Bagian 8.1Mutations: Jenis dan Penyebab

Bagian 8.1Mutations: Jenis dan Penyebab

Perkembangan dan fungsi dari suatu organisme adalah sebagian besar dikendalikan oleh gen. Mutasi dapat menyebabkan perubahan dalam struktur protein yang disandikan atau penurunan atau kerugian lengkap dalam berekspresi. Karena perubahan dalam urutan DNA mempengaruhi semua salinan protein yang dikode, mutasi dapat sangat merusak sel atau organisme. Sebaliknya, setiap perubahan dalam urutan molekul RNA atau protein yang terjadi selama sintesis mereka kurang serius karena banyak salinan dari setiap RNA dan protein disintesis.

Para ahli genetika sering membedakan antara genotipe dan fenotipe dari suatu organisme. Sebenarnya, seluruh set gen yang dibawa oleh seorang individu adalah genotipe, sedangkan penampilan fungsi dan fisik seseorang disebut sebagai fenotipe. Namun, dua istilah yang umum digunakan dalam arti lebih terbatas: genotipe biasanya menunjukkan apakah seseorang membawa mutasi pada gen tunggal (atau sejumlah kecil gen), dan fenotip menunjukkan konsekuensi fisik dan fungsional genotipe tersebut.

Ke:

Mutasi Apakah Resesif atau Dominan

Perbedaan mendasar antara genetik organisme adalah apakah sel mereka membawa satu set kromosom atau dua salinan dari setiap kromosom. Yang pertama disebut sebagai haploid; yang terakhir, sebagai diploid. Banyak organisme uniseluler sederhana haploid, sedangkan organisme multiseluler yang kompleks (misalnya, lalat buah, tikus, manusia) yang diploid.

Berbagai bentuk gen (misalnya, normal dan mutan) disebut sebagai alel. Karena organisme diploid membawa dua salinan dari setiap gen, mereka mungkin membawa alel identik, yaitu, menjadi homozigot untuk gen, atau membawa alel yang berbeda, yaitu menjadi heterozigot untuk gen. Sebuah mutasi resesif adalah satu di mana kedua alel harus mutan agar fenotip mutan untuk diamati; yaitu, individu harus homozigot untuk alel mutan untuk menunjukkan fenotipe mutan. Sebaliknya, konsekuensi fenotipik mutasi dominan diamati pada individu heterozigot membawa satu mutan dan satu alel normal (Gambar 8-1).

Gambar 8-1. Untuk mutasi resesif menimbulkan fenotipe mutan dalam organisme diploid, kedua alel harus membawa mutasi.

Gambar 8-1

Untuk mutasi resesif menimbulkan fenotipe mutan dalam organisme diploid, kedua alel harus membawa mutasi. Namun, salah satu salinan alel mutan dominan mengarah ke fenotipe mutan. (more ...)

Mutasi resesif menonaktifkan gen yang terkena dampak dan menyebabkan hilangnya fungsi. Misalnya, mutasi resesif dapat menghapus sebagian atau seluruh gen dari kromosom, mengganggu ekspresi gen, atau mengubah struktur protein disandikan, sehingga mengubah fungsinya. Sebaliknya, mutasi dominan sering menyebabkan keuntungan fungsi. Misalnya, mutasi dominan dapat meningkatkan aktivitas produk gen tertentu, menganugerahkan aktivitas baru pada produk gen, atau menyebabkan ekspresi spasial dan temporal yang tidak pantas nya. Mutasi dominan, namun, dapat berhubungan dengan hilangnya fungsi. Dalam beberapa kasus, dua salinan gen yang diperlukan untuk fungsi normal, sehingga menghapus satu salinan menyebabkan mutan fenotip. Gen tersebut disebut sebagai haplo-cukup. Dalam kasus lain, mutasi pada satu alel dapat menyebabkan perubahan struktural dalam protein yang mengganggu fungsi protein wild type dikodekan oleh alel lainnya. Ini disebut mutasi negatif dominan.

Beberapa alel dapat dikaitkan dengan baik resesif dan fenotipe dominan. Misalnya, lalat buah heterozigot untuk Tunggul mutan (Sb) alel memiliki rambut tubuh pendek dan gemuk daripada rambut panjang, ramping normal; alel mutan dominan dalam hal ini. Sebaliknya, lalat homozigot untuk alel ini meninggal selama pembangunan. Dengan demikian fenotip resesif terkait dengan alel ini mematikan, sedangkan fenotipe dominan adalah tidak.

