindrom XXX, di setiap sel-sel tubuh wanita terdapat 3 kromosom X (digambarkan sebagai 47,XXX). Sekitar 1 diantara 1.000 bayi perempuan yang tampaknya normal, memiliki kelainan ini.
Ciri-ciri manusia yang memiliki Sindrom XXX antara lain sebagai berikut :

  1. Pada saat bayi biasanya tenang dan tidak aktif
  2. Pengidap sindrom ini mengalami perkembangan fungsi motorik, berbicara dan pematangan yang tertunda.
  3. Anak perempuan dengan 3 kromosom X cenderung memiliki tingkat kecerdasan yang lebih rendah dibandingkan dengan saudara laki-laki dan saudara perempuannya yang normal.
  4. Kadang sindrom ini menyebabkan kemandulan dan kelainan organ sex, meskipun beberapa penderita bisa melahirkan anak yang memiliki kromosom dan fisik yang normal.
  5. Beberapa penderita mengalami menopause dini atau Progeria = penuaan dini.
  6. Pada umumnya meninggal pada usia 10 – 15 tahun
  7. Kehilangan Rambut

11.6. Dampak Mutasi
Pengaruh fenotipik yang ditimbulkan oleh mutasi sangat bervariasi, mulai dari perubahan kecil yang hanya dapat dideteksi melalui analisis biokimia hingga perubahan pada proses-proses esensial yang dapat mengakibatkan kematian sel atau bahkan organisme yang mengalaminya. Jenis sel dan tahap perkembangan individu menentukan besar kecilnya pengaruh mutasi. Selain itu, pada organisme diploid pengaruh mutasi juga bergantung kepada dominansi alel. Dalam hal ini, alel mutan resesif tidak akan memunculkan pengaruh fenotipik selama berada di dalam individu heterozigot karena tertutupi oleh alel dominannya yang normal.
Mutasi dapat mengakibatkan dampak yang menguntungkan maupun merugikan. Berikut ini tiga kategori dampak mutasi.

  1. Penyebab letal, artinya mutasi dapat menyebabkan organisme yang mengalaminya mengalami kematian.
  2. Merusak, artinya organ dan sistem metabolisme organisme yang mengalami mutasi akan terganggu.
  3. Menguntungkan, artinya organisme yang mengalami mutasi memiliki sifat yang unggul dari organisme biasa.

Contoh mutasi yang menguntungkan dalam kehidupan, antara lain sebagai berikut.

  1. Meningkatkan hasil panen produksi pangan, seperti gandum, tomat, kacang tanah, kelapa poliploidi, kol poliploidi, dengan mutasi induksi.
  2. Meningkatkan hasil antibiotika, seperti mutan Penicillium
  3. Untuk pemeriksaan proses biologi melalui mutasi, misalnya transpor electron pada fotosintesis, fiksasi nitrogen pada bakteri
  4. Sebagai proses penting untuk evolusi dan variasi genetik.

11.7. Tanya Jawab.

1)  Radiasi merupakan salah satu penyebab mutasi gen. Yang saya tanyakan, Apakah setiap kita berada di dalam zona radiasi seperti di lokasi reaktor nuklir di Fukushima maka akan pasti mengakibatkan mutasi gen? adakah cara agar korban mutasi gen dapat di sembuhkan?
Jawab : Jika reaktor nuklir itu tidak mengalami kebocoran, maka kemungkinan besar kita dalam keadaan aman,tetapi para ilmuan yang berada di reaktor tersebut selalu menggunakan pakaian pelindung, agar terlindung dari radiasi tersebut, karena radiasi dapat menyebar melalui udara dalam jarak tertentu, sampai saat ini belum diketahui cara menyembuhkan korban mutasi gen.

2)  Apakah mutasi gen dapat terjadi pada setiap orang dan bagaimana cara mencegah terjadinnya resiko terkena mutasi gen ?.
Jawab : Ya, mutasi bisa saja terjadi pada semua orang bahkan semua mahluk hidup. mutasi yang terjadi secara alami tak bisa dicegah karena biasanya mutasi alami terjadi karena faktor bawaan gen. sedangkan mutasi dari luar (eksternal) bisa dicegah dengan cara menjauhi lingkungan dan faktor-faktor yang menyebabkan mutasi eksternal terjadi

3)  Mutasi gen yang diwariskan langsung kepada keturunannya jika terjadi pada gamet. tolong berikan penjelasannya !
Jawab : Mutasi gen dapat terjadi pada sel tubuh somatis dan sel kelamin gamet. mutasi gen pada sel somatis akan diturunkan ke sel anaknya melalui pembelahan mitosis. mutasi gen gamet akan diturunkan pada generasi berikutnya atau keturunannya karena melalui sifat gamet inilah sifat induk diwariskan kepada keturunan

4)  Jelaskan peranan mutasi gen dan rekombinasi gen terhadap mekanisme evolusi.?
Jawab : Mutasi dan rekombinasi gen-gen dalam keturunan baru menghasilkan Variasi genetik. Sintesis evolusioner modern mendefinisikan evolusi sebagai perubahan dari waktu ke waktu pada variasi genetika. Frekuensi alel tertentu akan berfluktuasi, menjadi lebih umum atau kurang umum relatif terhadap bentuk lain gen itu. Gaya dorong evolusioner bekerja dengan mendorong perubahan pada frekuensi alel ini ke satu arah atau lainnya. Variasi menghilang ketika sebuah alel mencapai titik fiksasi, yakni ketika ia menghilang dari suatu populasi ataupun ia telah menggantikan keseluruhan alel leluhur.

5)  Mengapa mutasi somatik cenderung ke penyakit kanker?
Jawab : Mutasi somatik biasanya ditemukan pada manusia yang telah dewasa, dan tidak menurun. kanker merupakan penyakit yang tidak menurun pada keturunannya, jadi dalam mutasi somatik cenderung timbul penyakit kanker.

6)  Ada berapa macamkah mutasi berdasarkan kejadiannya dan sebutkan bahan-bahan yang menyebabkannya?  Jawab :  Macam mutasi ada 2 macam, yaitu:
a. Mutasi Alami (Mutasi Spontan) Mutasi alami adalah mutasi yang terjadi di alam secara acak tanpa diketahui sebabnya secara pasti.
b. Mutasi Buatan (Mutasi Terinduksi) : Mutasi Buatan (Mutasi Terinduksi) merupakan mutasi yang berasal dari luar atau kejadian yang disengaja oleh manusia. sedangkan penyebab nya adalah bahan kimia, bahan fisika dan bahan biologi

7)  Apakah penyakit yang terjadi karena dampak mutasi bisa dicegah dan disembuhkan?.
Jawab : Penyakit yang terjadi karena dampak mutasi bisa dicegah dan disembuhkan. Misalnya kanker,bisa dicegah dengan tidak merokok.Dan pengobatan kanker biasanya dengan cara dibedah.

8)  Dalam artikel diatas dijelaskan manusia memiliki 46 kromosom,apa yang akan terjadi jika kromosom pada seseorang kurang atau lebih dari 46 kromosom?
Jawab : Kemungkinan dari seseorang yang mempunyai kurang atau lebih dari 46 kromosom adalah kemungkinan terjadi mutagen yang dapat memnyebabkan kelainan atau penyakit yang diderita seseorang

9)  Apakah kelebihan jumlah kromosom dapat diambil kromosom tersebut agar tidak terjadi kecacatan dalam tubuh kita?
Jawab : Tidak ada pengobatan bagi masalah kromosom.Tidak ada jalan untuk menghilang kan kromosom yang tidak normal dan memasukkan yang normal.Meskipun begitu ,orang tersebut akan mendapatkan pengobatan berupa terapi fisik misalnya pembedahan jantung, sesuai dengan kebutuhan yang spesifik dari orang tersebut.
10)   Apa perbedaan antara mutagen,mutagenesis,dan mutan? jelaskan!!





Diktat Genetika Ternak-10d (Keempat)

31 07 2012

10.10. Bioteknologi

Bioteknologi adalah pemanfaatan prinsip-prinsip dan rekayasa terhadap organisme, sistem, atau proses biologis untuk menghasilkan atau meningkatkan potensi organisme maupun mengahsilkan produk dan jasa bagi kepentingan hidup manusia. Ilmu – ilmu yang digunakan dalam bioteknologi adalah mikrobiologi, biologi sel, genetika dan biokimia.
Mikrobiologi merupakan cabang biologi yang mempelajari mikroba atau jasad renik. Mikroba berupa bakteri, misalnya bakteri dapat digolongkan sebagai psikrofil (suhu 0oC – 30oC), mesofil (suhu 25oC – 40oC), dan termofil (suhu 50oC atau lebih). Contohnya untuk pembuatan yoghurt dengan menggunakan bakteri Lactobacillus bulgaricus, pada suhu 40oC selama 2,5 jam sampai 3,5 jam.
Biologi sel merupakan cabang biologi yang mempelajari sel. Pengetahuan mengenai sifat protoplasma suatu sel yang dapat berfusi atau bergabung dengan protoplasma sel lain pada spesies yang sama, bermanfaat bagi aplikasi fusi sel di bidang pemuliaan tanaman. Contoh tanamannya, tanaman kedelai dengan jagung serta tanaman kedelai dengan kacang kapri. Bisa juga sebagai pengetahuan mengenai sifat totipotensi untuk kultur jaringan, kamampuan sel – sel tanaman muda dan hidup untuk berdiferensiasi menjadi berbagai organ tanaman yang baru.
Genetika merupakan cabang biologi yang mempelajari warisan sifat – sifat genetik makhluk hidup dari satu generasi ke generasi berikutnya. DNA akan membantu percepatan kemajuan bioteknologi. Penemuan tanaman tomat yang tidak mudah rusak atau busuk, insulin manusia yang sintesis dari bakteri Escherichia coli.

Biokimia merupakan cabang ilmu kimia yang mempelajari makhluk hidup dari aspek kimia. Biokimia menggap semua yang terjadi pada kehidupan adalah kimia.

PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI
Louis Pasteur dianggap sebagai bapak bioteknologi. Karena bukti penelitian adanya mikroorganisme yang melakukan fermentasi yang didapat dari hasil penelitiannya.
Berbagai teknik yang mendorong perkembangan bioteknologi
1. Manipulasi DNA rekombinan
2. Penggabungan protoplasma
3. Pembuatan antibodi monoklonal
4. Modifikasi struktur protein
5. Imobilisasi enzim dan sel katalis
6. Penginderaan dengan bantuan biologi molekul
7. Menghubungkan komputer dengan reaktor
8. Rancang bangun reaktor biokatalis baru

A. BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL (TRADISIONAL)
Bioteknologi tradisional adalah bioteknologi yang memanfaatkan mikroba, proses biokimia, dan proses genetik ternak dan tanaman panen, pembuatan alkohol, minuman keras dan minuman anggur telah dikenal di masyarakat tradisional

Pangan
Tempe – jamur Rhizopus
Oncom – jamur Neurospora ditophila
Tapai ketan – Saccharomyces cereviceae
Kecap – jamur aspergillus

Pertanian
Hidroponik – cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai tempat menanam tanaman
Suatu tanaman jenis mustard alami yang diseleksi oleh manusia menghasilkan tanaman brokoli, kubis, kembang kol, dan lain – lain.

Peternakan
Domba ankon – domba berkaki pendek dan bengkok, hasil mutasi alami.
Sapi Jersey – diseleksi oleh manusia agar menghasilkan susu dengan kandugan krim lebih banyak

Kesehatan Dan Pengobatan
Antibiotik – digunakan untuk pengobatan, diidolasi dari bakteri dan jamur
Vaksin – mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang toksinnya telah dimatikan, bermanfaat untuk meningkatkan imunitas

B.BIOTEKNOLOGI MODERN
Bioteknologi modern adalah bioteknologi yang berdasarkan pada manipulasi atau rekayasa DNA, selain memanfaatkan dasar mikrobiologi dan biokimia.

Pangan
Buah tomat – hasil amipulasi genetik sehingga tahan lama, tidak cepat matang dan membusuk
Kentang – mengalami mutasi genetik sehingga kadarpati kentang meningkat 20% dari kentan biasa

Pertanian
Tanaman kedelai Tengger dan kedelai hijau Camar – berumur pendek dengan produktivitas tinggi, diperoleh dari radiasi seleksi biji – biji kedelai
Tanaman jagung dan kapas – resisten terhadap serangan penyakit gen tertentu setelah gennya di manipulasi

Peternakan
Pembelahan embrio secara fisik – menghasilkan kembar identik pada domba, sapi, babi, kuda
Ternak unggul – hasil manipulasi genetik, contoh unggul pada daging dan susunya

Kesehatan Dan Pengobatan
Hormon pertumbuhan somatotropin yang dihasilkan oleh Escherichia coli
Manipulasi produksi vaksi – menggunakan E. Coli agar lebih efisien

C. BIOTEKNOLOGI DENGAN MENGGUNAKAN MIKROORGANISME
Bioteknologi umumnya menggunakan mikroorganisme seperti bakteri, khamir, dan kapang, dengan alasan:
1. Pertumbuhannya cepat
2. Sel – selnya memiliki kandungan protein yang tinggi
3. Dapat menggunakan produk – produk sisa sebagai substratnya
4. Menghasilkan produk yang tidak toksik
5. Sebagai organisme hidup

Bioteknologi yang menggunakan mikroorganisme, penemuan dan penyelesaian masalah pangan, obat – obatan, pembasmian hama tanaman, pencemaran, dan pemisahan logam dari bijih logam.

(1) Mikroorganisme Pengubah Dan Penghasil Makanan Atau Minuman
Mikroorganisme dapat mengubah nilai gizi makanan atau minuman dalam proses fermentasi, perubahan enzimatik secara anaerob dari senyawa organik yang lebih sederhana. Mikroorganisme pada fermentasi menyebabkan perubahan senyawa-senyawa kompleks pada makanan atau minuman menjadi senyawa yang lebih sederhana dan peningkatan cita rasa dan aroma makanan atau minuman.
Mikroorganisme dapat dijadikan langsung sebagai sumber makanan, karena:

  1. Massa mikroorganisme dapat tumbuh menjadi dua kali lipat dalam waktu satu jam, sedangkan massa tumbuhan atau hewan memerlukan waktu berminggu – minggu
  2. Massa mikroba minimal mengandung 40% protein serta memiliki kandungan vitamin dan mineral tinggi
(2) Mikroorganisme Penghasil Obat

Antibiotik

  1. Antibiotik = senyawa yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme untuk meng-hambat pertumbuhan mikroorganisme lain.
  2. Penisilin : diproduksi secara komersial dicampurkan dengan berbagai senyawa, namun komponen utama berupa penisilin
  3. Sefalosporin:dihasilkan oleh jamur Cephalosporium yang ditemukan Tahun 1948
  4. Tetrasiklin  : dihasilkan oleh bakteri Streptomycin aureofaciens
  5. Eritromisin  : memiliki kisaran yang sama dengan penisilin.
  6. Toksisitas selektif pada antiobiotik dapat membunuh atau menghambat partum-buhan bakteri, namun tidak menyebabkan kerusakan pada sel-sel inang atau sel-sel tubuh manusia.

Vaksin
Vaksin = mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang telah dilemahkan.

