Mutasi adalah perubahan permanen urutan nukleotida organisme tertentu. Mereka mungkin timbul karena kesalahan replikasi DNA atau mutagen eksternal . Efek mutasi dapat menguntungkan atau merugikan sel. Namun, sel menjalani berbagai jenis mekanisme untuk mencegah mutasi. DNA polimerase , yang merupakan enzim yang terlibat dalam replikasi DNA , dilengkapi dengan beberapa mekanisme untuk mencegah kesalahan selama replikasi DNA. Selama replikasi DNA, basa yang tidak berpasangan digantikan oleh proofreading . Segera setelah replikasi DNA, basa yang tidak berpasangan yang tersisa digantikan oleh perbaikan ketidakcocokan yang diarahkan pada untai . Selain itu, mutasi yang disebabkan oleh faktor eksternal diperbaiki dengan beberapa mekanisme seperti perbaikan eksisi, pembalikan kimia, dan perbaikan putus untai ganda. Jika kerusakan bersifat reversibel, sel mengalami apoptosis untuk menghindari melewatkan DNA yang salah kepada keturunannya.
Topik bahasan kami tentang:
- Apa itu Mutasi – Pengertian, Jenis, Penyebab 2. Bagaimana DNA Polymerase Mencegah Mutasi – Proofreading, Perbaikan Ketidakcocokan Strand-Directed
Istilah Kunci: DNA Polimerase, Perbaikan Ketidakcocokan Strand-Directed, Protein Mut, Mutasi, Proofreading
Yang perlu anda ketahui tentang Mutasi?
Mutasi adalah istilah untuk perubahan permanen dan diwariskan dalam urutan nukleotida genom. Mutasi dapat timbul karena kesalahan replikasi DNA atau faktor eksternal yang dikenal sebagai mutagen. Tiga bentuk mutasi adalah mutasi titik , mutasi frameshift , dan mutasi kromosom .
Mutasi Titik
Mutasi titik adalah substitusi nukleotida tunggal. Tiga jenis mutasi titik adalah missense, nonsense, dan silent Mutation. Mutasi missense mengubah satu kodon gen, mengubah asam amino dalam rantai polipeptida. Meskipun mutasi nonsense mengubah urutan kodon, mereka tidak mengubah urutan asam amino. Mutasi diam mengubah satu kodon menjadi kodon lain yang mewakili asam amino yang sama. Mutasi titik disebabkan oleh kesalahan dalam replikasi DNA dan oleh mutagen. Berbagai jenis mutasi titik ditunjukkan pada gambar 1 .
Gambar 1: Mutasi Titik
Mutasi Pergeseran Bingkai
Mutasi frameshift adalah penyisipan atau penghapusan satu atau beberapa nukleotida dari genom. Penyisipan, penghapusan, dan duplikasi adalah tiga jenis mutasi frameshift. Penyisipan adalah penambahan satu atau beberapa nukleotida ke urutan sedangkan penghapusan adalah penghapusan beberapa nukleotida dari urutan. Duplikasi adalah pengulangan beberapa nukleotida. Mutasi frameshift juga disebabkan oleh kesalahan dalam replikasi DNA dan oleh mutagen.
Mutasi Kromosom
Mutasi kromosom adalah perubahan segmen kromosom. Jenis-jenis mutasi kromosom adalah translokasi, duplikasi gen, delesi intra-kromosom, inversi, dan hilangnya heterozigositas . Translokasi adalah pertukaran bagian kromosom antara kromosom nonhomolog . Dalam duplikasi gen, banyak salinan alel tertentu mungkin muncul, meningkatkan dosis gen. Penghapusan segmen kromosom dikenal sebagai penghapusan intra-kromosom . Inversi mengubah orientasi segmen kromosom. Heterozigositas gen dapat hilang karena hilangnya alel dalam satu kromosom dengan penghapusan atau rekombinasi genetik. Mutasi kromosom terutama disebabkan oleh mutagen eksternal dan karena kerusakan mekanis pada DNA.
Bagaimana DNA Polimerase Mencegah Mutasi
DNA polimerase adalah enzim yang bertanggung jawab untuk penambahan basa nukleotida ke untai yang sedang tumbuh selama replikasi DNA. Karena urutan nukleotida genom menentukan perkembangan dan fungsi organisme tertentu, sangat penting untuk mensintesis replika yang tepat dari genom yang ada selama replikasi DNA. Umumnya, DNA polimerase mempertahankan kesetiaan yang tinggi selama replikasi DNA, hanya menggabungkan nukleotida tunggal yang tidak cocok per 109 nukleotida yang ditambahkan. Maka dari itu, jika terjadi mispairing antara basa nitrogen selain pasangan basa komplementer standar, DNA polimerase menambahkan nukleotida itu ke rantai yang sedang tumbuh, menghasilkan mutasi yang sering. Kesalahan replikasi DNA dikoreksi oleh dua mekanisme yang dikenal sebagai proofreading dan perbaikan ketidakcocokan yang diarahkan pada untai.
