Dapatkan jawaban dari: Bagaimana Mutasi dapat diinduksi?
Mutasi dapat diinduksi oleh banyak agen yang disebut mutagen. Ini mungkin mutagen kimia dan radiasi, misalnya, sinar-X, sinar-y dan sinar UV.
Sumber Gambar : iovs.org/content/47/2/475/F2.large.jpg
Mutasi dibuat pada tingkat molekuler dengan mengubah basa nuleotida. Pergantian dibuat oleh:
(a) Penghapusan basa (b) Pembalikan basa (c) Pembalikan basa dan (d) penggantian pasangan basa.
Penggantian pasangan basa terjadi selama replikasi DNA tanpa merusak DNA. Ini mungkin dari dua jenis. (Gbr. 40.15)
(a) Transisi:
Purin digantikan oleh purin lain atau pirimidin digantikan oleh pirimidin lain.
(b) Transversi:
Purin digantikan oleh pirimidin.
Penemuan efek mutagenik yang dihasilkan oleh berbagai jenis radiasi ditunjukkan untuk pertama kalinya sebagai penyelidikan eksperimental struktur dan fungsi gen perubahan. Sangat sulit untuk membedakan antara efek iradiasi langsung atau tidak langsung dan untuk menganalisis sifat yang tepat dari senyawa biokimia yang dihasilkan. Mutagen kimia lebih efektif dan hasilnya ditandai.
Thomas dan Steinberg menemukan asam nitrat efektif menyebabkan mutasi pada Aspergillus. Auerbach dan Robson menemukan bahwa mutasi dapat diinduksi oleh gas nitrogen dan belerang pada Drosophila. Aktivitas mutagenik dalam formaldehida, dietilsulfat, diazometana, dll., Ditemukan oleh Rapoport. Mutagen kimia menyebabkan iritasi kulit yang parah pada mamalia dan juga dapat menyebabkan kanker.
Ada beberapa bahan kimia yang mempengaruhi beberapa organisme tetapi tidak yang lain. Watson dan Crick adalah orang pertama yang menyarankan bahwa mutasi dapat terjadi sebagai akibat dari perubahan sesekali dalam ikatan hidrogen basa nukletodie, misalnya, adenin biasanya mengandung gugus NH 2 (amino) yang menyediakan atom hidrogen untuk berikatan dengan keto komplementer (C = O ) kelompok timin. Dalam pergeseran Tautomeric gugus amino diubah menjadi gugus amino (NH). Basa ini sekarang berikatan dengan sitosin (bukan timin). Pada timin, pergeseran tautomerik dari bentuk keto ke enol (COH) memungkinkannya berikatan dengan guanin (bukan adenin) (Gbr. 40.16).
Jika pergeseran tautomer menghasilkan kesalahan, replikasi DNA perlu dilakukan.
Analog dasar:
Zat kimia yang menyerupai basa disebut basa analog. Ini dapat dimasukkan ke dalam DNA yang baru disintesis dan bukan basa normal. Analog pirimidin 5-bromouracil (5-BU) secara struktural mirip dengan timin. 5-chlorouracil (5 CU) dan 5 iodouracil (5 IU) juga dapat menggantikan timin dalam DNA. 2-amino purin (2 AP) tergabung dalam jumlah yang sangat kecil sehingga tidak mungkin untuk mengetahui basa mana yang digantikannya. 2, 6 diamino purin sangat mutagenik. 5-bromouracil dapat berpasangan dengan adenin seperti timin (Gbr. 40.17).
5-bromouracil (5-BU) dan bromodeoxyuridine (BUdR) adalah analog timin yang merupakan bentuk keto tetapi dapat mengalami pergeseran tautomer; mereka adalah bentuk enol dan berpasangan dengan Guanine (G) bukannya Adenine (A) (Gbr. 40.18). 5-BU menghasilkan substitusi GC untuk AT asli, atau kadang-kadang digabungkan dalam bentuk enol sebagai pasangan berpasangan dengan guanin dan kemudian kembali ke bentuk keto untuk menghasilkan substitusi AT untuk GC asli. Lawley dan Brookes menyatakan bahwa kesalahan pasangan mungkin disebabkan oleh ionisasi basa daripada pergeseran tautomerik. Dalam mekanisme ini basa, misalnya, 5-BU kehilangan hidrogen yang biasanya diasosiasikan dengan 3 atom nitrogennya (Gambar 40.19 A, B). Dan sekarang dapat berpasangan dengan guanin (G).
