Mutasi titik - Pengertian, Penyebab, Mekanisme, Jenis, Contoh dan Aplikasi

Pengertian, Mekanisme, Jenis dan Pengaplikasian Mutasi Titik :

Pengertian Mutasi Titik

Mutasi titik adalah jenis mutasi genetik di mana salah satu pasangan basa dalam urutan DNA diubah baik dengan penyisipan atau penghapusan.

• Mutasi titik, seperti yang ditunjukkan namanya, terjadi pada titik tertentu dalam urutan DNA sebagai akibat dari perubahan pada satu pasangan basa tertentu.
• Biasanya, mutasi titik muncul sebagai akibat kesalahan selama replikasi DNA; namun, dalam beberapa kasus, modifikasi DNA dapat diinduksi oleh sinar-X atau radiasi ultraviolet.
• Efek mutasi titik seringkali didasarkan pada spesifik mutasi karena ini dapat berkisar dari tidak berpengaruh hingga efek merusak yang memengaruhi produksi, komposisi, dan fungsi protein.
• Mutasi titik adalah jenis mutasi yang mempengaruhi struktur kromosom, yang disebabkan oleh perubahan urutan nukleotida.
• Mutasi titik dapat memiliki efek penting pada produksi protein karena nukleotida dibaca dalam bentuk triplet, dan perubahan urutan dapat menyebabkan perubahan urutan asam amino dalam protein.
• Selain itu, perubahan urutan di awal atau akhir urutan juga dapat mengakibatkan terminasi atau inisiasi dini. Dengan demikian, tingkat keparahan mutasi bergantung pada posisi mutasi.

Penyebab mutasi titik

• Sebagian besar mutasi titik terjadi selama replikasi DNA, di mana mutasi titik tunggal dalam urutan dapat mengubah seluruh urutan DNA.
• Perubahan purin atau pirimidin dapat mengubah urutan asam amino yang dikodekan oleh nukleotida.
• Perubahan ini bisa jadi akibat mutasi spontan yang terjadi selama replikasi DNA; namun, laju mutasi ini meningkat dengan paparan mutagen.
• Mutagen dapat berbentuk fisik, seperti sinar-X dan radiasi UV atau molekul kimia yang mengubah pasangan basa dan mengubah struktur DNA.
• Dalam kasus radiasi, cahaya dapat menyebabkan ionisasi molekul dalam DNA, yang menyebabkan perubahan komposisi urutan.
• Selain itu, produk sampingan dari metabolisme sel seperti spesies oksigen reaktif, yang dapat merusak pasangan basa tertentu dalam struktur tersebut.
• Jenis perubahan ini dapat memengaruhi DNA untai tunggal yang terpisah atau untai ganda heliks.
• Beberapa dari perubahan ini mungkin muncul kemudian selama pemrosesan DNA, di mana pasangan basa dicerna oleh nuklease.
• Bentuk mutasi lain seperti penghapusan, substitusi, penyisipan, dll., Juga dapat menjadi penyebab mutasi titik pada berbagai tahap pembentukan, replikasi, dan pemrosesan DNA.

Mekanisme mutasi titik

Ada berbagai mekanisme mutasi titik, tergantung pada penyebab mutasinya. Karena, dalam banyak kasus, mutasi titik muncul secara spontan selama replikasi DNA, mekanisme substitusi nukleotida lebih umum.

Pengganti

• Pergantian pasangan basa dengan yang lain selama replikasi DNA adalah mekanisme mutasi yang paling umum.
• Hal ini biasanya terjadi sebagai akibat dari pergeseran tautomerik di mana atom hidrogen dari pasangan basa nukleotida bergerak menjauh dengan cara yang mengubah sifat-sifat ikatan.
• Semua basis yang terlibat dalam replikasi DNA ada dalam berbagai bentuk, yang disebut tautomer. Bentuk-bentuk ini ada dalam kesetimbangan, di mana bentuk keto biasanya ditemukan dalam DNA, dan bentuk enol biasanya jarang.
• Pergeseran struktur antara keto dan bentuk enol dapat mengubah pasangan basa komplementer dari nukleotida, yang dapat mengakibatkan mutasi titik.
• Contohnya dapat diamati pada guanin, di mana bentuk enolnya akan mengikat timin yang masuk alih-alih sitosin, menghasilkan mutasi titik.

Ionisasi

• Ionisasi adalah mekanisme mutasi umum berikutnya yang terjadi sebagai akibat dari spesi kimia atau radiasi.
• Basa dapat terionisasi secara spontan menjadi berbagai bentuk yang tidak lagi dapat membentuk ikatan hidrogen dengan pasangan basa komplementer.
• Akibatnya, pasangan basa dapat berikatan dengan molekul atau pasangan basa yang berbeda, sehingga terjadi perubahan urutan.

Jenis Mutasi Titik (berdasarkan substitusi pasangan basa)

Mutasi titik dapat dibedakan menjadi dua jenis tergantung pada sifat substitusi pasangan basa.