  • Mikroorganisme yang telah mati : digunakan unutk mengahsilkan vaksin batuk rejan dari bakteri penyebab batuk rejan.
  • Mikroorganisme yang telah dilemahkan : Vaksin yang dihasilkan dari mikro organisme yang sudah dilemahkan (vaksin atenuasi)
  • Suatu substansi mikroorganisme yang tidak menyebabkan penyakit – vaksin diferti dan tetanus yang dihasilkan dari susbtansi toksin (toksoid) yang sudah tidak berbahaya dari bakteri. Toksoid bertujuan untuk merangsang produksi antibodi.

(3) Mikroorganisme Pembasmi Hama Tanaman
Mikroorganisme di alam dapat dijadikan sebagai agen pengendali hayati, yaitu pengendalian terhadap hama dengan menggunakan musuh alami. Misalnya pengen-dalian hama serangga pada tanaman pertanian dengan menggunakan bakteri pantogen serangga, yaitu Bacillus thuringiensis (Bt).

Beberapa Bt yang tersedia secara komersial dengan hama targetnya:
1. Bt varietas tenebrionis-menyerang kumbang kentang colorado & larva kumbang daun
2. Bt varietas kurstaki – menyerang berbagai jenis ulat tanaman pertanian
3. Bt varietas israelensis – menyerang nyamuk dan lalat hitam
4. Bt varietas aizawai – menyerang larva ngengat dan berbagai ulat, terutama ulat ngengat diamondback

(4) Mikroorganisme Pengolah Limbah
Pemrosesan limbah secara aerob terdiri dari dua metode pengolohan, prose yang menggunakan lumpur aktif dan proses yang menggunakan saringan tetes.

  1. Pengolahan dengan lumpur aktif = pengolahan limbah cair dengan membiakkan bakteri aerobik dalam suatu tangki limbah yang diberi aerasi dengan tujuan untuk menurunkan bahan organik yang mengandung karbon atau nitrogen dalam limbah. Bakteri yang berperan adalah bakteri heterotrof.
  2. Pengolahan dengan saringan tetes = pengolahan limbah cair dengan memanfaatkan teknologi biofilm. Biofilm = lapisan mikroorganisme yang menutupi hamparan saringan atau filter pada dasar tangki limbah.
  3. Penguraian lumpur = proses penguraian bahan padat yang terakumulasi deri pemrosesan aerob atau dari endapan perlakuan fisiksebelumnya. Lumpur tersebut dibiarkan selama dua hingga tiga minggu di dalam suatu tangki yang tidak mengandung oksigen, pada suhu sekitar 30oC – 40oC.

(5) Mikroorganisme Pemisah Logam Dari Bijih Logam
Peranan mikroorganisme di dalam proses ekstrasi logam dari bijihnya akan menjadi semakin penting karena alasan – alasan berikut:

  1. Deposit – deposit mineral yang lebih kaya sudah banyak berkurang.
  2. Metode pengolahan bijih secara tradisional yaitu denganpeleburan, merupakan penyebab utama polusi udara dan kini banyak ditentang oleh kelompok pencinta lingkungan.

Mikroorganisme mampu memperbaiki kedua keadaan ini. Misalnya, beberapa bakteri aerobik autotrofik, Thiobacillus oxidans dan T. Ferroxidans bila ditumbuhkan dalam lingkungan yang mengandung bijih tembaga akan menghasilkan asam dan mengoksidasi bijih tersebut disertai pemisahan logam tembaganya. Proses ini disebut pencucian mikrobial.

D. BIOTEKNOLOGI DENGAN MENGGUNAKAN KULTUR JARINGAN TUMBUHAN
Kultur jaringan merupakan salah satu teknik klona (kloning) tumbuhan. Suatu klon tumbuhan merupakan populasi tumbuhan yang diproduksi secara secara aseksual dari satu nenek moyang. Klona menghasilkan sejumlah besar tumbuhan yang identik secara genetic. Klon tersebut ditumbuhkan dengan kultur jaringan pada kondisi steril dengan menggunakan konsentrasi nutrient serta hormon. Dengan kultur jaringan, tumbuhan utuh dapat dihasilkan dari bagian akar, batang, atau daun yang disebut eksplan
Berikut merupakan proses dalam kultur jaringan tumbuhan

E. BIOTEKNOLOGI DENGAN MENGGUNAKAN REKAYASA GENETIK
Rekayasa genetik atau DNA rekombinan atau pencangkokan gen adalah suatu kumpulan teknik-teknik eksperimental yang memungkinkan peneliti untuk mengisolaso, mengidentifikasi, dan melipatgandakan suatu fragmen DNA dalam bentuk murninya. Manipulasi-manipulasi tersebut dilakukan secara in vitro dengan menggunakan material-material biologi.

1.Tahapan Dasar Rekayasa Genetik
Rekayasa genetic dimulai kira-kira 50 tahun lalu oleh Dr. Paul Berg dari Stanford University di California, USA, dan usaha sekelompok penyelidik lainnya, yaitu Dr. Stanley Cohen dan Dr. Annie Chang dari Stanford University, serta Dr. Herbert Boyer dan Dr. Robert Helling dari University of California di San Fransisco.
Mereka menemukan bahwa bahan-bahan kimia tertentu yang disebut enzim restriksi endonuklease mampu berfungsi sebagai “gunting molekuler”, yaitu dapat mengenal dan kemudian memotong secara kimiawi tempat-tempat khusus di sepanjang sebuah molekul DNA. Penemuan penting lainnya adalah bahwa suatu enzim yang disebut ligase, dapat menggabungkan potongan DNA yang digunting dari suatu gen dengan potongan DNA gen lain dari makhluk yang tidak berkaitan. Hibrid yang terbentuk dengan cara ini disebut DNA rekombinan.
Para ahli genetika kini dapat membongkar sel-sel bakteri, virus, hewan, dan tanaman guna mengambil DNA-nya dan memasukkannya ke dalam makhluk lain. Namun pekerjaan tersebut bukanlah sekedar memotong dan menempel. Sebuah gen harus diangkut oleh suatu materi genetic khusus yang disebut vector. Salah satu jenis vector yang bermanfaat adalah plasmid. Plasmid adalah molekul DNA sirkuler kecil yang terdapat di luar kromosom sel bakteri.
Sebuah plasmid berasal dari bakteri. Untaian DNA plasmid yang sirkuler dipotong dengan enzim restriksi, kemudian fragmen DNA baru disisipkan ke dalamnya, dan plasmid dikemalikan ke bakteri. Selanjutnya setiap kali bakteri tersebut membelah diri menjadi dua, plasmid rekombinan tersebut juga membelah diri. Oleh karenanya, DNA rekombinan terus membuat klon DNA dari dirinya

2.Manfaat Rekayasa Genetik
Rekayasa genetic sangat bermanfaat pada berbagai bidan kehidupan manusia. Misalnya bidang kedokteran dan farmasi, peternakan dan pertanian, serta perindustrian.

Manfaat rekayasa genetik di bidang kedokteran dan farmasi
1) Pembuatan insulin manusia oleh bakteri
Dengan teknik rekayasa genetic para peneliti berhasil memanipulasi bakteri untuk membentuk insulin yang mirip dengan insulin manusia. Melalui penelitian dapat dibuktikan pula bahwa salinan insulin manusia lebih baik daripada insulin hewani dan dapat diterima lebih baik oleh tubuh manusia. Biaya pembuatan insulin inipun menjadi jauh lebih murah.

2) Terapi gen manusia
Setiap kelainan genetic yang disebabkan alel tunggal yang rusak, secara teoritis mungkin untuk diganti dengan alel yang masih berfungsi normal menggunakan teknik DNA rekombinan. Alel baru tersebut dapat disisipkan ke dalam sel somatic jaringan yang dipengaruhi kelainan dalam diri pasien atau bahkan mungkin juga ke dalam sel germinal atau sel embrionik.Agar terapi gen sel somatic bersifat permanen, sel yang menerima alel normal harus senantiasa memperbanyak diri di sepanjang hidup si pasien, sehingga alel pencangkokan akan bereplikasi dan terus diekspresikan. Dari percobaan terapi gen yang sedang dilakukan pada manusia, terapi yang paling menjanjikan adalaj terapi yang melibatkan sel sumsum tulang.

3) Antibodi monoklonal  
Antibodi merupakan protein yang dihasilkan oleh sistem imunitas vertebrata sebagai sistem pertahanan untuk melawan infeksi. Antibodi dapat dihasilkan dengan menyuntikkan bebearpa kali suatu sampel yang berisi antigen ke dalam seekor hewan kelinci atau kambing. Kemudian serum darah hewan tersebut diambil karena banyak mengandung antibody (antiserum). Antiserum tersebut mengandung campuran antibody yang dihasilkan oleh limfosit-BSel-sel limfosit B yang memiliki rentang waktu hidup yang terbatas dapat diatasi dengan menggabungkan sel-sel tumor limfosit-B yang menghasilkan satu jenis antibody dari tikus atau mencit yang telah diimunisasi dengan sel-sel tumor limfosit-B yang ‘kekal’. Berdasarkan campuran heterogen sel-sel hybrid tersebut, dapat dihasilkan hybrid yang memiliki kemampuan untuk menghasilkan antibody tertentu dan kemampuan memper banyak kultur sel tertentu dengan tak terhingga.

Manfaat rekayasa genetik di bidang peternakan dan pertanian
Organisme transgenic
Bakteri bukan satu-satunya organisme yang dapat dimodifikasi dengan teknik klona atau transfer gen. Rekayasa genetic juga dapat mentransfer gen-gen tertentu ke tumbuhan berbunga, jamur, dan mamalia yang mengakibatkan perubahan genotip organisme atau disebut organisme transgenik.

(1)  Transfer gen pada hewan
Contoh transfer gen pada hewan adalah domba Tracey. Tracey merupakan domba betina yang sehat dan normal, namun DNA-nya telah disisipi oleh gen manusia. Gen manusia tersebut mengkode produksi protein alfa-1-antitripsin (ATT). Protein ATT ini disekresi oleh oleh Tracey pada air susunya. Protein ATT sangat berharga karena berkhasiat untuk mengobati penyakit paru-paru pada manusia, misalnya fibrosis sistik dam emfisema. Gen manusia dapat masuk ke dalam tubuh Tracey dengan cara sebagai berikut. Pertama-tama gen manusia yang mengkode ATT diisolasi dan diklon. Gen ini kemudian diinjeksikan ke dalam sel telur yang telah dibuahi sperma dan diadopsi oleh satu kromosom. Sel telur yang telah dibuahi akan membelah secara mitosis menghasilkan sel-sel yang masing-masing mengandung gen ATT. Bila sudah terbentuk embrio pada tahap awal kemudian embrio ini ditanamkan ke rahim betina domba dewasa yang menjadi induk pengasuhnya. Embrio berkembang kemudian domba Tracey lahir.

(2)  Klona embrio
Tahapan teknik klona embrio pada hewan ternak misalnya sapi, adalah sebagai berikut. Pertama, sel telur yang diambil dari sapi betina dibuahi dengan sperma dari sapi jantan terbaik. Pembuahan dilakukan di dalam cawan petri. Pembuahan ini disebut sebagai fertilisasi in-vitro. Sel telur yang telah dibuahi akan membentuk kumpulan sel-sel. Pada tahapan ini embrio muda tersebut dipisahkan menjadi beberapa bagian. Setiap bagian embrio merupakan klon yang secara genetic identik. Embrio-embrio tersebut kemudian ditanamkan pada rahim sapi-sapi betina dewasa lainnya. Embrio-embrio akan tumbuh menjadi anak-anak sapi yang siap dilahirkan dengan sifat yang sama seperti induknya.

(3)  Klona dengan transfer inti
Teknik klona dengan transfer inti adalah klon-klon dihasilkan dari suatu individu. Prinsip klona dengan transfer inti adalah dengan memasukkan donor DNA dari hewan yang karakternya diinginkan ke dalam sel telur hewan yang intinya (DNA-nya) telah dihilangkan. Setelah terbentuk embrio lalu embrio ditanamkan ke rahim induk hewan yang akan membesarkannya.
Contoh klona dengan transfer inti adalah domb Dolly. Dolly merupakan domba hasil klon yang dilakukan oleh ilmuwan dari SKotlandia yang dipimpin oleh Ian Wilmot. Wilmot dan timnya merusak nukelus satu sel telur, kemudian dimasuki nucleus donor yang diambil dari sel-sel kelenjar susu seekor domba dewasa. Sel telur dengan nukelus dari donor memiliki materi genetic yang sama persis dengan induk yang mendonorkan nukelusnya. Kemudian sel tersebut distimulasi agar membelah menjadi kumpulan sel-sel (blastomer) yang ditanam ke dalam rahim seekor domba betina dewasa sebagai induk pengganti.

CLONING
Berdasarkan etimologi, istilah kloning atau klonasi berasal dari bahasa Yunani yaitu dari kata Klonus yang berarti ranting, stek atau cangkok. Pada hakekatnya kloning merupakan suatu pembiakan vegetatif atau reproduksi aseksual bertujuan untuk menghasilkan individu baru yang seragam. Individu baru hasil kloning tersebut disebut klon.
Kloning pada tumbuhan telah berlangsung sejak lama dan banyak dilakukan khususnya dibidang pertanian dengan tujuan untuk memperbanyak tanaman melalui stek atau cangkok sehingga dihasilkan sejumlah tanaman yang sama sifatnya, Sekarang perkembangan vegetatif cloning ini berkembang peast dengan teknologi tissue culture atau  teknologi Kultur Jaringan Tumbuhan (In Vitro) sehingga kloning pada tumbuhan selangkah lebih maju jika dibandingkan dengan kloning pada hewan.
Hal ini karena sifat totipotensi sel tumbuhan, baik sel somatik maupun sel embrional pada umumnya lebih mudah untuk melakukan diferensiasi membentuk organ dan individu baru (klon) daripada sel hewan.
Disamping itu dampak sosial, etika maupun moral pada kloning tumbuhan selama ini dipandang lebih ringan dibandingkan pada hewan.
Sebenarnya kloning juga seringkali terjadi di alam dan umumnya dilakukan oleh organisme dalam rangka melestarikan jenisnya. Kloning alami tersebut banyak dilakukan oleh organisme uniseluler dengan cara membelah diri (reproduksi aseksual) seperti pada Bakteri, Amoeba, Paramaecium, dan Protozoa lainnya pada kondisi lingkungan yang sesuai, sedangkan pada organisme multiseluler (hewan tingkat rendah) dapat kita lihat pada cacing Planaria sp. serta pada hewan-hewan partenogenetik lainnya seperti pada lebah dan beberapa jenis serangga.
Kloning alami pada tumbuhan dapat dengan jelas kita amati pada tanaman Cocor Bebek. Meskipun reproduksi aseksual (kloning) dapat berlangsung dengan cepat, tetapi tidak selamanya menguntungkan bagi kelestarian jenisnya. Hal ini karena individu yang sama sifatnya umumnya mempunyai kemampuan untuk menangulangi perubahan lingkungan yang sama pula, sehingga apabila terjadi perubahan lingkungan yang tidak menguntungkan (drastis), maka besar kemungkinan organisme tersebut akan mati serta musnah jenisnya dari alam. Secara singkat dapat dikatakan bahwa kloning telah terjadi sejak lama di alam dan merupakan sistem alami yang telah tertata dengan rapi sehingga terjadi keseimbangan ekosistem. Pada akhirnya pengetahuan tentang kloning tesrsebut dimanfaatkan manusia untuk memperoleh jenis-jenis tanaman dan hewan unggul, serta diupayakan juga untuk melestarikan tumbuhan maupun hewan langka dari kepunahan.