Pengoreksian
Proofreading adalah istilah untuk mekanisme awal untuk mengoreksi pasangan basa yang tidak berpasangan dari untai DNA yang sedang tumbuh, dan ini dilakukan oleh DNA polimerase. DNA polimerase melakukan proofreading dalam dua langkah. Pengoreksian pertama terjadi tepat sebelum penambahan nukleotida baru ke rantai yang sedang tumbuh. Afinitas nukleotida yang benar untuk DNA polimerase berkali-kali lebih tinggi daripada nukleotida yang salah. Namun, enzim harus mengalami perubahan konformasi tepat setelah nukleotida yang masuk berikatan dengan templat melalui ikatan hidrogen tetapi, sebelum pengikatan perjanjian nukleotida ke untai yang sedang tumbuh oleh aksi DNA polimerase. Nukleotida pasangan basa yang salah cenderung terlepas dari cetakan selama perubahan konformasi DNA polimerase. Maka dari itu, langkah ini memungkinkan DNA polimerase untuk ‘memeriksa ulang’ nukleotida sebelum menambahkannya ke untai yang tumbuh secara permanen. Mekanisme proofreading DNA polimerase ditunjukkan pada gambar 2 .
Gambar 2: Pengoreksian
Langkah proofreading kedua dikenal sebagai proofreading eksonukleolitik . Ini terjadi segera setelah penggabungan nukleotida yang tidak cocok ke untai yang tumbuh dalam contoh yang jarang terjadi. DNA polimerase tidak mampu menambahkan nukleotida kedua di sebelah nukleotida yang tidak cocok. Situs katalitik terpisah dari DNA polimerase yang dikenal sebagai exonuclease proofreading 3′ hingga 5′ mencerna nukleotida yang tidak berpasangan dari rantai yang sedang tumbuh.
Perbaikan Ketidakcocokan Strand-Directed
Meskipun mekanisme proofreading, DNA polimerase masih dapat menggabungkan nukleotida yang salah ke untai yang tumbuh selama replikasi DNA. Kesalahan replikasi yang lolos dari proofreading dihapus oleh perbaikan ketidakcocokan yang diarahkan untai. Sistem ini mendeteksi potensi distorsi dalam heliks DNA yang disebabkan oleh pasangan basa yang tidak cocok. Namun, sistem perbaikan harus mengidentifikasi basis yang salah dari basis yang ada sebelum mengganti ketidakcocokan. Umumnya, E. coli bergantung pada sistem metilasi DNA untuk mengenali untai DNA lama dalam heliks ganda karena untai yang baru disintesis mungkin tidak segera menjalani metilasi DNA. Dalam E.coli , residu A dari GATC dimetilasi. Ketepatan replikasi DNA meningkat dengan faktor tambahan 102 karena aksi sistem perbaikan ketidakcocokan yang diarahkan pada untai. Jalur perbaikan ketidakcocokan DNA pada eukariota, bakteri, dan E. coli ditunjukkan pada Gambar 3 .
Gambar 3: Perbaikan Ketidakcocokan DNA pada Eukariota, Bakteri, dan E. coli
Dalam perbaikan ketidakcocokan yang diarahkan pada untai, tiga protein kompleks bergerak melalui untai DNA yang baru disintesis. Protein pertama yang dikenal sebagai MutS mendeteksi dan mengikat distorsi pada heliks ganda DNA. Protein kedua yang dikenal sebagai MutL mendeteksi dan mengikat ke MutS, menarik protein ketiga yang dikenal sebagai MutH yang membedakan untai yang tidak termetilasi atau yang baru disintesis. Setelah mengikat, MutH memotong untai DNA yang tidak termetilasi segera ke hulu ke residu G dalam urutan GATC. Sebuah eksonuklease bertanggung jawab atas degradasi untai hilir ke ketidakcocokan. Namun, sistem ini mendegradasi daerah kurang dari 10 nukleotida yang siap disintesis ulang oleh DNA polimerase 1. Protein Mut eukariota homolog dengan E. coli .
Kata terakhir
Mutasi adalah perubahan permanen dari urutan nukleotida genom yang mungkin timbul karena kesalahan dalam replikasi DNA atau karena efek mutagen eksternal. Kesalahan replikasi DNA dapat dikoreksi dengan dua mekanisme yang dikenal sebagai proofreading dan perbaikan ketidakcocokan yang diarahkan pada untai. Proofreading dilakukan oleh DNA polimerase itu sendiri selama sintesis DNA.
Perbaikan ketidakcocokan yang diarahkan pad
a untai dilakukan oleh protein Mut tepat setelah replikasi DNA. Namun, mekanisme perbaikan ini terlibat dalam pemeliharaan integritas genom.
Sumber bacaan:
- Alberts, Bruce. “Mekanisme Replikasi DNA.” Biologi Molekuler Sel. Edisi ke-4., Perpustakaan Kedokteran Nasional AS, 1 Januari 1970, Tersedia di sini . 2. Brown, Terence A. “Mutasi, Perbaikan dan Rekombinasi.” genom. Edisi ke-2., Perpustakaan Kedokteran Nasional AS, 1 Januari 1970, Tersedia di sini .
Sumber gambar:
- “Berbagai Jenis Mutasi” Oleh Jonsta247 – File ini berasal dari: Mutasi titik-en.png (GFDL) melalui Commons Wikimedia 2. “DNA polimerase” Oleh I, Madprime (CC BY-SA 3.0) melalui Commons Wikimedia 3 ” Perbaikan ketidakcocokan DNA ” Oleh Kenji Fukui – (CC BY 3.0) melalui Commons Wikimedia