Ke:

Pola Pewarisan Resesif dan Dominan Mutasi Berbeda

Mutasi resesif dan dominan dapat dibedakan karena mereka menunjukkan pola yang berbeda dari warisan. Untuk memahami mengapa, kita perlu meninjau jenis pembelahan sel yang menimbulkan gamet (sperma dan sel telur pada tumbuhan tingkat tinggi dan hewan). Tubuh (somatik) sel organisme multiseluler yang paling bagi dengan mitosis (lihat Gambar 1-10), sedangkan sel-sel kuman yang menimbulkan gamet mengalami meiosis. Seperti sel-sel tubuh, sel-sel germinal premeiotic adalah diploid, yang berisi dua dari setiap jenis morfologi kromosom. Karena dua anggota masing-masing pasangan tersebut kromosom homolog adalah keturunan dari orang tua yang berbeda, gen mereka mirip tapi biasanya tidak identik. Organisme bersel tunggal (misalnya, ragi S. cerevisiae) yang diploid pada beberapa tahap siklus hidup mereka juga menjalani meiosis (lihat Gambar 10-54).

Gambar 8-2 menggambarkan peristiwa besar dalam meiosis. Satu putaran replikasi DNA, yang membuat 4n sel, diikuti oleh dua pembelahan sel yang terpisah, menghasilkan empat haploid (1n) sel yang berisi hanya satu kromosom dari masing-masing pasangan homolog. The pembagian, atau pemisahan, kromosom homolog dengan sel anak selama pembelahan meiosis pertama adalah acak; yaitu, anggota dari ibu dan paternal berasal dari masing-masing pasangan, disebut homolognya, memisahkan secara independen, menghasilkan sel germinal dengan campuran yang berbeda dari kromosom ayah dan ibu. Dengan demikian karakteristik orang tua yang reassorted secara acak ke dalam setiap sel benih baru selama meiosis. Jumlah kemungkinan varietas segregants meiosis adalah 2n, dimana n adalah jumlah haploid kromosom. Dalam kasus kromosom tunggal, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 8-2, meiosis menimbulkan dua jenis gamet; satu jenis membawa homolog ibu dan yang lainnya membawa homolog ayah.

Gambar 8-2. Meiosis.

Gambar 8-2

Meiosis. Sebuah sel germinal premeiotic memiliki dua salinan dari setiap kromosom (2n), satu ibu dan satu ayah. Kromosom direplikasi selama fase S, memberikan (more ...)

Sekarang, mari kita lihat apa fenotipe yang dihasilkan oleh kawin dari tipe liar individu dengan mutan membawa baik atau dominan mutasi resesif. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 8-3a, setengah gamet dari heterozigot individu untuk mutasi dominan dalam gen tertentu akan memiliki alel wild type, setengah akan memiliki alel mutan. Sejak pembuahan gamet betina oleh gamet jantan terjadi secara acak, separuh pertama berbakti (F1) keturunan yang dihasilkan dari persilangan antara tipe liar individu normal dan individu mutan membawa alel dominan akan menunjukkan fenotipe mu-tant. Sebaliknya, semua gamet yang dihasilkan oleh homozigot mutan untuk mutasi resesif akan membawa alel mutan. Dengan demikian, dalam persilangan antara individu normal dan orang yang homozigot untuk mutasi resesif, tak satu pun dari keturunan F1 akan menunjukkan fenotipe mutan (Gambar 8-3b). Namun, seperempat dari keturunan dari orang tua kedua heterozigot untuk mutasi resesif akan menunjukkan fenotipe mutan.

Gambar 8-3. Pola segregasi mutasi dominan dan resesif.

Gambar 8-3

Pola segregasi mutasi dominan dan resesif. Persilangan antara individu genotipe normal (biru) dan mutan (kuning) yang heterozigot untuk mutasi dominan (a) atau (more ...)

Ke:

Mutasi Libatkan Besar atau Kecil DNA Perubahan

Sebuah mutasi melibatkan perubahan pasangan basa tunggal, sering disebut mutasi titik, atau penghapusan dari pasangan basa beberapa umumnya mempengaruhi fungsi gen tunggal (Gambar 8-4a). Perubahan dalam pasangan basa tunggal dapat menghasilkan salah satu dari tiga jenis mutasi:

Gambar 8-4. Berbagai jenis mutasi.

Gambar 8-4

Berbagai jenis mutasi. (a) Mutasi titik, yang melibatkan perubahan dalam pasangan basa tunggal, dan penghapusan kecil umumnya secara langsung mempengaruhi fungsi hanya satu gen. A wild type peptida (more ...)