Perkembangan Teknologi Kloning
Hanya terpaut beberapa bulan setelah keberhasilan koning domba Dolly disusul domba Polly yang telah disisipi materi genetik manusia, dunia ilmu pengetahuan kembali digemparkan oleh keberhasilan kloning sapi jantan yang diberi nama Gene hasil rekayasa perusahaan ABS Global Inc. yang bergerak di bidang Teknologi Reproduksi Hewan Ternak yang bermarkas di DeForest, Wisconsin, Amerika Serikat. Meskipun sapi Gene tidak dihasilkan dari sel sapi dewasa tetapi teknologi kloning tersebut memungkinkan dihasilkan sapi dari sel sapi dewasa seperti halnya pada kloning domba Dolly

Kloning pada hewan dimulai ketika para pakar Biologi Reproduksi Amerika pada tahun 1952 berhasil membuat klon katak melalui teknik TGM (Transplanting Genetic Material) dari suatu sel embrional katak ke dalam sel telur katak yang telah diambil intinya
Mintz (1967) berhasil melakukan transplantasi sel somatik embrional pada stadium blastula dan morula ke dalam rahim seekor tikus sehingga dihasilkan klon tikus
Gurdon (1973) melakukan transplantasi nukleus sel usus katak (somatik) yang telah mengalami diferensiasi ke dalam sel telur katak yang telah diambil intinya. Sel telur yang berinti sel intestinum tersebut kemudian berkembang menjadi klon katak. Tahun-tahun berikutnya ditandai oleh sejumlah keberhasilan klon beberapa jenis hewan antara lain babi, kelinci, domba, kera dan sapi yang berasal dari klon sel embrio yang umumnya lebih mudah berhasil dibandingkan mengklon dari sel hewan dewasa (somatik). Bagi kita mungkin bukan keberhasilan kloning Dolly, Polly maupun Gene yang menjadi fokus utama melainkai sebuah pertanyaan besar yang memanti dihadapan kita yaitu Apakah Perlu Kloning Pada Manusia ?

Secara teknologis pembuatan klon manusia bukan merupakan masalah yang utama lagi dan diramalkan akan tercipta dalam kurun waktu 25 tahun mendatang, meskipun dengan biaya yang cukup mahal karena kemungkinan tingkat keberhasilan teknologi tersebut masih rendah. Sebagaimana hal ini terjadi pada percobaan yang dilakukan oleh ilmuwan Ian Wilmut yaitu dari 277 percobaan yang dilakukan pada percobaan kloning tersebut, hanya 29 yang berhasil menjadi embrio domba yang dapat ditransplantasikan ke dalam rahim domba, dan hanya satu saja yang berhasil dilahirkan menjadi domba yang normal. Keberhasilan tim dokter di Rumah Sakit Van Helmont, Belgia yang dipimpin oleh Dr. Martine Nijs dalam mengklon bayi kembar 4 tahun yang lalu adalah salah satu bukti bahwa kloning pada manusia dapat dilakukan. Keberhasilan ini berawal dari ketidaksengajaan Dr. Nijs menggosok permukaan sel telur beku yang telah dibuahi dengan sebatang kaca sehingga sel telur tersebut terbelah menjadi dua dalam rahim si ibu dan kemudian berkembang menjadi janin, disusul dengan lahirnya dua anak kembar. Teknik penggosokan tersebut merupakan salah satu teknik yang sering dilakukan pada kloning hewan percobaan sejak tahun 1980-an.
Keberhasilan demi keberhasilan semakin mendekati kenyataan terciptanya klon manusia, tetapi dampak yang menghawatirkan justeru akan menimpa moralitas kemanusiaan. Tidak heran kalau gagasan untuk membuat klon manusia ini mendapat tanggapan keras dari kaum moralis serta menjadi bahan perdebatan diantara para pakar yuridis, politikus, agamawan dan dikalangan para pakar bioteknologi sendiri. Sebagian orang berpendapat bahwa kloning penting untuk mengatasi permasalahan kemanusiaan dan penelitian-penelitian tentang kloning jangan sampai dihentikan. Mereka memandang bahwa teknologi kloning dapat digunakan untuk memproduksi organ-organ tubuh pengganti seperti ginjal, darah, hati , jantung serta organ lainnya yang biasa diperoleh dari donor, sehingga akan membantu setiap penderita yang sangat memerlukannya untuk ditransplantasikan pada tubuhnya. Tetapi sayangnya teknologi ini juga dapat digunakan untuk menggandakan orang-orang jahat.
Satu hal yang paling esensi untuk setiap karya cipta, apalagi menyangkut manusia adalah apapun bentuk teknologinya, maka manfaat yang diperoleh harus lebih besar dari dampak yang ditimbulkannya. Hal ini penting karena dampak yang ditimbulkan dari kloning manusia menyangkut banyak aspek dengan tingkat permasalahan yang sangat kompleks. Sebagai contoh kekerabatan menjadi semakin rumit dan bias, ikatan anak dengan ibu atau anak dengan bapak menjadi lemah. Kemungkinan akan timbul permasalahan seputar kepemilikan organ tubuh maupun anak dari hasil klon. Apakah yang mempunyai hak kepemilikan anak hasil klon itu adalah orang tua penyumbang inti sel (nukleus) ataukah orang tua penyumbang sel embrio yang telah dihilangkan nukleusnya ataukah orang yang mengandung serta melahirkanya ? Demikian juga status kepemilikan klon organ tubuh manusia menjadi semakin ruwet. Apakah pemilik klon organ tubuh tersebut adalah orang yang menyumbangkan sel organnya untuk diklon (donor sel), ataukah organ tesebut milik ilmuwan yang mengklon, atau milik klinik, laboratorium, rumah sakit tempat dia mengklonkan organ tubuhnya atau milik lembaga yang membiayai usaha klon tersebut ? Belum lagi dengan aspek yuridis yang berkaitan dengan perkawinan dan pewarisan manusia klon, serta masalah-masalah lain yang mungkin akan muncul seiring dengan dilaksanakanya teknologi kloning pada manusia.
Meskipun Bioetika mengenai bioteknologi, teknologi reproduksi dan kloning telah dibuat serta selalu diperbaharui oleh banyak fihak seperti badan dunia (UNESCO), Amerika Serikat, negara-negara Eropa, dan lembaga-lembaga ilmiah lainnya, dan kloning manusia diperkirakan baru akan terlaksana dalam kurun waktu 25 tahun mendatang, tetapi alangkah baiknya mulai sekarang kita perlu mempersiapkan aturan-aturan (undang-undang) berikut sangsi-sangsi hukumnya untuk mengantisipasi dilakukannya kloning pada manusia. Karena jika kita cermati secara seksama, maka permasalahan kloning pada manusia akan lebih banyak kesulitan yang muncul sebagai akibat dari dampak sosial, kultural, yuridis, etika dan moral daripada manfaat yang akan kita peroleh, sehingga perlu upaya untuk melarang kloning pada manusia. Menurut hemat penulis teknologi kloning sebagai bentuk perkembangan ilmu seyogyanya tetap dilanjutkan dan diarahkan pada penelitian-penelitian kedokteran untuk mengungkap dan mencari jawaban terhadap berbagai penyakit seperti kanker, penyakit keturunan, dan lain-lainnya. Teknologi kloning juga penting dalam rangka penemuan bibit-bibit unggul tumbuhan maupun hewan serta sebagai upaya untuk melestarikan tumbuhan maupun hewan langka dari ancaman kepunahan

Tanaman hasil rekasaya genetic
Gen-gen asing dapat disisipkan ke dalam sel-sel tanaman dengan cara yang cukup alami. Agrobacterium tumefaciens merupakan bakteri tanah penyebab infeksi tumor crown gall pada beberapa tanaman ini. Bakteri ini menyerang tanaman yang luka dan menyebabkan sel-sel tanaman memperbanyak diri hingga membentuk tumor.
Hal ini dapat terjadi karena Agrobacterium mampu menyisipkan plasmidnya sendiri (plasmid Ti) ke dalam kromosom tanaman. Plasmid gen bakteri ini bergabung dengan DNA tanaman dan menstimulasi pertumbuhan tumor. Ahli-ahli genetika tanaman telah berhasil menggantikan gen yang membentuk tumor pada plasmid dengan gen-gen yang berguna bagi manusia. Oleh karenanya, dalam hal ini Agrobacterium berfungsi sebagai vector.
Tanaman transgenic direkayasa dengan menggunakan Agrobacterium tumafaciens untuk memperoleh sifat sebagai berikut.

  1. Menunda pematangan buah
  2. Resistensi terhadap pestisida dan herbidida, mensintesis protein Kristal insektisidal (ICP) yang dapat membuat hama berhenti makan dan mati
  3. Resistensi terhadap kondisi lingkungan, transfer gen dapat menghasilkan tanaman yang tahan kering karena memiliki lapisan kutikula yang lebih tebal sehingga tumbuh baik di daerah kering.

F. PENANGGULANGAN DAMPAK NEGATIF BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi telah menghasilkan produk-produk yang bermanfaat untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Namun, perlu juga diperhatikan dampak negatif dari perkembangan bioteknologi tersebut. Beberapa dampak negatif yang mungkin timbul akibat dari perkembangan bioteknologi dinataranya sebagai berikut.

1) Alergi
Gen asing yang disisipkan pada organisme yang menjadi makanan manusia dapat menyebabkan alergi terhadap individu tertentu. Untuk mencegahnya, perlu dilakukan pengujian dalam jangka waktu yang lama untuk memastikan ada tidaknya efek negatif tersebut terhadap konsumen. Selain itu, produk yang mengandung organism hasil rekayasa bioteknologi harus diberi label dengan jelas guna memberi informasi kepada konsumen mengenai produk yang dikonsumsi.

2) Hilangnya plasma nutfah
Kepunahan plasma nutfah dapat diatasi dengan melakukan pemeliharaan berbagai jenis hewan dan tumbuhan di suatu situs konservasi tertentu.

3) Rusaknya ekosistem
Gangguan terhadap kondisi normal lingkungan dapat menyebabkan rusaknya ekosistem. Tanaman kapas Bt selain menyebabkan matinya hama ulat yang memakannya, juga diduga menyebabkan larva kupu-kupu lain ikut mati.

10.11. Ringkasan Materi
Cakupan Bidang Genetika adalah :
1. Cakupan material pembawa informasi untuk diwariskan (bahan genetik),
2. Cakupan bagaimana informasi itu diekspresikan (ekspresi genetik), dan
3. Cakupan bagaimana informasi itu dipindahkan dari satu individu ke individu yang lain (pewarisan genetik).

  • Konsep terbaru tentang gen dianut hingga kini adalah satu gen – satu polipeptida. Dogma sentral adalah proses ekspresi gen yang mengikuti tahapan-tahapan dalam info genetik yang terdiri proses dasar replikasi DNA, transkripsi DNA menjadi RNA, dan translasi RNA menjadi protein atau polipeptida.
  • DNA Adalah asam nukleat yang mengandung informasi genetic yang terdapat dalam semua makluk hidup kecuali virus (Pembawa sifat keturunan)
  • DNA merupakan ‘blueprint’ yang berisi instruksi yang diperlukan untuk membangun komponen-komponen sel seperti protein dan molekul ARN (RibonucleicAcid=RNA)
  • Segmen DNA yang membawa informasi genetic disebut gen
  • DNA disusun oleh asam nukleat (polinukleotida) Polinukleotida adalah polimer dari nukleotida  Berarti: DNA disusun oleh nukleotida-nukleotida
  • Tiap nukleotida tersusun oleh : Gulapentosa (5 atom C) atau Gula deoksiribosa, Gugus fosfat (PO42-) dan Basa Nitrogen yang terdiri atas dua golongan, yakni pirimidin dan purin
  • Rumus Empirisnya  Gula  = (CH2O)n, dimana kalau Gula Pentosa = C5H10O5
  • Rumus Kimia Asam Fosfat = H3PO4.
  • Rumus Empirisnya Pirimidin adalah C₂H₂N, maka Rumus Molekulnya = C₄H₄N₂
  • Rumus Molekulnya Purin adalah C5H4N4
  • Basa Nitrogen
  1. Basa nitrogen terdiri dari kelompok senyawa Purin dan Pirimidin
  2. Basa nitrogen penyusun DNA dari kelompok Purin adalah Adenin (A) dan Guanin (G)
  3. Basa nitrogen penyusun DNA dari kelompok Pirimidin yaituTimin (T) dan Sitosin (C)
  4. Maka DNA tersusun dari A,T,C,G
  • Replikasi DNA adalah proses penggandaan rantai ganda DNA
  • RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein. Dengan demikian RNA  merupakan hasil sintesis atau transkripsi dari DNA
  • Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah nukleotida.
  • Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus pentose, dan satu gugus basa nitrogen (basa N).
  • Basa nitrogen purin pada RNA terdiri atas adenin  (A) dan guanin (G), sedangkan pirimidinnya terdiri atas sitosin (S) dan urasilL (U).
  • Jadi Basa timin dari golongan pirimidin tidak terdapat dalam ARN melainkan digantikan oleh basa urasil (U)

µ    Polimer tersusun dari ikatan berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus pentosa dari nukleotida yang lain.

µ    Molekul RNA (Asam Ribo nukleat) berbentuk pita tunggal atau pita dobel namun tidak berpilin.

µ    Langkah Ekspresi Gen adalah adanyaPerubahan urutan basa di dalam molekul DNA menjadi urutan basa molekul RNA dinamakan transkripsi (Pembuatan Salinan RNA), sedangkan penerjemahan urutan basa RNA menjadi urutan asam amino suatu protein dinamakan translasi (Proses sintesis polipeptida yang spesifik di dalam ribosom).

µ    Jadi, proses tanskripsi dan translasi dapat dilihat sebagai tahap-tahap ekspresi urutan basa DNA. Namun, tidak semua urutan basa DNA akan diekspresikan menjadi urutan asam amino.

µ    Urutan basa DNA yang pada akhirnya menyandi urutan asam amino disebut sebagai gen.

µ    Secara kimia gen adalah urutan basa nitrogen tertentu pada molekul DNA yang dapat dieskpresikan melalui tahap-tahap transkripsi dan translasi menjadi urutan asam amino tertentu.

µ    Dengan demikian bahwa sejumlah asam amino dengan urutan (sekuens) tertentu akan menyusun sebuah molekul protein. Namun, setiap molekul protein sendiri dapat dilihat sebagai gabungan beberapa sub unit yang dinamakan polipeptida. Oleh karena itu, muncul pertanyaan tentang hakekat sebuah gen : tiap gen menyandi satu protein ataukah tiap gen menyandi satu polipeptida ?

µ    Perlu diketahui pula bahwa beberapa kesalahan yang disebut mutasi dapat terjadi pada proses ekspresi gen ini.