Basa analog 2 amino purin (2 AP) menunjukkan sifat mutasional yang memungkinkannya untuk digabungkan sebagai pengganti adenin tetapi kemudian berpasangan dengan sitosin, atau awalnya berpasangan dengan sitosin dan selanjutnya dengan timin. Penggabungan a AP pada tempat guanin (G) untuk menghasilkan pasangan basa AP-C akan menyebabkan mutasi pada generasi selanjutnya.
Kesalahan dalam replikasi setelah penggabungan 2-AP mengarah pada pembentukan pasangan basa AP-T yang menginduksi transisi.
Agen memodifikasi purin dan pirmidin:
Agen yang memodifikasi purin dan pirimidin atau agen yang menstabilkan basa termasuk nitro oksida (HNO 2 ), hidroksilamin dan agen alkilasi.
Dinitrat oksida (HNO 2 ):
Bereaksi dengan basa yang mengandung gugus amino. Ini mengubah struktur dengan deaminasi (penghapusan gugus amino). Gugus amino (NH 2 ) digantikan oleh gugus hidroksil (OH – ). Asam nitrat mendeaminasi, basa, G, C dan A dengan frekuensi yang menurun. Deaminasi adenin menghasilkan pembentukan hipoksantin (Gbr. 40.20). Pasangan hipoksantin dengan sitosin, bukan timin. Jadi pasangan AT digantikan oleh pasangan GC.
Deaminasi sitosin pada posisi 6 menghasilkan pembentukan urasil (U) (Gambar 40.21) dan terbentuk pasangan CG sebagai pengganti UA. Guanin mengalami deaminasi menjadi xanthine. Xanthine berperilaku seperti Guanin dan berpasangan dengan sitosin, pasangannya adalah XC, bukan GC. Deaminasi Guanin tidak memiliki efek mutagenik (Gbr. 40.22). Perubahan pasangan basa mengakibatkan perubahan DNA pada 50% progeni. Deaminasi gaunine, tidak menunjukkan adanya mutasi yang diwariskan.
Tabel: 40.1. Perubahan struktur dan perilaku pasangan DNA akibat deaminasi oleh nitro oksida:
|
Pangkalan Biasa |
Pasangan biasa |
Basis Deaminasi |
Pasangan baru |
|
Adenin |
PADA |
Hipoksantin |
GC |
|
Sitosin |
CG |
Urasil |
UA |
|
Guanin |
GC |
Xanthine |
XC |
Hidroksilamina (NH 2 OH):
Bereaksi dengan sitosin dan guanin, hidroksilasi sitosin pada gugus amino membentuk hidroksilsitosin yang berpasangan dengan adenin karena gugus hidroksil amino harus lebih elektronegatif daripada gugus amino. Molekul terhidroksilasi dalam bentuk tautomerik memiliki atom hidrogen menggantikan nitrogen pada posisi 3. Efek hidroksilamin pada ‘C’ menghasilkan transisi pada pasangan basa (Gbr. 40.23)
Hidrazin (NH 2 NH 2 ) memecah cincin urasil dan sitosin membentuk pirazolon dan 3-aminopirase. Ketika DNA diobati dengan hidrazin menghasilkan “asam apyrimidinic”. Sedangkan ketika RNA diperlakukan dengan hidrazin menghasilkan “asam ribo-apyrimidinic”.
Agen alkilasi:
Banyak agen mutagenik membawa satu atau lebih gugus alkil. Ini disebut agen alkilasi fungsional mono-, bi- atau poli, misalnya, dimetil sulfat (DES), dimetil sulfat (MMS), etil etana sulfonat (DMS), metil metana sulfonat (EES) dan ehtil metana sulfonat (EMS), dll. Semua dari mereka bertindak sebagai kelompok mono-fungsional.
Agen yang menghasilkan distorsi pada DNA:
Proflavin dan acridine orange adalah dua pewarna fluoresen penting yang menyebabkan mutasi dengan penyisipan atau penghapusan basa. Penempelan langsung pewarna ini ke asam nukleat menyebabkan mutasi.