Missens mutasi, yang menghasilkan protein yang satu asam amino digantikan lain

Omong kosong mutasi, di mana kodon stop menggantikan sebuah kodon asam amino, yang mengarah ke penghentian prematur terjemahan

Mutasi frameshift, yang menyebabkan perubahan dalam kerangka baca, yang mengarah ke pengenalan asam amino yang tidak terkait menjadi protein, umumnya diikuti oleh kodon stop

Penghapusan Kecil memiliki efek yang sama dengan mutasi frameshift, meskipun sepertiga dari ini akan di-frame dan mengakibatkan penghapusan sejumlah kecil asam amino yang berdekatan.

Jenis utama kedua mutasi melibatkan perubahan besar-besaran dalam struktur kromosom dan dapat mempengaruhi fungsi berbagai gen, yang berakibat pada konsekuensi fenotipik utama. Mutasi kromosom tersebut (atau kelainan) dapat melibatkan penghapusan atau penyisipan beberapa gen yang berdekatan, inversi gen pada kromosom, atau pertukaran segmen besar DNA antara kromosom nonhomolog (Gambar 8-4b).

Ke:

Mutasi Terjadi spontan dan Bisa Induced

Mutasi muncul secara spontan pada frekuensi rendah karena ketidakstabilan kimia purin dan pirimidin basis dan kesalahan selama replikasi DNA. Eksposur Alam organisme faktor lingkungan tertentu, seperti sinar ultraviolet dan karsinogen kimia (misalnya, aflatoksin B1), juga dapat menyebabkan mutasi.

Penyebab umum dari mutasi titik spontan adalah deaminasi sitosin ke urasil dalam heliks ganda DNA. Replikasi selanjutnya mengarah ke sel anak mutan di mana T A pasangan basa menggantikan tipe liar C G pasangan basa. Penyebab lain dari mutasi spontan adalah menyalin kesalahan selama replikasi DNA. Meskipun replikasi umumnya dilakukan dengan kesetiaan yang tinggi, kesalahan kadang-kadang terjadi. Gambar 8-5 menggambarkan bagaimana satu jenis kesalahan menyalin dapat menghasilkan mutasi. Pada contoh, DNA mutan berisi sembilan pasangan basa tambahan.

Gambar 8-5. Satu mekanisme yang kesalahan dalam replikasi DNA menghasilkan mutasi spontan.

Gambar 8-5

Satu mekanisme yang kesalahan dalam replikasi DNA menghasilkan mutasi spontan. Replikasi hanya satu untai ditampilkan; untai lainnya direplikasi normal, seperti yang ditunjukkan di atas. (more ...)

Dalam rangka meningkatkan frekuensi mutasi pada organisme percobaan, peneliti sering memperlakukan mereka dengan dosis tinggi mutagen kimia atau mengekspos mereka untuk radiasi pengion. Mutasi yang timbul dalam menanggapi perawatan tersebut disebut mutasi sebagai induksi. Umumnya, mutagen kimia menginduksi mutasi titik, sedangkan radiasi pengion menimbulkan kelainan kromosom besar.

Sulfonate Ethylmethane (EMS), mutagen yang umum digunakan, alkylates guanin dalam DNA, membentuk O6-ethylguanine (Gambar 8-6a). Selama replikasi DNA selanjutnya, O6-ethylguanine mengarahkan penggabungan deoxythymidylate, tidak deoxycytidylate, sehingga pembentukan sel-sel mutan yang G a C pasangan basa diganti dengan A pasangan basa T (Gambar 8-6b). Penyebab mutasi dan sel-sel mekanisme miliki untuk memperbaiki perubahan dalam DNA dibahas lebih lanjut dalam Bab 12.

Gambar 8-6. Induksi mutasi titik dengan ethylmethane sulfonat (EMS), mutagen yang umum digunakan.

Gambar 8-6

Induksi mutasi titik dengan ethylmethane sulfonat (EMS), mutagen yang umum digunakan. (a) EMS alkylates guanin pada oksigen pada posisi 6 dari cincin purin, membentuk O6-ethylguanine (Et-G), (more ...)