µ    Kode Genetik adalah Cara untuk menetapkan jumlah serta urutan nukleotida yang berperan dalam menentukan posisi yang tepat dari tiap aa dalam rantai peptida yang bertambah panjang.

µ    Dari beberapa percobaan dan penelitian yang dilakukan oleh beberapa ahli disimpul kan bahwa kode genetic haruslah dalam bentuk kode triplet.

µ    Kode genetic umumnya berupa rangkaian informasi yang disebut Kodon yang masing-masing berpasangan dengan asam amino yang mengkode suatu protein.

µ    Sintesis protein merupakan proses penyusunan protein dari monomer peptide yang berlangsung di dalam intisel dan ribosom, dengan menggunakan bahan dasar yaitu berupa asam amino serta diatur susunannya oleh kode genetic. Sintesis protein dimulai dari anak inti sel, sitoplasma dan ribosom.

10.12. Umpan Balik

  1. Mengapa DNA dan RNA itu dikatakan sebagai materi genetik?
  2. Jika DNA atau RNA rusak apa akibatnya
  3. Apa hubungan antara Gen, DNA dan Kromosom
  4. Perbedaan Gen dan DNA
  5. Kesalahan transkripsi oleh RNAt dapat menimbulkan kesalahan pembentukan protein, Sebab Pada Proses Transkripsi Urutan Kode Genetic Dari Dna Dibawa Oleh RNAt Ke Ribosom Tempat Terjadinya Pembentukan Asam Amino Yang Termasuk Kodon Stop Adalah UAA, UAG, dan UGA, Sedangkan Kodon Start Adalah AUG. Jelaskan Pernyataan tersebut.
  6. Jelaskan 3 Cakupan Bidang Genetika.
  7. Jelaskan Konsep terbaru tentang gen yang dianut hingga kini adalah satu gen – satu polipeptida.
  8. Apa perbedaan Basa Nitrogen Timin dan Purin serta perbedaannya pada molekul DNA dengan RNA.
  9. Bagaimana Hubungan Materi Genetik dengan Rekayasa genetika.
  10. Bagaimana proses Rekayasa Genetika khususnya dalam menciptakan Vaksin.





Diktat Genetika Ternak-10c (Ketiga)

31 07 2012

10.9. Kode Genetik (Kodon)

 

 

(1) Pengertian Kode Genetik
Gen tertentu membawa informasi yang dibutuhkan untuk membuat protein dan informasi itulah yang disebut sebagai kode genetik. Dengan kata lain, kode genetik adalah cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA atau RNA untuk menentukan urutan asam amino pada saat sintesis protein. Informasi pada kode genetik ditentukan oleh basa nitrogen pada rantai DNA yang akan menentukan susunan asam amino.

  • Dengan kata lain Kodon adalah Cara untuk menetapkan jumlah serta urutan nukleotida yang berperan dalam menentukan posisi yang tepat dari tiap aa dalam rantai peptida yang bertambah panjang

(2) Sejarah Kode Genetik

  • Dalam tahun 1968 nirenberg, khorana dan Holley menerima hadiah nobel untuk penelitian mereka yang sukses menciptakan kode-kode genetik yang hingga sekarang kita kenal. Seperti kita ketahui asam amino dikenal ada 20 macam, yaitu :

  • Yang menjadi masalah bagaimana 4 basa nitrogen ini dapat mengkode 20 macam asam amino yang diperlukan untuk mengontrol semua aktifitas sel?
  • Para peneliti melakukan penelitian pada bakteri E. Coli mula mula digunakan basa nitrogen singlet maka diperoleh 4 asam amino saja yang dapat diterjemahkan padahal ke 20 asam amino ini harus diterjemahkan semua agar protein yang dihasilkan dapat digunakan,
  • Kemudian para ilmuwan mencoba lagi dengan kodon duplet dan baru dapat untuk menterjemahlkan 16 asam amino ini pun belum cukup juga.
  • Kemudian dicoba dengan triplet dan dapat menterjemahkan 64 asam amino.
  • Hal ini tidak masalah sekalipun melebihi 20 asam amino, karena dari 64 asam amino yang diterjemahkan ada yang memiliki simbol/fungsi yang sama diantaranya (kodon asam asparat (GAU dan GAS) sama dengan asam asam tirosin (UAU,UAS) sama juga dengan triptopan (UGG) bahkan ini sangat menguntungkan pada proses pembentukkan protein karena dapat menggantikan asam amino yang kemungkinan rusak. Selain itu dari 20 asam amino diantaranya ada yang berfungsi sebagai agen pemotong gen atau tidak dapat bersambung lagi dengan double helix asam amino yang berfungsi sebagai agen pemotong gen diantaranya (UAA,UAG,UGA)
  • Beberapa sifat dari kode triplet diantaranya :
  1. Kode genetik ini mempunyai banyak sinonim sehingga hampir setiap asam amino dinyatakan oleh lebih dari sebuah kodon. Contoh semua kodon yang diawali dengan SS memperinci prolin,(SSU,SSS,SSA dan SSG) semua kodon yang diawali dengan AS memperinci treosin(ASU,ASS,ASA,ASG).
  2. Tidak tumpang tindih,artinya tiada satu basa tungggalpun yang dapat mengambil bagian dalam pembentukan lebih dari satu kodon,sehingga 64 itu berbeda-beda nukleotidanya.
  3. Kode genetik dapat mempunyai dua arti yaitu kodon yang sama dapat memperinci lebih dari satu asam amino.
  4. Kode genetik itu ternyata universal
  • Tiap triplet yang mewakili informasi bagi suatu asam amino tertentu dinyatakan sebagai kodon.Kode genetika bersifat degeneratif dikarenakan 18 dan 20 macam asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon, yang disebut kodon sinonimus.Hanya metionin dan triptofan yang memiliki kodon tunggal.Kodon sinonimus tidak ditempatkan secara acak, tetapi dikelompokkan.Kodon sinnonimus memiliki perbedaan pada urutan basa ketiga.

Kesimpulan :

  1. Kesimpulannya adalah bahwa DNA merupakan bahan genetic yang member informasi genetic dari sel ke sel dan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Informasi genetic tersebut bergantung dari urutan basa nitrogen yang menyusun segmen molekul DNAtersebut.
  2. Sarabai dkk. (1964) membuktikan bahwa urutan basa nitrogen dari suatu segmen molekul DNA identik dengan urutan linier dari asam-asam amino dalam molekul protein. Satu kelompok nukleotida yang memperinci suatu asam amino dinamakan.
  3. Dari beberapa percobaan dan penelitian yang dilakukan oleh beberapa ahli disimpul kan bahwa kode genetic haruslah dalam bentuk kode triplet.
  4. Kode genetic umumnya berupa rangkaian informasi yang disebut Kodon yang masing-masing berpasangan dengan asam amino yang mengkode suatu protein. Misalnya Kodon inisiasi AUG yang terjemahannya Metionin

10.10. Sintesis Protein
Ada banyak tahapan antara ekspresi genotip ke fenotip. Gen-gen tidak dapat langsung begitu saja menghasilkan fenotip-fenotip tertentu. Fenotip suatu individu ditentukan oleh aktivitas enzim (protein fungsional). Enzim yang berbeda akan menimbulkan fenotip yang berbeda pula. Perbedaan satu enzim dengan enzim yang lain ditentukan oleh jumlah jenis dan susunan asam amino penyusun protein enzim. Pembentukan asam amino ditentukan oleh gen atau DNA
Ekspresi gen merupakan proses dimana informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein. Dogma sentral mengenai akspresi gen, yaitu DNA yang membawa informasi genetik yang ditranskripsi oleh RNA, dan RNA diterjemahkan menjadi polipeptida.
Ekspresi gen merupakan sintesis protein yang terdiri dari dua tahap, yaitu :

  1. Tahap pertama urutan rantai nukleotida tempale (cetakan) dari suatu DNA untai ganda disalin untuk menghasilkan satu rantai molekul RNA. Proses ini disebut transkripsi dan berlangsung di inti sel.
  2. Tahap kedua merupakan sintesis pilopeptida dengan urutan spesifik berdasarkan rantai RNA yang dibuat pada tahap pertama.Proses ini disebut translasi.

(1) Pengertian Sintesis Protein
Sintesis protein adalah proses pencetakan protein dalam sel. Sintesis protein merupakan proses penyusunan protein dari monomer peptide yang berlangsung di dalam intisel dan ribosom, dengan menggunakan bahan dasar yaitu berupa asam amino serta diatur susunannya oleh kode genetic. Sintesis protein dimulai dari anak inti sel, sitoplasma dan ribosom.
Sifat enzim (protein) sebagai pengendali dan penumbuh karakter makhluk hidup ditentukan oleh jumlah jenis, dan urutan asam amino yang menyusunnya.Jenis dan urutan asam amino ditentukan oleh ADN (Asam Dioksiribose Nukleat).

  1. Sintesa protein berlangsung dalam ribosom
  2. DNA mengandung informasi untuk mengatur dan membangun tubuh manusia yang kompleks. Akan tetapi bagaimana hasil ini dapat diselesaikan?
  3. Dengan membentuk protein
  4. Protein sangat diperlukan karena berbagai macam protein struktural dan fungsional ikut mengambil bagian di hampir semua proses dalam sel.
  5. Protein struktural terdapat dalam membran, serabut kontraktil dan filamen intrasellular.
  6. Protein fungsional seperti enzim sangat dibutuhkan untuk menjadi katalisator

Apakah protein itu?
1. Suatu seri asam amino (aa)
2. Gabungan dari 2 aa di sebut dipeptida
3. Gabungan dari banyak aa disebut polipeptida
4. Polipeptida punya berat molekul 10.000: protein

Syarat-syarat Sintesis Protein:
1. Bahan baku  : 20 jenis Asam Amino yang terdapat dalam sitoplasma
2. Arsitek : DNA
3. Pelaksana: m-RNA, r-RNA, dan t-RNA
4. Sumber Energi: ATP
5. Enzim: RNA Polimerase.

Beberapa perangkat yang dibutuhkan dalam sintesis protein yaitu :

  1. DNA (deoxyribonucleic acid = asam deoksiribonukleat)
  2. Ribosom, tersusun atas dua subunit yaitu, subunit besar dan subunit kecil. Dan terdiri atas tiga sisi yaitu, sisi A (amino acil),  sisi P(peptidil) dan sisi E (exit).
  3. RNAd (RNA duta) / mRNA (RNA massangger)
  4. RNAp (RNA pemindah) / tRNA (RNA transfer)
  5. RNAr (RNA ribosom)
  6. Selain perangkat-perangkat tadi, komponen-komponen lain yang ikut membantu dalam proses sintesis protein, yaitu enzim RNA polimerase.

(2) Tahap-Tahap Sintesis Protein
Sintesis protein meliputi dua langkah, yaitu transkripsi dan translasi.
A. Transkripsi
Tahap pertama ekspresi gen adalah transkripsi atau sintesis molekul RNA dari DNA (gen). Transkripsi adalah pembentukan mRNA (kode genetic) dari salah satu pita DNA dengan bantuan enzim RNA polimerase.
Sintesis RNA mempunyai ciri-ciri kimiawi yang serupa dengan sintesis DNA, yaitu:

  1. Adanya sumber basa nitrogen berupa nukleosida trifosfat. Bedanya dengan sumber basa untuk DNA hanyalah pada molekul gula pentosanya yang tidak berupa deoksiribosa tetapi ribosa dan tidak adanya basa timin tetapi tetapi digantikan oleh urasil. Jadi, keempat nukleosida trifosfat yang diperlukan adalah adenosin trifosfat (ATP), guanosin trifosfat (GTP), sitidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP).
  2. Adanya molekul cetakan berupa untai DNA. Dalam hal ini hanya salah satu di antara kedua untai DNA yang akan berfungsi sebagai cetakan bagi sintesis molekul RNA. Untai DNA ini mempunyai urutan basa yang komplementer dengan urutan basa RNA hasil transkripsinya, dan disebut sebagai pita antisens. Sementara itu, untai DNA pasangannya, yang mempunyai urutan basa sama dengan urutan basa RNA, disebut sebagai pita sens. Meskipun demikian, sebenarnya transkripsi pada umumnya tidak terjadi pada urutan basa di sepanjang salah satu untai DNA. Jadi, bisa saja urutan basa yang ditranskripsi terdapat berselang-seling di antara kedua untai DNA.
  3. Sintesis berlangsung dengan arah 5’→ 3’ seperti halnya arah sintesis DNA.
  4. Gugus 3’- OH pada suatu nukleotida bereaksi dengan gugus 5’- trifosfat pada nukleotida berikutnya menghasilkan ikatan fosofodiester dengan membebaskan dua atom pirofosfat anorganik (PPi). Reaksi ini jelas sama dengan reaksi polimerisasi DNA. Hanya saja enzim yang bekerja bukannya DNA polimerase, melainkan RNA polimerase. Perbedaan yang sangat nyata di antara kedua enzim ini terletak pada kemampuan enzim RNA polimerase untuk melakukan inisiasi sintesis RNA tanpa adanya molekul primer.

mRNA membawa pesan DNA untuk memilih polipetida yang sesuai dalam sintesis protein. Pilinan DNA membuka sebagian salah satu rantainya (rantai sense) akan membentuk rantai penggenap (ARN duta) yang berisi kode genetik/kodon. Setelah ARN duta terbentuk, kemudian melepaskan diri dari DNA dan berpilin kembali.
Secara khusus Tahap-Tahap Transkripsi berlangsung dalam empat tahap, yaitu pengenalan promoter, inisiasi, elongasi, dan terminasi. Masing-masing akan dijelaskan sebagai berikut.

a) Pengenalan Promoter
Enzim RNA polimerase mengikat untai DNA cetakan pada suatu daerah yang mempunyai urutan basa tertentu sepanjang 20 hingga 200 basa. Daerah ini dinama kan promoter. Baik pada prokariot maupun eukariot, promoter selalu membawa suatu urutan basa yang tetap atau hampir tetap sehingga urutan ini dikatakan sebagai urutan konsensus. Pada prokariot urutan konsensusnya adalah TATAAT dan disebut kotak Pribnow, sedangkan pada eukariot urutan konsensusnya adalah TATAAAT dan disebut kotak TATA. Urutan konsensus akan menunjukkan kepada RNA polimerase tempat dimulainya sintesis. Kekuatan pengikatan RNA polimerase oleh promoter yang berbeda sangat bervariasi. Hal ini mengakibatkan perbedaan kekuatan ekspresi gen.

b) Inisiasi
Setelah mengalami pengikatan oleh promoter, RNA polimerase akan terikat pada suatu tempat di dekat daerah promoter, yang dinamakan tempat awal polimerisasi.  (RNA polimerase menempel pada promoter). Rantai DNA yang digunakan pada proses perekaman gen hanya satu buah, dinamakan  rantai sense. Sementara rantai lainnya merupakan rantai noncoding atau antisense. Nukleosida trifosfat pertama akan diletakkan di tempat ini dan sintesis RNA pun segera dimulai.
Inisiasi transkripsi tidak harus menunggu selesainya transkripsi sebelumnya. Hal ini karena begitu RNA polimerase telah melakukan pemanjangan 50 hingga 60 nukleotida, promoter dapat mengikat RNA polimerase yang lain. Pada gen-gen yang ditranskripsi dengan cepat reinisiasi transkripsi dapat terjadi berulang-ulang sehingga gen tersebut akan terselubungi oleh sejumlah molekul RNA dengan tingkat penyelesaian yang berbeda-beda.

c) Elongasi
Selama sintesis RNA berlangsung, maka RNA polimerase bergerak sepanjang molekul rantai DNA cetakan sambil menambahkan nukleotida demi nukleotida kepada untai RNA yang sedang diperpanjang sehingga dihasilkan rantai  RNA yang didalamya mengandung urutan basa nitrogen berjumlaah 30 buah, suatu senyawa kimia akan berikatan dengan ujung 5’ RNA

d) Terminasi
Proses perekaman berhenti dan molekul RNA yang baru akan terpisah dari DNA template. Dengan kata lain Molekul RNA yang baru saja selesai disintesis, dan juga enzim RNA polimerase, segera terlepas dari untai DNA cetakan begitu enzim tersebut mencapai urutan basa pengakhir (terminasi). Segera setelah molekul RNA terpisah sebanyak 100-200  molekul asam adenilat berikatan pada ujung 3’ RNA. Penambahan senyawa kimia tersebut menghasilkan urutan nukleotida adenin dalam jumlah yang banyak pada ujung 3’ RNA. Akhirnya dihasilkan produk transkripsi yang lengkap dinamakan messenger RNA(mRNA)
Terminasi dapat terjadi oleh dua macam sebab, yaitu terminasi yang hanya bergantung kepada urutan basa cetakan (disebut terminasi diri) dan terminasi yang memerlukan kehadiran suatu protein khusus (protein rho). Di antara keduanya terminasi diri lebih umum dijumpai. Terminasi diri terjadi pada urutan basa palindrom yang diikuti oleh beberapa adenin (A).
Urutan palindrom adalah urutan yang sama jika dibaca dari dua arah yang berlawanan. Oleh karena urutan palindom ini biasanya diselingi oleh beberapa basa tertentu, maka molekul RNA yang dihasilkan akan mempunyai ujung terminasi berbentuk batang dan kala (loop) seperti pada Gambar dibawah ini.