Radiasi:
Di antara radiasi mutagen fisik yang paling penting. Mereka memiliki efek langsung pada kromosom. Mereka dapat merusak kromosom secara langsung atau mengubah basis DNA. Jika kromosom pada profase meiosis diberikan radiasi, frekuensi mutan per organisme hidup meningkat secara linier dengan dosis. Ressovsky et al (1935) mengemukakan teori target yang menyatakan bahwa pukulan tunggal partikel (radiasi) pada target (materi genetik) menonaktifkan atau memutasinya. Radiasi dapat bertindak melalui produksi bahan kimia.
Frekuensi penyimpangan kromosom sederhana, misalnya, penghapusan, diusulkan untuk dosis radiasi (Gambar 40.24). Konsentrasi O 2 yang rendah mengurangi frekuensi pemutusan kromosom yang disebabkan oleh radiasi.
Efek oksigen juga disebut anoksia. Radiasi dengan adanya 0 2 membentuk beberapa radikal peroksida yang mempengaruhi frekuensi pemutusan dan mutasi. Ionisasi air dalam sel dapat menghasilkan radikal bebas dan hidrogen peroksida
H 2 O <===> H + + OH – (radikal bebas)
H + + H + → H 2
OH – + OH – → H 2 O 2
Kandungan energi radiasi tergantung pada panjang gelombangnya. Semakin pendek panjang gelombang semakin besar nilai energi radiasi. Radiasi energi tinggi dapat mengubah struktur atom suatu zat dengan menyebabkan hilangnya elektron dan pembentukan ion. Pergantian dalam asam nukleat yang disebabkan oleh radiasi sangat penting. Radiasi pengion energi tinggi dan sinar ultraviolet adalah agen mutagenik.
DNA dan RNA menyerap sinar UV sehingga menghasilkan radikal bebas yang sangat reaktif dalam basa yang mengandung nitrogen. Ketidakstabilan menyebabkan transisi. Jika perubahan seperti itu terjadi pada /w-RNA, hanya sedikit protein tidak aktif yang terbentuk pada substitusi dalam DNA yang memiliki efek bertahan lama menghasilkan protein yang rusak. Sinar UV menghasilkan dimer timin (Gbr. 40.25). 5, 6 ikatan tak jenuh dari pirimidin yang berdekatan menjadi berikatan secara kovalen dan membentuk cincin siklobutan. Tiga kemungkinan jenis dimer pirimidin dalam DNA ditemukan dalam kultur bakteri yang diradiasi.
Tim ine-thym ine-50%
Timin-sitosin-40%
Sitosin-sitosin-10%
Dalam RNA pirimidin dimer terbentuk antara cincin urasil dan sitosin yang berdekatan. Dimer ini tidak dapat masuk ke dalam heliks ganda DNA yang menyebabkan distorsi molekul DNA. Jika kerusakan ini tidak diperbaiki, replikasi diblokir dan mematikan. Exonuclease mengenali wilayah yang terdistorsi dan memperbaikinya. DNA polimerase menyisipkan basa yang benar di celah dan ligase DNA bergabung dengan basa yang disisipkan.
Radiasi UV menambahkan molekul air ke pirimidin dalam DNA dan juga RNA yang menghasilkan fotohidrat (Gbr. 40.26).
Sinar-X menyebabkan mutasi dengan memutus ikatan ester fosfat dalam DNA pada satu atau lebih titik yang menyebabkan sejumlah besar penghapusan basa atau penataan ulang. Pada double stranded DNA dapat terjadi pemutusan pada salah satu atau kedua strand. Jika ditemukan di kedua helai itu mematikan. Kadang-kadang dua patahan beruntai ganda dapat terjadi pada molekul yang sama dan kedua ujung yang putus dapat bergabung kembali. Bagian dari DNA antara dua istirahat dihilangkan mengakibatkan penghapusan.
Fotoreaktivasi:
Mutasi terinduksi UV yang ditemukan oleh Kelner et al menunjukkan bahwa efek UV dapat dibalik dengan memaparkan sel ke cahaya tampak yang mengandung panjang gelombang di wilayah spektrum biru. Ini disebut pengaktifan kembali foto. Itu diamati pada bakteri dan bakteriofag. Ini disebabkan oleh en2yme yang memecah dimer timin dan memperbaiki molekul DNA. Ketika sistem perbaikan DNA tidak ada pada manusia, xeroderma pigmentosum muncul pada pasien yang rentan terhadap sinar matahari.
Fotohidrolisis sitosin; B. Fotohidrolisis timin.