Ke:

Beberapa Penyakit Manusia Apakah Disebabkan oleh Mutasi spontan

Penyakit manusia Gambar med.jpgMany umum, sering menghancurkan efek mereka, adalah karena mutasi pada gen tunggal. Penyakit genetik muncul melalui mutasi spontan pada sel germinal (sel telur dan sperma), yang ditularkan kepada generasi mendatang. Misalnya, anemia sel sabit, yang mempengaruhi 1 dari 500 orang keturunan Afrika, disebabkan oleh missense mutasi tunggal pada kodon 6 dari gen -globin; sebagai hasil dari mutasi ini, asam glutamat pada posisi 6 dalam protein normal berubah menjadi valin dalam protein mutan. Perubahan ini memiliki efek mendalam pada hemoglobin, protein oksigen pembawa eritrosit, yang terdiri dari dua -globin dan dua subunit -globin (lihat Gambar 3-11). Bentuk terdeoksigenasi dari protein mutan tidak larut dalam eritrosit dan membentuk array kristal. Eritrosit individu yang terkena menjadi kaku dan transit mereka melalui kapiler diblokir, menyebabkan rasa sakit dan kerusakan jaringan yang parah. Karena eritrosit individu heterozigot resisten terhadap parasit penyebab malaria, yang endemik di Afrika, alel mutan telah dipertahankan. Ini tidak berarti bahwa individu-individu dari keturunan Afrika lebih mungkin daripada yang lain untuk memperoleh mutasi menyebabkan kerusakan sel sabit, melainkan mutasi telah dipertahankan pada populasi ini karena percampuran.

Mutasi spontan pada sel somatik (misalnya, sel-sel tubuh non-germline) juga merupakan mekanisme penting dalam penyakit manusia tertentu, termasuk retinoblastoma, yang berhubungan dengan tumor retina pada anak-anak (lihat Gambar 24-11). Bentuk turun-temurun dari retinoblastoma, misalnya, hasil dari mutasi kuman-line dalam satu alel Rb dan kedua mutasi somatik terjadi di lain alel Rb (Gambar 8-7a). Ketika sel retina heterozigot Rb mengalami mutasi somatik, dibiarkan tanpa alel normal; sebagai akibatnya, sel berproliferasi secara tidak terkendali, sehingga menimbulkan tumor retina. Bentuk kedua dari penyakit ini, yang disebut retinoblastoma sporadis, hasil dari dua mutasi independen mengganggu kedua alel Rb (Gambar 8-7b). Karena hanya satu mutasi somatik diperlukan untuk perkembangan tumor pada anak dengan retinoblastoma turun-temurun, hal itu terjadi pada frekuensi yang lebih tinggi daripada bentuk sporadis, yang membutuhkan akuisisi dua independen terjadi mutasi somatik. The Rb protein telah ditunjukkan untuk memainkan peran penting dalam mengendalikan pembelahan sel (Bab 13).

Gambar 8-7. Peran mutasi somatik spontan di retinoblastoma, penyakit masa kanak-kanak ditandai dengan tumor retina.

Gambar 8-7

Peran mutasi somatik spontan di retinoblastoma, penyakit masa kanak-kanak ditandai dengan tumor retina. Tumor berasal dari sel retina yang membawa dua alel Rb- mutan. (a) Dalam (more ...)

Dalam bagian selanjutnya, kita akan melihat bagaimana yang normal salinan gen terkait penyakit dapat diisolasi dan diklon.

Ke:

RINGKASAN

Organisme diploid membawa dua salinan (alel) dari setiap gen, sedangkan organisme haploid hanya membawa satu salinan.

Mutasi adalah perubahan dalam urutan DNA yang mengakibatkan perubahan dalam struktur gen. Kedua perubahan DNA kecil dan besar dapat terjadi secara spontan. Pengobatan dengan radiasi pengion atau berbagai bahan kimia meningkatkan frekuensi mutasi.

Mutasi resesif menyebabkan hilangnya fungsi, yang bertopeng jika salinan normal gen hadir. Untuk fenotip mutan terjadi, kedua alel harus membawa mutasi.

Mutasi dominan menyebabkan fenotipe mutan dengan adanya salinan normal gen. Fenotip terkait dengan mutasi dominan dapat mewakili baik kerugian atau keuntungan fungsi.

Dalam meiosis, sel diploid mengalami satu replikasi DNA dan dua pembelahan sel, menghasilkan empat sel haploid (Gambar 8-2). Para anggota masing-masing pasangan kromosom homolog memisahkan secara independen selama meiosis, yang mengarah ke reassortment acak alel ibu dan ayah di gamet.

Mutasi dominan dan resesif menunjukkan pola segregasi karakteristik dalam persilangan genetik (lihat Gambar 8-3).

Berdasarkan kesepakatan dengan penerbit, buku ini dapat diakses oleh fitur pencarian, tetapi tidak dapat diakses.

Copyright 2000, W. H. Freeman dan Perusahaan.

Bookshelf ID: NBK21578