B. Translasi
Translasi merupakan proses penterjemahan kode genetik oleh RNA Transfer
Translasi meliputi tiga tahapan, yaitu :

a). Inisiasi
Inisiasi (permulaan), peletakan subunit ribosom kecil dan molekul tRNA met, diujung mRNA. Saat tRNA met (asam amino metionin) telah diletakkan diatas potongan kodon AUG pertama oleh mRNA, maka subunit ribosom besar diikat, membentuk sisi A dan sisi P. Akhirnya sintesis protein dimulai.
Jadi Inisiasi

  • Subunit keciL ribosom menempel pada kodon AUG
  • Met-tRNA terikat pada kodon AUG di sisi P

b) Elongasi
Elongasi (pemanjangan), sisi A dilingkupi oleh tRNA dengan melengkapi antikodon ke kodon mRNA. Terjadi pertumbuhan/ pemanjangan polipeptida, metionin dipindah ke asam amino yang masuk. Ribosom menggerakkan 3 nukleotida ke kanan.
Jadi Elongasi

  •  tRNA untuk kodon kedua terikat pada ribosom di sisi A
  •  Ikatan antara met-tRNA dan metionin terputus, met-tRNA meninggalkan sisi P. Ribosom bergerak ke kanan membawa tRNA yang akan menerjemahakan berikutnya di sisi A

c) Terminasi
Terminasi (penghentian), tRNA mempunyai antikodon yang merupakan pasangan  dari salah satu dari 3 kodon pemberi sinyal penghenti, misalnya kodon UGA.
Jadi Terminasi

  •  Ribosom mencapai kodon UAG. Rantai polipeptida dilepaskan
  •  Subunit ribosom terpisah kembali

Jadi, urutan singkat sintesis protein adalah sebagai berikut :

  1. DNA melalui proses replikasi, setelah DNA panjang bisa digunakan jadi cetakan untuk membentuk RNA di nukleus jenis mRNA. DNA membentuk mRNA untuk membawa kode sesuai urutan basa N-nya..
  2. mRNA mempunyai rantai tunggal keluar melalui membran nukleus masuk ke sitoplasma
  3. Didalam mRNA terdapat kodon yang terdiri dari 3 nukleotida
  4. RNA juga terdiri dari tRNA mengandung antikodon untuk membawa aa yang ditranslasi/ terjemahan dari 3 jenis kodon menjadi 1 jenis aa
  5. Dengan kata lain bahwa tRNA datang membawa asam amino yang sesuai dengan kode yang dibawa  oleh mRNA. tRNA ini bergabung dengan mRNA sesuai dengan kode pasangan basa N-nya yang seharusnya
  6. Antikodon ini akan melekat pada kodon yang terdapat di mRNA
  7. Asam-asam amino akan berjajar-jajar dalam urutan yang sesuai dengan kode sehingga terbentuklah protein yang diharapkan.
  8. rRNA tempat membentuk protein, proses pembentukan ini : translasi
  9. Proses pembentukan mRNA : translasi
  10. Protein yang dibentuk adalah gabungan aa yang dibawa tRNA
  11. Protein yang terbentuk merupakan enzim yang mengatur metabolisme sel dan reproduksi.

(3) Asam Amino

Struktur asam amino secara umum adalah satu atom C yang mengikat empat gugus: gugus amina (NH2), gugus karboksil (COOH), atom hidrogen (H), dan satu gugus sisa (R, dari residue) atau disebut juga gugus atau rantai samping yang membedakan satu asam amino dengan asam amino lainnya.
Atom C pusat tersebut dinamai atom Cα (“C-alfa”) sesuai dengan penamaan senyawa bergugus karboksil, yaitu atom C yang berikatan langsung dengan gugus karboksil. Oleh karena gugus amina juga terikat pada atom Cα ini, senyawa tersebut merupakan asam α-amino.
Asam amino biasanya diklasifikasikan berdasarkan sifat kimia rantai samping tersebut menjadi empat kelompok. Rantai samping dapat membuat asam amino bersifat asam lemah, basa lemah, hidrofilik jika polar, dan hidrofobik jika nonpolar.

a. Isomerisme pada asam amino

Karena atom C pusat mengikat empat gugus yang berbeda, maka asam amino—kecuali glisina—memiliki isomer optik: l dan d. Cara sederhana untuk mengidentifikasi isomeri ini dari gambaran dua dimensi adalah dengan “mendorong” atom H ke belakang pembaca (menjauhi pembaca).
Jika searah putaran jarum jam (putaran ke kanan) terjadi urutan karboksil-residu-amina maka ini adalah tipe d. Jika urutan ini terjadi dengan arah putaran berlawanan jarum jam, maka itu adalah tipe l. (Aturan ini dikenal dalam bahasa Inggris dengan nama CLRN, dari singkatan COOH – RNH2).
Pada umumnya, asam amino alami yang dihasilkan eukariota merupakan tipe l meskipun beberapa siput laut menghasilkan tipe d. Dinding sel bakteri banyak mengandung asam amino tipe D.

b. Polimerisasi asam amino

Protein merupakan polimer yang tersusun dari asam amino sebagai monomernya. Monomer-monomer ini tersambung dengan ikatan peptida, yang mengikat gugus karboksil milik satu monomer dengan gugus amina milik monomer di sebelahnya. Reaksi penyambungan ini (disebut translasi) secara alami terjadi di sitoplasma dengan bantuan ribosom dan tRNA.
Pada polimerisasi asam amino, gugus -OH yang merupakan bagian gugus karboksil satu asam amino dan gugus -H yang merupakan bagian gugus amina asam amino lainnya akan terlepas dan membentuk air. Oleh sebab itu, reaksi ini termasuk dalam reaksi dehidrasi. Molekul asam amino yang telah melepaskan molekul air dikatakan disebut dalam bentuk residu asam amino.

c. Zwitter-ion

Karena asam amino memiliki gugus aktif amina dan karboksil sekaligus, zat ini dapat dianggap sebagai sekaligus asam dan basa (walaupun pH alaminya biasanya dipengaruhi oleh gugus-R yang dimiliki). Pada pH tertentu yang disebut titik isolistrik, gugus amina pada asam amino menjadi bermuatan positif (terprotonasi, –NH3+), sedangkan gugus karboksilnya menjadi bermuatan negatif (terdeprotonasi, –COO-).
Titik isolistrik ini spesifik bergantung pada jenis asam aminonya. Dalam keadaan demikian, asam amino tersebut dikatakan berbentuk zwitter-ion. Zwitter-ion dapat diekstrak dari larutan asam amino sebagai struktur kristal putih yang bertitik lebur tinggi karena sifat dipolarnya. Kebanyakan asam amino bebas berada dalam bentuk zwitter-ion pada pH netral maupun pH fisiologis yang dekat netral.
Protein tersusun dari berbagai asam amino yang masing-masing dihubungkan dengan ikatan peptida. Meskipun demikian, pada awal pembentukannya protein hanya tersusun dari 20 asam amino yang dikenal sebagai asam amino dasar atau asam amino baku atau asam amino penyusun protein (proteinogenik). Asam-asam amino inilah yang disandi oleh DNA/RNA sebagai kode genetik

(4) Macam Asam Amino
Berikut adalah ke-20 asam amino penyusun protein (singkatan dalam kurung menunjukkan singkatan tiga huruf dan satu huruf yang sering digunakan dalam kajian protein), dikelompokkan menurut sifat atau struktur kimiawinya:

A. Asam amino alifatik sederhana
Glisina (Gly, G)
Alanina (Ala, A)
Valina (Val, V)
Leusina (Leu, L)
Isoleusina (Ile, I)
B. Asam amino hidroksi-alifatik
Serina (Ser, S)
Treonina (Thr, T)
C. Asam amino dikarboksilat (asam)
Asam aspartat (Asp, D)
Asam glutamat (Glu, E)
D. Amida
Asparagina (Asn, N)
Glutamina (Gln, Q)
E. Asam amino basa
Lisina (Lys, K)
Arginina (Arg, R)
Histidina (His, H) (memiliki gugus siklik)
F. Asam amino dengan sulfur
Sisteina (Cys, C)
Metionina (Met, M)
G. Prolin
Prolina (Pro, P) (memiliki gugus siklik)
H. Asam amino aromatic (Kelompok ini memiliki cincin benzena dan menjadi bahan baku metabolit sekunder aromatik)
Fenilalanina (Phe, F)
Tirosina (Tyr, Y)
Triptofan (Trp, W)

(5) Fungsi biologi asam amino

  1. Penyusun protein, termasuk enzim.
  2. Kerangka dasar sejumlah senyawa penting dalam metabolisme (terutama vitamin, hormon dan asam nukleat).
  3. Pengikat ion logam penting yang diperlukan dalam dalam reaksi enzimatik (kofaktor).

(6) Asam amino esensial
Asam amino diperlukan oleh makhluk hidup sebagai penyusun protein atau sebagai kerangka molekul-molekul penting. Ia disebut esensial bagi suatu spesies organisme apabila spesies tersebut memerlukannya tetapi tidak mampu memproduksi sendiri atau selalu kekurangan asam amino yang bersangkutan. Untuk memenuhi kebutuhan ini, spesies itu harus memasoknya dari luar (lewat makanan). Istilah “asam amino esensial” berlaku hanya bagi organisme heterotrof.
Bagi manusia, ada delapan (ada yang menyebut sembilan) asam amino esensial yang harus dipenuhi dari diet sehari-hari, yaitu isoleusina, leusina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofan, dan valina. Histidina dan arginina disebut sebagai “setengah esensial” karena tubuh manusia dewasa sehat mampu memenuhi kebutuhannya. Asam amino karnitina juga bersifat “setengah esensial” dan sering diberikan untuk kepentingan pengobatan.

Macam Asam Amino Esensial
1. ISOLEUCINE (4,13%)
Diperlukan untuk pertumbuhan yang optimal. Perkembangan kecerdasan. Mempertahankan keseimbangan nitrogen tubuh. Diperlukan untuk pembentukan asam amino non esensial lainnya. Penting untuk pembentukan haemoglobin dan menstabilkan kadar gula darah (kekurangan dapat memicu gejala hypoglycemia).
2. LEUCINE (5,80%)
Pemacu fungsi otak. Menambah tingkat energi otot. Membantu menurunkan kadar gula darah yang berlebihan. Membantu penyembuhan tulang, jaringan otot dan kulit (terutama untuk mempercepat penyembuhan luka post – operative).
3. LYCINE (4,00%)
Bahan dasar antibodi darah. Memperkuat sistem sirkulasi. Mempertahankan pertumbuhan sel-sel normal. Bersama proline dan Vitamin C akan membentuk jaringan kolagen. Menurunkan kadar triglyserida darah yang berlebih. Kekurangan menyebabkan mudah lelah, sulit konsentrasi, rambut rontok, anemia, pertumbuhan terhambat dan kelainan reproduksi.
4. METHIONINE (2,17%)
Penting untuk metabolisme lemak. Menjaga kesehatan hati, menenangkan syaraf yang tegang. Mencegah penumpukan lemak di hati dan pembuluh darah arteri terutama yang mensuplai darah ke otak, jantung dan ginjal. Penting untuk mencegah alergi, osteoporosis, demam rematik dan toxemia pada kehamilan serta detoxifikasi zat-zat berbahaya pada saluran cerna.
5. PHENYLALANINE (3,95%)
Diperlukan oleh kelenjar tiroid untuk menghasilkan tiroksin yang akan mencegah penyakit gondok. Dipakai untuk mengatasi depresi juga untuk mengurangi rasa sakit akibat migrain, menstruasi dan arthritis. Menghasilkan norepinephrine otak yang membantu daya ingat dan daya hafal. Mengurangi obesitas.
6. THREONINE (4,17%)
Meningkatkan kemampuan usus dan proses pencernaan. Mempertahankan keseimbangan protein. Penting dalam pembentukan kolagen dan elastin. Membantu hati, jantung, sistem syaraf pusat, otot-otot rangka dengan fungsi lipotropic. Mencegah serangan epilepsi.
7. TRYPTOPHANE (1,13%)
Meningkatkan penggunaan dari vitamin B kompleks. Meningkatkan kesehatan syaraf. Menstabilkan emosi. Meningkatkan rasa ketenangan dan mencegah insomnia (membantu anak yang hiperaktif). Meningkatkan pelepasan hormon pertumbuhan yang penting dalam membakar lemak untuk mencegah obesitas dan baik untuk jantung.
8. VALINE (6,00%)
Memacu kemampuan mental. Memacu koordinasi otot. Membantu perbaikan jaringan yang rusak. Menjaga keseimbangan nitrogen.

Macam Asam Amino Non Esensial
1. ALANINE (5,82%)
Memperkuat membran sel. Membantu metabolisme glukosa menjadi energi tubuh.
2. ARGININE (5,98%)
Penting untuk kesehatan reproduksi pria karena 80% cairan semen terdiri dari arginine. Membantu detoxifikasi hati pada sirosis hati dan fatty liver. Membantu meningkatkan sistem imun. Menghambat pertumbuhan sel tumor dan kanker. Membantu pelepasan hormon pertumbuhan.
3. ASPARTIC ACID (6,34%)
Membantu perubahan karbohidrat menjadi energi sel. Melindungi hati dengan membantu mengeluarkan amonia berlebih dari tubuh. Membantu fungsi sel dan pembentukan RNA/DNA.
4. CYSTINE (0,67%)
Membantu kesehatan pankreas. Menstabilkan gula darah dan metabolisme karbohidrat. Mengurangi gejala alergi makanan dan intoleransi. Penting untuk pembentukan kulit, terutama penyembuhan luka bakar dan luka operasi. Membantu penyembuhan kelainan pernafasan seperti bronchitis. Meningkatkan aktifitas sel darah putih melawan penyakit.
5. GLUTAMIC ACID (8,94%)
Merupakan bahan bakar utama sel-sel otak bersama glukosa. Mengurangi ketergantungan alkohol dan menstabilkan kesehatan mental.
6. GLYCINE (3,50%)
Meningkatkan energi dan penggunaan oksigen di dalam sel. Penting untuk kesehatan sistem syaraf pusat. Penting untuk menjaga kesehatan kelenjar prostat. Mencegah serangan epilepsi dan pernah dipakai untuk mengobati depresi. Diperlukan sistem imun untuk mensintesa asam amino non esensial.
7. HISTIDINE (1,08%)
Memperkuat hubungan antar syaraf khususnya syaraf organ pendengaran. Telah dipakai untuk memulihkan beberapa kasus ketulian. Perlu untuk perbaikan jaringan. Perlu dalam pengobatan alergi, rheumatoid arthritis, anemia. Perlu untuk pembentu-kan sel darah merah dan sel darah putih.
8. PROLINE (2,97%)
Sebagai bahan dasar glutamic acid. Bersama lycine dan vitamin C akan membentuk jaringan kolagen yang penting untuk menjaga kecantikan kulit. Memperkuat persendian, tendon, tulang rawan dan otot jantung.
9. SERINE (4,00%)
Membantu pembentukan lemak pelindung serabut syaraf (myelinsheaths). Penting dalam metabolisme lemak dan asam lemak, pertumbuhan otot dan kesehatan sistem imun. Membantu produksi antibodi dan immunoglobulin.
10. TYROSINE (4,60%)
Memperlambat penuaan sel. Menekan pusat lapar di hipotalamus. Membantu produksi melanin. Penting untuk fungsi kelenjar adrenal, tiroid dan pituitary. Penting untuk pengobatan depresi, alergi dan sakit kepala. Kekurangan menyebabkan hypothyroidism dengan gejala lemah, lelah, kulit kasar, pembengkakan pada tangan, kaki, dan muka, tidak tahan dingin, suara kasar, daya ingat dan pendengaran menurun serta kejang otot.
11. GAMMA – AMINOBUTYRIC ACID (GABA) (**)
Menghambat sel dari ketegangan. Mencegah ansietas dan depresi bersama niacin dan inositol.
12. ORNITHINE (**)
Membantu pelepasan hormon pertumbuhan yang memetabolisir lemak tubuh yang berlebihan jika digabung dengan arginine dan carnitine. Penting untuk fungsi sistem imun dan fungsi hati yang sehat. Penting untuk detoxifikasi amonia dan membantu proses penyembuhan.
13. TAURINE (**)
Menjaga kesehatan otot jantung, sel darah putih, otot rangka dan sistem syaraf pusat. Komponen penting dari cairan empedu yang penting untuk pencernaan lemak, absorbsi vitamin larut dalam lemak (A, D, E, K). Menjaga kadar kolesterol darah. Kekurangan menyebabkan ansietas, epilepsi, hiperaktif dan fungsi otak yang buruk. Disintesa dari asam amino cysteine.
14. CYSTEINE (**)
Dibentuk dari asam amino methionine dengan bantuan vitamin B6. Merupakan bahan dasar glutathione yaitu salah satu antioksidan terbaik yang bekerja optimum bila bersama vitamin E dan selenium. Melindungi sel dari zat-zat berbahaya, efek radiasi. Melindungi hati dan otak dari alkohol dan rokok. Penting dalam pengobatan bronchitis, emphysema, TBC, dan rheumatoid arthritis. Mudah berubah menjadi cystine.
15. CITRULLINE (**)
Menghasilkan energi. Meningkatkan sistem imunitas. Dimetabolisir menjadi arginine. Penting dalam detoxifikasi amonia yang merusak sel-sel sehat.

(Berlanjut ke Bab 10-d)





Diktat Genetika Ternak-10b (Kedua)

31 07 2012

10.7. RNA (Ribosa Nucleic Acid)
(1) Pengertian RNA
Asam Ribonukleat (Bahasa Inggris: ribonucleic acid, RNA) senyawa yang merupakan bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok (central dogma) genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein. Dengan demikian RNA  merupakan hasil sintesis atau transkripsi dari DNA

(2) Struktur RNA

  • Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah nukleotida.
  • Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus pentose, dan satu gugus basa nitrogen (basa N).
  • Basa nitrogen purin pada RNA terdiri atas adenin  (A) dan guanin (G), sedangkan pirimidinnya terdiri atas sitosin (S) dan urasilL (U).
  • Jadi Basa timin dari golongan pirimidin tidak terdapat dalam ARN melainkan digantikan oleh basa urasil (U)
  • Polimer tersusun dari ikatan berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus pentosa dari nukleotida yang lain.
  • Molekul RNA (Asam Ribo nukleat) berbentuk pita tunggal atau pita dobel namun tidak berpilin.

(3) Perbedaan DNA dengan RNA
Perbedaan RNA dengan DNA antara lain :

  • Ukuran dan bentuk : Pada umumnya molekul RNA lebih pendek dari molekul DNA. DNA berbentuk double helix, sedangkan RNA berbentuk pita tunggal. Meskipun demikian pada beberapa virus tanaman, RNA merupakan pita double namun tidak terpilih sebagai spiral.
  • Susunan kimia Molekul RNA juga merupakan polimer nukleotida, perbedaannya dengan DNA yaitu: a. Gula yang menyusunnya bukan dioksiribosa, melainkan ribosa. b. Basa pirimidin yang menyusunnya bukan timin seperti DNA, tetapi urasil
  • Lokasi : DNA pada umumnya terdapat di kromosom, sedangkan RNA tergantung dari macamnya, yaitu: a. RNA d(RNA duta), terdapat dalam nukleus, RNA d dicetak oleh salah satu pita DNA yang berlangsung didalam nukleus. b. RNA p(RNA pemindah) atau RNA t(RNA transfer), terdapat di sitoplasma. c. RNA r(RNA ribosom), terdapat didalam ribosom.
  • Fungsinya : DNA berfungsi memberikan informasi atau keterangan genetik, sedang kan fungsi RNA tergantung dari macamnya, yaitu: a. RNA d, menerima informasi genetik dari DNA, prosesnya dinamakan transkripsi, berlangsung didalam inti sel. b. RNA t, mengikat asam amino yang ada di sitoplasma. c. RNA t, mensintesa protein dengan menggunakan bahan asam amino, proses ini berlangsung di ribosom dan hasil akhir berupa polipeptida.
  • Lebih Jelasnya Lihat Tabel berikut :

(4) RNA Genetik dan RNA Non Genetik

  • RNA Genetik dimiliki oleh beberapa virus seperti virus mozaik tembakau, virus influensa, virus kaki dan mulut, dll ,juga dimiliki oleh bakteriofag. Virus-virus tersebut tidak memiliki DNA sehingga RNA merupakan molekul yang membawa informasi genetic seperti DNA ,sehingga RNA-nya disebut sebagai RNA Genetik
  • Pada makhluk hidup dimana keterangan genetic terdapat dalam DNA maka RNA-nya disebut sebagai RNA Non Genetik. RNA non genetic berdasarkan tempat terdapat nya serta fungsinya disebut Tipe  RNA.

(5) Fungsi RNA

  • Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA merupakan bahan genetik. Ia berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik, sebagaimana DNA pada organisme hidup lain. Ketika virus ini menyerang sel hidup, RNA yang dibawanya masuk ke sitoplasma sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh sel inang untuk menghasilkan virus-virus baru.
  • Namun demikian, peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk ‘triplet’, tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein.
  • Penelitian mutakhir atas fungsi RNA menunjukkan bukti yang mendukung atas teori dunia RNA, yang menyatakan bahwa pada awal proses evolusi, RNA merupakan bahan genetik universal sebelum organisme hidup memakai DNA.

(6) Tipe RNA
Transkripsi DNA menghasilkan molekul RNA (RNA Non Genetic) yang kemudian akan mengalami diferensiasi struktur sesuai dengan fungsinya masing-masing. RNA hadir di alam dalam berbagai macam/tipe. Sebagai bahan genetik, RNA berwujud sepasang pita (Inggris double-stranded RNA, dsRNA).
Genetika molekular klasik mengajarkan, pada eukariota terdapat tiga tipe RNA yang terlibat dalam proses sintesis protein, yaitu

1.   mRNA (RNA messenger/Kurir) RNA-kurir (bahasa Inggris: messenger-RNA, mRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase I.
mRNA bertugas menerima informasi/keterangan genetik dari DNA. Proses ini dinamakan transkripsi dan berlangsung dalam nukleus. Berfungsi sebagai perantara antara DNA krom dan asam amino sitoplasma. Berperan penting dalam pembuatan protein

2.   rRNA (RNA ribosom) RNA-ribosom (bahasa Inggris: ribosomal-RNA, rRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase II
rRNA bertugas mensintesa protein dengan menggunakan asam amino. Proses ini berlangsung dalam ribosom dan hasil akhirnya adalah polipeptida

3.   tRNA (RNA transfer) RNA-transfer (bahasa Inggris: transfer-RNA, tRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase III.
tRNA bertugas mengikat asam amino yang terdapat dalam sitoplasma. Sebelum dapat diikat oleh tRNA, asam animo berekasi terlebih dahulu dengan ATP supaya berenergi dan aktif. tRNA membawa asam amino yang diikat itu ke ribosom. Disinilah berlansung perubahan informasi genetik yang dinyatakan oleh urutan basa dari mRNA ke urutan asam amino dalam protein yang dibentuk. Proses perubahan ini disebut Translasi

Pada akhir abad ke-20 dan awal abad ke-21 diketahui bahwa RNA hadir dalam berbagai macam bentuk dan terlibat dalam proses pascatranslasi. Dalam pengaturan ekspresi genetik orang sekarang mengenal RNA-mikro (miRNA) yang terlibat dalam “peredaman gen” atau gene silencing dan small-interfering RNA (siRNA) yang terlibat dalam proses pertahanan terhadap serangan virus

A. mRNA (RNA messenger)

  1. mRNA dibentuk didalam nucleus dan ukurannya sangat bervariasi. RNA duta atau messenger RNA (mRNA), yang mempunyai struktur linier kecuali bagian ujung terminasinya yang berbentuk batang dan kala.
  2. Molekul mRNA membawa urutan basa yang sebagian di antaranya akan ditranslasi menjadi urutan asam amino. Kode genetik mRNA bergantung pada kode genetik DNA yang harus dibawa. mRNA berperan membawa kode genetik DNA dari inti sel menuju ribosom.
  3. Urutan basa yang dinamakan urutan penyandi (coding sequences) ini dibaca tiga demi tiga. Artinya, tiap tiga basa akan menyandi pembentukan satu asam amino sehingga tiap tiga basa ini dinamakan triplet kodon. Pada prokariot bagian mRNA yang tidak ditranslasi terletak di depan urutan penyandi (disebut pengarah atau leader) dan di antara dua urutan penyandi (disebut spacer sequences atau noncoding sequences).
  4. Sementara itu, pada eukariot di samping kedua bagian tadi ada juga bagian di dalam urutan penyandi yang tidak ditranslasi. Bagian inilah yang dinamakan intron seperti telah dijelaskan di atas. Molekul mRNA pada prokariot sering kali membawa sejumlah urutan penyandi bagi beberapa polipeptida yang berbeda. Molekul mRNA seperti ini dinamakan mRNA polisistronik. Dengan adanya mRNA polisistronik, sintesis beberapa protein yang masih terkait satu sama lain dapat diatur dengan lebih efisien karena hanya dibutuhkan satu sinyal. Pada eukariot hampir tidak pernah dijumpai mRNA polisistronik.

B.tRNA (RNA transfer)

  • RNA pemindah atau transfer RNA (tRNA), yang strukturnya mengalami modifikasi hingga berbentuk seperti daun semanggi. Seperti halnya struktur ujung terminasi mRNA, struktur seperti daun semanggi ini terjadi karena adanya urutan palindrom yang diselingi oleh beberapa basa.
  • tRNA berperan dalam mengangkut asam amino ke tempat sintesis protein, yaitu ribosom melalui translasi dari mRNA
  • Pada salah satu kalanya, tRNA membawa tiga buah basa yang komplemeter dengan triplet kodon pada mRNA. Ketiga basa ini dinamakan antikodon

Sementara itu, pada ujung 3’-nya terdapat tempat pengikatan asam amino tertentu. Pengikatan yang membentuk molekul aminoasil-tRNA ini terjadi dengan bantuan enzim aminoasil-tRNA sintetase. Dalam hal ini gugus hidroksil (OH) pada ujung 3’ tRNA terikat sangat kuat dengan gugus karboksil (COOH) asam amino. Macam asam amino yang dibawa ditentukan oleh urutan basa pada antikodon. Jadi, ada beberapa macam aminoasil-tRNA sesuai dengan antikodon dan macam asam amino yang dibawanya.

C.  rRNA (RNA ribosom)

  • rRNA ribosom dapat mencapai sekitar 80% dari jumlah RNA dalam sel dan banyak ditemukan dalam ribosom dan yang lainnya berupa protein. Molekul RNA ribosom berupa rantai tunggal tidak bercabang dan fleksibel.
  • Molekul rRNA, dan juga tRNA, dapat dikatakan sebagai RNA struktural dan tidak ditranslasi menjadi asam amino/protein
  • Peran rRNA adalah sebagai pengatur sintesis protein dan sebagai penyusun ribosom.
  • Jadi  rRNA adalah bagian mesin sel yang menyintesis protein

RNA merupakan sintesis produk awal ekspresi genom, tetapi tidak semua RNA merupakan transkriptom/coding RNA dan kebanyakan RNA merupakan non-coding RNA. Perbedaan kedua macam RNA tersebut adalah:

1. Coding RNA
Cara membedakan kandungan RNA melalui fungsi dalam sel. Pembagian utama adalah coding RNA dan non-coding RNA. Coding RNA terdiri atas transkriptom dan satu kelas molekul messager RNA (mRNAs) fungsinya untuk mengkode protein. mRNAs masa hidupnya pendek.
2. Non-coding RNA
Baik prokariot maupun eukariot dibagi menjadi dua tipe:

  • Ribosomal RNA (rRNA) merupakan tipe RNA yang paling banyak yang berfungsi untuk sintesis protein.
  • Transfer RNA (tRNA) adalah molekul yang terlibat dalam sintesis protein. Eukariot memiliki non-coding RNA pendek seperti:
  1. Small nuclear RNA (snRNA) atau URNA. Molekul ini kaya nukleotida uridin.
  2. Small nucleolar RNA (snoRNA) penting dalam pemrosesan molekul rRNA.
  3. Small cytoplasmic RNA (scRNA) belum diketahui fungsinya.

(7) Pembuktian RNA sebagai Materi Genetik pada Virus Tertentu
Beberapa virus tertentu diketahui tidak mempunyai DNA, tetapi hanya tersusun dari RNA dan protein. Untuk memastikan di antara kedua makromolekul tersebut yang berperan sebagai materi genetik, antara lain telah dilakukan percobaan rekonstitusi yang dilaporkan oleh H. Fraenkel-Conrat dan B. Singer pada tahun 1957.
Mereka melakukan penelitian pada virus mozaik tembakau atau tobacco mozaic virus (TMV), yaitu virus yang menyebabkan timbulnya penyakit mozaik pada daun tembakau. Virus ini mengandung molekul RNA yang terbungkus di dalam selubung protein. Dengan perlakuan kimia tertentu molekul RNA dapat dipisahkan dari selubung proteinnya untuk kemudian digabungkan (direkonstitusi) dengan selubung protein dari strain TMV yang lain

RNA dari strain A direkonstitusi dengan protein strain B. Sebaliknya, RNA dari strain B direkonstitusi dengan protein dari strain A. Kedua TMV hasil rekonstitusi ini kemudian diinfeksikan ke inangnya (daun tembakau) agar mengalami penggandaan. TMV hasil penggandaan ternyata merupakan strain A jika RNAnya berasal dari strain A dan merupakan strain B jika RNAnya berasal dari strain B. Jadi, faktor yang menentukan strain hasil penggandaan adalah RNA, bukan protein. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa materi genetik pada virus-virus yang tidak mempunyai DNA, seperti halnya TMV, adalah RNA.

10.8. Ekspresi Gen
A. Pengertian Ekspresi Gen

  • Ekspresi gen merupakan rangkaian proses penerjemahan informasi genetik dalam bentuk urutan basa pada DNA atau RNA (Kode Genetik) menjadi protein, dan lebih jauh lagi: fenotipe. Informasi yang dibawa bahan genetik tidak bermakna apa pun bagi suatu organisme apabila tidak diekspresikan menjadi fenotipe.
  • Langkah Ekspresi Gen adalah adanyaPerubahan urutan basa di dalam molekul DNA menjadi urutan basa molekul RNA dinamakan transkripsi (Pembuatan Salinan RNA), sedangkan penerjemahan urutan basa RNA menjadi urutan asam amino suatu protein dinamakan translasi (Proses sintesis polipeptida yang spesifik di dalam ribosom).
  • Jadi, proses tanskripsi dan translasi dapat dilihat sebagai tahap-tahap ekspresi urutan basa DNA.
  • Namun, tidak semua urutan basa DNA akan diekspresikan menjadi urutan asam amino.
  • Urutan basa DNA yang pada akhirnya menyandi urutan asam amino disebut sebagai gen.
  • Secara kimia gen adalah urutan basa nitrogen tertentu pada molekul DNA yang dapat dieskpresikan melalui tahap-tahap transkripsi dan translasi menjadi urutan asam amino tertentu.
  • Dengan demikian bahwa sejumlah asam amino dengan urutan (sekuens) tertentu akan menyusun sebuah molekul protein. Namun, setiap molekul protein sendiri dapat dilihat sebagai gabungan beberapa sub unit yang dinamakan polipeptida. Oleh karena itu, muncul pertanyaan tentang hakekat sebuah gen : tiap gen menyandi satu protein ataukah tiap gen menyandi satu polipeptida ?
  • Perlu diketahui pula bahwa beberapa kesalahan yang disebut mutasi dapat terjadi pada proses ekspresi gen ini.

B. Peta Konsep Ekspresi Gen

C.Prokariot dan Eukariot
Istilah prokariot diturunkan dari bahasa Yunani yang berarti kacang, biji, atau inti. Prokariot berarti “pra inti,” Pada prokariot, senyawa genetik ditempatkan di dalam suatu badan inti atau badan serupa inti yang agak acak dan tidak dikelilingi oleh membran. Sekarang, kita akan menelaah sel prokariot dan eukariot secara lebih terinci
Prokariot terdiri dari kira-kira 3000 spesies bakteri, termasuk organisme yang umumnya disebut ganggang hijau biru (blue-green algae). Ganggang hijau-biru merupakan suatu keluarga khusus dari bakteri; nama modern yang lebih disukai adalah cyanobacter (cyano = biru). Golongan sianobakteri berbeda dengan golongan lain, dan sering terpisah sendiri, karena golongan ini melangsungkan sistem fotosintesis yang dapat menghasilkan oksigen, menyerupai sistem pada tumbuhan hijau tingkat tinggi.
Sel prokariot juga sangat penting dalam mempelajari biokimia dan biologi molekuler karena strukturnya yang sederhana, kecepatan dan kemudahan pertumbuhan sel, dan mekanisme yang relatif sederhana di dalam reproduksi dan transmisi informasi genetik. Pada kondisi optimum, bakteri E, colf akan membelah diri setiap 20 sampai 30 menit pada suhu 37°C di dalam medium glukosa sederhana, garam-garam amonium, dan mineral. Ciri penting lain dari prokariot adalah bahwa golongan ini bereproduksi dengan cara aseksual yang amat sederhana.Organisme ini tumbuh hingga ukurannya berlipat ganda, lalu membelah diri menjadi sel anak yang identik. Tiap sel menerima seperangkat (satu “copy”) materi genetik (DNA) dari sel induk. Sel prokariot hanya mempunyai satu kromosom, terdiri dari molekul DNA sulur ganda.
Sel semua hewan dan tumbuhan tingkat yang lebih tinggi dan sel jamur merupakan sel-sel eukariot. Terdapat juga berbagai eukariot bersel tunggal, termasuk berbagai spesies protozoa, diatome, eugenoid, ragi, dan lapang berlendir. Karena golongan ini mempunyai jumlah bahan genetik yang jauh lebih banyak, dan karena organisme ini sering melangsungkan konyugasi seksual yang memungkinkan pertukaran gen, bentuk kehidupan eukariot mampu melakukan diferensiasi dan spesialisasi secara lebih luas dibandingkan dengan prokariot. Jadi, organisme eukariot mempunyai jutaan spesies yang berbeda, dibandingkan dengan spesies prokariot yang hanya beberapa ribu.. Secara taksonomi eukariot dikelompokkan menjadi empat kingdom, masing-masing hewan (animalia), tumbuhan (plantae), jamur (fungi), dan protista, yang terdiri atas alga dan protozoa.
Salah satu ciri sel eukariot adalah adanya organel-organel subseluler dengan fungsi-fungsi metabolisme yang telah terspesialisasi. Tiap organel ini terbungkus dalam suatu membran. Sel eukariot pada umumnya lebih besar daripada sel prokariot. Diameternya berkisar dari 10 hingga 100 µm. Seperti halnya sel prokariot, sel eukariot diselimuti oleh membran plasma. Pada tumbuhan dan kebanyakan fungi serta protista terdapat juga dinding sel yang kuat di sebelah luar membran plasma. Di dalam sitoplasma sel eukariot selain terdapat organel dan ribosom, juga dijumpai adanya serabut-serabut protein yang disebut sitoskeleton. Serabut-serabut yang terutama berfungsi untuk mengatur bentuk dan pergerakan sel ini terdiri atas mikrotubul (tersusun dari tubulin) dan mikrofilamen (tersusun dari aktin).
Sebagian besar organisme eukariot bersifat multiseluler dengan kelompok-kelompok sel yang mengalami diferensiasi selama perkembangan individu. Peristiwa ini terjadi karena pembelahan mitosis akan menghasilkan sejumlah sel dengan perubahan pola ekspresi gen sehingga mempunyai fungsi yang berbeda dengan sel asalnya. Dengan demikian, kandungan DNA pada sel-sel yang mengalami diferensiasi sebenar nya hampir selalu sama, tetapi gen-gen yang diekspresikan berbeda antara satu dan lainnya.
Diferensiasi diatur oleh gen-gen pengatur perkembangan. Mutasi yang terjadi pada gen-gen ini dapat mengakibatkan abnormalitas fenotipe individu, misalnya tumbuh nya kaki di tempat yang seharusnya digunakan untuk antena pada lalat Drosophila. Namun, justru dengan mempelajari mutasi pada gen-gen pengatur perkembangan, kita dapat memahami berlangsungnya proses perkembangan embrionik.
Pada organisme multiseluler koordinasi aktivitas sel di antara berbagai jaringan dan organ diatur oleh adanya komunikasi di antara sel-sel tersebut. Hal ini melibatkan molekul-molekul sinyal seperti neurotransmiter, hormon, dan faktor pertumbuhan yang disekresikan oleh suatu jaringan dan diteruskan kepada jaringan lainnya melalui reseptor yang terdapat pada permukaan sel.
Perbedaan menyolok lainnya di antara eukariot dan prokariot adalah bahwa selain inti sel yang terbentuk baik, eukariot mengandung sejumlah organel yang di-kelilingi membran, seperti dan masing-masing mempunyai peranan spesifik di dalam metabolisme dan aktivitas sehari-hari sel. Sel eukariot mempunyai pembagian kerja yang lebih rumit di antara berbagai struktur internal, masing-masing struktur memegang peranan khusus di dalarn aktivitas sel.

D.Mekanisme Pengaturan Ekspresi Gen pada Prokariot (Berdinding Sel)
(1) Pengaturan Ekspresi Gen
Produk-produk gen tertentu seperti protein ribosomal, rRNA, tRNA, RNA polimerase, dan enzim-enzim yang mengatalisis berbagai reaksi metabolisme yang berkaitan dengan fungsi pemeliharaan sel merupakan komponen esensial bagi semua sel. Gen-gen yang menyandi pembentukan produk semacam itu perlu diekspresikan terus-menerus sepanjang umur individu di hampir semua jenis sel tanpa bergantung kepada kondisi lingkungan di sekitarnya. Sementara itu, banyak pula gen lainnya yang ekspresinya sangat ditentukan oleh kondisi lingkungan sehingga mereka hanya akan  diekspresikan pada waktu dan di dalam jenis sel tertentu. Untuk gen-gen semacam ini harus ada mekanisme pengaturan ekspresinya. Pengaturan ekspresi gen dapat terjadi pada berbagai tahap, misalnya transkripsi, prosesing mRNA, atau translasi. Namun, sejumlah data hasil penelitian menunjukkan bahwa pengaturan ekspresi gen, khususnya pada prokariot, paling banyak terjadi pada tahap transkripsi.
Mekanisme pengaturan transkripsi, baik pada prokariot maupun pada eukariot, secara garis besar dapat dibedakan menjadi dua kategori utama, yaitu (1) mekanisme yang melibatkan penyalapadaman (turn on and turn off) ekspresi gen sebagai respon terhadap perubahan kondisi lingkungan dan (2) sirkit ekspresi gen yang telah terprogram (preprogramed circuits). Mekanisme penyalapadaman sangat penting bagi mikroorganisme untuk menyesuaikan diri terhadap perubahan lingkungan yang seringkali terjadi secara tiba-tiba. Sebaliknya, bagi eukariot mekanisme ini nampaknya tidak terlalu penting karena pada organisme ini sel justru cenderung merespon sinyal-sinyal yang datang dari dalam tubuh, dan di sisi lain, sistem sirkulasi akan menjadi penyangga bagi sel terhadap perubahan kondisi lingkungan yang mendadak tersebut. Pada mekanisme sirkit, produk suatu gen akan menekan transkripsi gen itu sendiri dan sekaligus memacu transkripsi gen kedua, produk gen kedua akan menekan transkripsi gen kedua dan memacu transkripsi gen ketiga, demikian seterusnya. Ekspresi gen yang berurutan ini telah terprogram secara genetik sehingga gen-gen tersebut tidak akan dapat diekspresikan di luar urutan. Oleh karena urutan ekspresinya berupa sirkit, maka mekanisme tersebut dinamakan sirkit ekspresi gen.

(2) Induksi dan represi pada prokariot
Escherichia coli merupakan bakteri yang sering dijadikan model untuk mempelajari berbagai mekanisme genetika molekuler. Bakteri ini secara alami hidup di dalam usus besar manusia dengan memanfaatkan sumber karbon yang umumnya berupa glukosa. Apabila suatu ketika E. coli ditumbuhkan pada medium yang sumber karbonnya bukan glukosa melainkan laktosa, maka enzim pemecah laktosa akan disintesis, sesuatu yang tidak biasa dilakukannya.  Untuk itu, gen-gen penyandi berbagai enzim yang terlibat dalam pemanfaatan laktosa akan diekspresikan (turned on).  Sebaliknya, dalam keadaan normal, yaitu ketika tersedia glukosa sebagai sumber karbon, maka gen-gen tersebut tidak diekspresikan (turned off). Proses yang terjadi ketika ekspresi gen merupakan respon terhadap keberadaan suatu zat di lingkungannya dikenal sebagai induksi, sedangkan zat atau molekul yang menyebabkan terjadinya induksi disebut sebagai induser. Jadi, dalam contoh ini laktosa merupakan induser.Induksi secara molekuler terjadi pada tingkat transkripsi. Peristiwa ini berkenaan dengan laju sintesis enzim, bukan dengan aktivitas enzim. Pada pengaktifan enzim suatu molekul kecil akan terikat pada enzim sehingga akan terjadi peningkatan aktivitas enzim tersebut, bukan peningkatan laju sintesisnya.
Selain mempunyai kemampuan untuk memecah suatu molekul (katabolisme), bakteri juga dapat menyintesis (anabolisme) berbagai molekul organik yang diperlukan bagi pertumbuhannya.  Sebagai contoh, Salmonella typhimurium mempunyai sejumlah gen yang menyandi enzim-enzim untuk biosintesis triptofan. Dalam medium pertumbuhan yang tidak mengandung triptofan, S. typhimurium akan mengekspresi kan (turned on) gen-gen tersebut. Akan tetapi, jika suatu saat ke dalam medium pertumbuhannya ditambahkan triptofan, maka gen-gen tersebut tidak perlu diekspresikan (turned off). Proses pemadaman (turn off) ekspresi gen sebagai respon terhadap keberadaan suatu zat di lingkungannya dinamakan represi, sedangkan zat yang menyebabkan terjadinya represi disebut sebagai korepresor. Jadi, dalam contoh ini triptofan merupakan korepresor.
Seperti halnya induksi, represi juga terjadi pada tahap transkripsi. Represi sering dikacaukan dengan inhibisi umpan balik (feedback inhibition), yaitu penghambatan aktivitas enzim akibat pengikatan produk akhir reaksi yang dikatalisis oleh enzim itu sendiri. Represi tidak menghambat aktivitas enzim, tetapi menekan laju sintesisnya.

(3) Model operon
Mekanisme molekuler induksi dan represi telah dapat dijelaskan menurut model yang diajukan oleh F. Jacob dan J. Monod pada tahun 1961. Menurut model yang dikenal sebagai operon ini ada dua unsur yang mengatur transkripsi gen struktural penyandi enzim, yaitu gen regulator (gen represor) dan operator yang letaknya berdekatan dengan gen-gen struktural yang diaturnya. Gen regulator menyandi pembentukan suatu protein yang dinamakan represor.
Pada kondisi tertentu represor akan berikatan dengan operator, menyebabkan terhalangnya transkripsi gen-gen struktural. Hal ini terjadi karena enzim RNA polimerase tidak dapat memasuki promoter yang letaknya berdekatan, atau bahkan tumpang tindih, dengan operator. Secara keseluruhan setiap operon terdiri atas promoter operon atau promoter bagi gen-gen struktural (PO), operator (O), dan gen-gen struktural (GS). Di luar operon terdapat gen regulator (R) beserta promoternya (PR), molekul protein represor yang dihasilkan oleh gen regulator, dan molekul efektor. Molekul efektor pada induksi adalah induser, sedangkan pada represi adalah korepresor.

Pada Gambar di atas, terlihat bahwa terikatnya represor pada operator terjadi dalam keadaan yang berkebalikan antara induksi dan represi. Pada induksi represor secara normal akan berikatan dengan operator sehingga RNA polimerase tidak dapat memasuki promoter operon. Akibatnya, transkripsi gen-gen struktural tidak dapat berlangsung. Namun, dengan terikatnya represor oleh induser, promoter operon menjadi terbuka bagi RNA polimerase sehingga gen-gen struktural dapat ditranskripsi dan selanjutnya ditranslasi. Dengan demikian, gen-gen struktural akan diekspresikan apabila terdapat molekul induser yang mengikat represor.
Operon yang terdiri atas gen-gen yang ekspresinya terinduksi dinamakan operon induksi. Salah satu contohnya adalah operon lac, yang terdiri atas gen-gen penyandi enzim pemecah laktosa seperti telah disebutkan di atas.
Sebaliknya, pada represi secara normal represor tidak berikatan dengan operator sehingga RNA polimerase dapat memasuki promoter operon dan transkripsi gen-gen struktural dapat terjadi. Akan tetapi, dengan adanya korepresor, akan terbentuk kompleks represor-korepresor yang kemudian berikatan dengan operator. Dengan pengikatan ini, RNA polimerase tidak dapat memasuki promoter operon sehingga transkripsi gen-gen struktural menjadi terhalang. Jadi, ekspresi gen-gen struktural akan terepresi apabila terdapat molekul korepresor yang berikatan dengan represor.
Gen-gen yang ekspresinya dapat terepresi merupakan komponen operon yang dinamakan operon represi. Operon trp, yang terdiri atas gen-gen penyandi enzim untuk biosintesis triptofan merupakan contoh operon represi

E.Mekanisme Pengaturan Ekspresi Gen pada Eukariot (Bermembran Sel)
(1) Pengaturan Ekspresi Gen
Hingga sekarang kita baru sedikit sekali mengetahui mekanisme pengaturan ekspresi gen pada eukariot. Namun, kita telah mengetahui bahwa pada eukariot tingkat tinggi gen-gen yang berbeda akan ditranskripsi pada jenis sel yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme pengaturan pada tahap transkripsi, dan juga prosesing mRNA, memegang peran yang sangat penting dalam proses diferensiasi sel.
Operon, kalau pun ada, nampaknya tidak begitu penting pada eukariot. Hanya pada eukariot tingkat rendah seperti jamur dapat ditemukan satuan-satuan operon atau mirip operon. Semua mRNA pada eukariot tingkat tinggi adalah monosistronik, yaitu hanya membawa urutan sebuah gen struktural. Transkrip primer yang adakala-nya menyerupai polisistronik pun akan diproses menjadi mRNA yang monosistronik.
Selain itu, terindikasi juga bahwa diferensiasi sel sedikit banyak melibatkan ekspresi seperangkat gen yang telah terprogram (preprogramed). Berbagai macam sinyal seperti molekul-molekul sitoplasmik, hormon, dan rangsangan dari lingkungan memicu dimulainya pembacaan program-program dengan urutan tertentu pada waktu dan tempat yang tepat selama perkembangan individu. Bukti paling nyata mengenai adanya keharusan urutan pembacaan program pada waktu dan tempat tertentu dapat dilihat pada kasus mutasi yang terjadi pada lalat Drosophila, misalnya munculnya sayap di kepala di tempat yang seharusnya untuk mata. Dengan mempelajari mutasi-mutasi semacam ini diharapkan akan diperoleh pengetahuan tentang mekanisme pengaturan ekspresi gen selama perkembangan normal individu.
Pada eukariot tingkat tinggi kurang dari 10 persen gen yang terdapat di dalam seluruh genom akan terepresentasikan urutan basanya di antara populasi mRNA yang telah mengalami prosesing. Sebagai contoh, hanya ada dua hingga lima persen urutan DNA mencit yang akan terepresentasikan pada mRNA di dalam sel-sel hatinya. Demikian pula, mRNA di dalam sel-sel otak katak Xenopus hanya merepresentasikan delapan persen urutan DNAnya. Jadi, sebagian besar urutan basa DNA di dalam genom eukariot tingkat tinggi tidak terepresentasikan di antara populasi mRNA yang ada di dalam sel atau jaringan tertentu. Dengan perkataan lain, molekul mRNA yang dihasilkan dari perangkat gen yang berbeda akan dijumpai di dalam sel atau jaringan yang berbeda pula.

(2) Dosis gen dan amplifikasi gen
Kebutuhan akan produk-produk gen pada eukariot dapat sangat bervariasi. Beberapa produk gen dibutuhkan dalam jumlah yang jauh lebih besar daripada produk gen lainnya sehingga terdapat nisbah kebutuhan di antara produk-produk gen yang berbeda. Untuk memenuhi nisbah kebutuhan ini antara lain dapat ditempuh melalui dosis gen. Katakanlah, ada gen A dan gen B yang ditranskripsi dan ditranslasi dengan efisiensi yang sama. Produk gen A dapat 20 kali lebih banyak daripada produk gen B apabila terdapat 20 salinan (kopi) gen A untuk setiap salinan gen B. Contoh yang nyata dapat dilihat pada gen-gen penyandi histon. Untuk menyintesis histon dalam jumlah besar yang dibutuhkan dalam pembentukan kromatin, kebanyakan sel mempunyai beratus-ratus kali salinan gen histon daripada jumlah salinan gen yang diperlukan untuk replikasi DNA.
Salah satu pengaruh dosis gen adalah amplifikasi gen, yaitu peningkatan jumlah gen sebagai respon terhadap sinyal tertentu. Sebagai contoh, amplifikasi gen terjadi selama perkembangan oosit katak Xenopus laevis. Pembentukan oosit dari prekursornya (oogonium) merupakan proses kompleks yang membutuhkan sejumlah besar sintesis protein. Untuk itu dibutuhkan sejumlah besar ribosom. Kita mengetahui bahwa ribosom antara lain terdiri atas molekul-molekul rRNA. Padahal, sel-sel prekursor tidak mempunyai gen penyandi rRNA dalam jumlah yang mencukupi untuk sintesis molekul tersebut dalam waktu yang relatif singkat. Namun, sejalan dengan perkembangan oosit terjadi peningkatan jumlah gen rRNA hingga 4000 kali sehingga dari sebanyak 600 gen yang ada pada prekursor akan diperoleh sekitar dua juta gen setelah amplifikasi. Jika sebelum amplifikasi ke-600 gen rRNA berada di dalam satu segmen DNA linier, maka selama dan setelah amplifikasi gen tersebut akan berada di dalam gulungan-gulungan kecil yang mengalami replikasi. Molekul rRNA tidak diperlukan lagi ketika oosit telah matang hingga saat terjadinya fertilisasi. Oleh karena itu, gen rRNA yang telah begitu banyak disalin kemudian didegradasi kembali oleh berbagai enzim intrasel.
Jika waktu yang tersedia untuk melakukan sintesis sejumlah besar protein cukup banyak, amplifikasi gen sebenarnya tidak perlu dilakukan. Cara lain untuk mengatasi kebutuhan protein tersebut adalah dengan meningkatkan masa hidup mRNA (lihat bagian pengaturan translasi).

(3) Pengaturan transkripsi
Berdasarkan atas banyaknya salinan di dalam tiap sel, molekul mRNA dapat dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu (1) mRNA salinan tunggal (single copy), (2) mRNA semiprevalen dengan jumlah salinan lebih dari satu hingga beberapa ratus per sel, dan (3) mRNA superprevalen dengan jumlah salinan beberapa ratus hingga beberapa ribu per sel. Molekul mRNA salinan tunggal dan semiprevalen masing-masing menyandi enzim dan protein struktural. Sementara itu, mRNA superprevalen biasanya dihasilkan sejalan dengan terjadinya perubahan di dalam suatu tahap perkembangan organisme eukariot. Sebagai contoh, sel-sel eritroblas di dalam sumsum tulang belakang mempunyai sejumlah besar mRNA yang dapat ditranslasi menjadi globin matang. Di sisi lain, hanya sedikit sekali atau bahkan tidak ada globin yang dihasilkan oleh sel-sel prekursor yang belum berkembang menjadi eritroblas. Dengan demikian, kita dapat memastikan adanya suatu mekanisme pengaturan ekspresi gen penyandi mRNA superprevalen pada tahap transkripsi eukariot meskipun hingga kini belum terlalu banyak rincian prosesnya yang dapat diungkapkan.
Salah satu regulator yang diketahui berperan dalam transkripsi eukariot adalah hormon, molekul protein kecil yang dibawa dari sel tertentu menuju ke sel target. Mekanisme kerja hormon dalam mengatur transkripsi eukariot lebih kurang dapat disetarakan dengan induksi pada prokariot. Namun, penetrasi hormon ke dalam sel target dan pengangkutannya ke dalam nukleus merupakan proses yang jauh lebih rumit bila dibandingkan dengan induksi oleh laktosa pada E. coli.
Secara garis besar pengaturan transkripsi oleh hormon dimulai dengan masuknya hormon ke dalam sel target melewati membran sel, yang kemudian ditangkap oleh reseptor khusus yang terdapat di dalam sitoplasma sehingga terbentuk kompleks hormon-reseptor. Setelah kompleks ini terbentuk biasanya reseptor akan mengalami modifikasi struktur kimia. Kompleks hormon-reseptor yang termodifikasi kemudian menembus dinding nukleus untuk memasuki nukleus. Proses selanjutnya belum banyak diketahui, tetapi rupanya di dalam nukleus kompleks tersebut, atau mungkin hormonnya saja, akan mengalami salah satu di antara beberapa peristiwa, yaitu (1) pengikatan langsung pada DNA, (2) pengikatan pada suatu protein efektor, (3) aktivasi protein yang terikat DNA, (4) inaktivasi represor, dan (5) perubahan struktur kromatin agar DNA terbuka bagi enzim RNA polimerase.
Contoh induksi transkripsi oleh hormon antara lain dapat dilihat pada stimulasi sintesis ovalbumin pada saluran telur (oviduktus) ayam oleh hormon kelamin estrogen. Jika ayam disuntik dengan estrogen, jaringan-jaringan oviduktus akan memberikan respon berupa sintesis mRNA untuk ovalbumin. Sintesis ini akan terus berlanjut selama estrogen diberikan, dan hanya sel-sel oviduktus yang akan menyintesis mRNA tersebut. Hal ini karena sel-sel atau jaringan lainnya tidak mempunyai reseptor hormon estrogen di dalam sitoplasmanya.

(4) Pengaturan pada tahap prosesing mRNA
Dua jenis sel yang berbeda dapat membuat protein yang sama tetapi dalam jumlah yang berbeda meskipun transkripsi di dalam kedua sel tersebut terjadi pada gen yang sama. Fenomena ini seringkali berkaitan dengan adanya molekul-molekul mRNA yang berbeda, yang akan ditranslasi dengan efisiensi berbeda pula.
Pada tikus, misalnya, ditemukan bahwa perbedaan sintesis enzim α-amilase oleh berbagai mRNA yang berasal dari gen yang sama dapat terjadi karena adanya perbedaan pola pembuangan intron. Kelenjar ludah menghasilkan α-amilase lebih banyak daripada yang dihasilkan oleh jaringan hati meskipun gen yang ditranskripsi sama. Jadi, dalam hal ini transkrip primernya sebenarnya sama, tetapi kemudian ada perbedaan mekanisme prosesing, khususnya pada penyatuan (splicing) mRNA.

(5) Pengaturan translasi
Berbeda dengan translasi mRNA pada prokariot yang terjadi dalam jumlah yang lebih kurang sama, pada eukariot ada mekanisme pengaturan translasi. Macam-macam pengaturan tersebut adalah (1) kondisi bahwa mRNA tidak akan ditranslasi sama sekali sebelum datangnya suatu sinyal, (2) pengaturan umur (lifetime) molekul mRNA, dan (3) pengaturan laju seluruh sintesis protein.
Telur yang tidak dibuahi secara biologi bersifat statis. Akan tetapi, begitu fertilisasi terjadi, sejumlah protein akan disintesis. Hal ini menunjukkan bahwa di dalam sel telur yang belum dibuahi akan dijumpai sejumlah mRNA yang menantikan datangnya sinyal  untuk translasi. Sinyal tersebut tidak lain adalah fertilisasi oleh spermatozoon, sedangkan molekul mRNA yang belum ditranslasi itu dinamakan mRNA tersembunyi (masked mRNA).
Pengaturan umur mRNA juga dijumpai pada telur yang belum dibuahi. Sel telur ini akan mempertahankan diri untuk tidak mengalami pertumbuhan/perkembangan. Dengan demikian, laju sintesis protein menjadi sangat rendah. Namun, hal ini bukan akibat kurangnya pasokan mRNA, melainkan karena terbatasnya ketersediaan suatu unsur yang dinamakan faktor rekrutmen. Hingga kini belum diketahui hakekat unsur tersebut, tetapi rupanya berperan dalam pembentukan kompleks ribosom-mRNA.
Sintesis beberapa protein tertentu diatur oleh aktivitas protein itu sendiri terhadap mRNA. Sebagai contoh, konsentrasi suatu jenis molekul antibodi dipertahan kan konstan oleh mekanisme inhibisi atau penghambatan diri dalam proses translasi. Jadi, molekul antibodi tersebut berikatan secara khusus dengan molekul mRNA yang menyandinya sehingga inisiasi translasi akan terhambat.

(6) Sintesis beberapa protein dari satu segmen DNA
Pada prokariot terdapat mRNA polisistronik yang menyandi semua produk gen. Sebaliknya, pada eukariot tidak pernah dijumpai mRNA polisistronik, tetapi ada kondisi yang dapat disetarakan dengannya, yakni sintesis poliprotein. Poliprotein adalah polipeptida berukuran besar yang setelah berakhirnya translasi akan terpotong-potong untuk menghasilkan sejumlah molekul protein yang utuh. Tiap protein ini dapat dilihat sebagai produk satu gen tunggal.
Dalam sistem semacam itu urutan penyandi pada masing-masing gen tidak saling dipisahkan oleh kodon stop dan kodon awal, tetapi dipisahkan oleh urutan asam amino tertentu yang dikenal sebagai tempat pemotongan (cleavage sites) oleh enzim protease tertentu. Tempat-tempat pemotongan ini tidak akan berfungsi serempak, tetapi bergantian mengikuti suatu urutan.

(Lanjut ke Diktat Genetika Ternak-10c)








Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

Bergabunglah dengan 27 pengikut lainnya.