Mutasi transisi

• Mutasi transisi adalah mutasi yang terjadi karena substitusi basa pirimidin dengan basa pirimidin lain atau substitusi satu basa purin dengan basa lainnya.
• Karena pasangan basa dalam DNA untai ganda mengikat pasangan tertentu pada untai yang sesuai, substitusi satu basa nitrogen untuk menghasilkan basa lain dalam kumpulan pasangan basa yang berbeda.
• Mutasi transisi disebabkan oleh deaminasi oksidatif dan tautomerisasi pasangan basa. 
• Ini lebih umum dalam genom karena mekanisme molekuler yang terlibat untuk menghasilkannya, meskipun hanya ada satu kemungkinan transisi.
• Namun, mutasi transisi cenderung menghasilkan substitusi asam amino dan oleh karena itu ada sebagai substitusi diam-diam dalam populasi genom seperti polimorfisme nukleotida tunggal.

Contoh mutasi transisi

• Contoh mutasi transisi dapat diamati dengan penggantian adenin dengan guanin atau dengan penggantian sitosin oleh timin dan sebaliknya.
• Dalam kasus ini, nukleotida purin dipertukarkan di antara mereka sendiri, dan nukleotida pirimidin dipertukarkan di antara mereka sendiri.

Mutasi transversi

• Mutasi transversi adalah mutasi dimana basa purin menggantikan basa pirimidin dan sebaliknya.
• Mutasi transversi biasanya terjadi secara spontan, tetapi ini dapat disebabkan oleh radiasi atau agen alkilasi. Transversi yang dapat dibalik dimungkinkan dalam kasus mutasi spontan.
• Ada dua kemungkinan transversi, tetapi ini kecil kemungkinannya terjadi karena sulit untuk menggantikan struktur cincin ganda dengan struktur cincin tunggal.
• Transversi, bagaimanapun, memiliki efek yang lebih jelas karena kodon nukleotida ketiga dari DNA kurang toleran terhadap transversi.
• Transversi jarang menghasilkan kodon yang menyandikan asam amino, yang menyebabkan perubahan pada protein.

Contoh mutasi transversi

• Contoh mutasi transversi dapat diamati dengan penggantian nukleotida adenin atau guanin oleh timin atau sitosin.
• Ada delapan kemungkinan perubahan yang dapat terjadi antara dua purin dan dua pirimidin.

Jenis Mutasi Titik (berdasarkan efek yang dihasilkan oleh perubahan)

Mutasi titik selanjutnya dapat dibagi menjadi beberapa jenis tergantung pada efek yang dihasilkan oleh perubahan tersebut.

1. Mutasi non-sense

Mutasi nonsense atau mutasi point-nonsense adalah jenis mutasi titik di mana substitusi pasangan basa menghasilkan kodon stop prematur.

• Akibat mutasi titik, segmen DNA yang sebelumnya mengandung kodon yang menentukan asam amino digantikan oleh kodon stop.
• Efek pada mutasi nonsense bergantung pada posisi kodon stop dengan segmen tertentu. Jika mutasi mendekati kodon stop asli, efek fungsionalnya mungkin kurang parah dibandingkan jika mutasi jauh dari kodon stop.
• Mutasi sering menyebabkan produksi unit protein pendek dan nonfungsional.
• Mutasi nonsense adalah salah satu jenis mutasi titik yang lebih parah karena dapat mengakibatkan hilangnya fungsi produk jadi.

Contoh mutasi non-sense

• Beta thalassemias adalah sekelompok kelainan darah yang terjadi akibat mutasi point nonsense pada gen yang mengkode rantai beta hemoglobin.
• Hasil mutasi dapat berkisar dari anemia berat hingga kasus tanpa gejala klinis tergantung pada posisi mutasi.
• Mutasi titik, dalam hal ini, dapat terjadi dengan substitusi basa tunggal atau dengan penghapusan nukleotida.
• Substitusi terjadi di dekat daerah promotor sebelum gen beta-globin. Dalam kasus penghapusan, nukleotida tertentu dihapus dari daerah dekat hulu gen beta-globin.
• Perubahan gen menyebabkan pembentukan kodon stop prematur yang mencegah pembentukan protein globin.

2. Mutasi missense

Mutasi missense adalah jenis mutasi titik di mana substitusi pasangan basa menghasilkan asam amino yang berbeda dalam protein yang dihasilkan.

• Mutasi missense dapat tidak berpengaruh atau menghasilkan protein nonfungsional tergantung pada substitusi dan posisinya.
• Mutasi missense umumnya dikaitkan dengan penyakit seperti Epidermolysis bullosa, penyakit sel sabit, dan ALS.
• Namun, semua mutasi missense tidak berbahaya seperti dalam beberapa kasus; asam amino digantikan oleh asam amino lain dengan sifat serupa, yang menghasilkan protein fungsional. Mutasi ini juga disebut mutasi diam.
•  Selain itu, substitusi juga dapat terjadi pada posisi yang tidak terlalu mempengaruhi struktur dan fungsi suatu protein.

Contoh mutasi missense

• Anemia sel sabit adalah contoh klasik mutasi titik missense, di mana mutasi tersebut menghasilkan produksi asam amino berbeda yang memengaruhi struktur protein secara keseluruhan.
• Hal ini menyebabkan perubahan struktur sel darah merah sekaligus mengubah kemampuan sel untuk memperoleh oksigen dan menyebabkan pembekuan darah.
• Mutasi titik, dalam hal ini, terjadi di hulu gen yang mengkode asam amino yang terlibat dalam produksi protein yang membentuk dinding sel darah.
• Perbedaan nukleotida menghasilkan produksi asam amino berbeda yang menyebabkan perbedaan struktur sel darah.

3. Mutasi diam (Mutasi Diam)

Mutasi diam adalah jenis mutasi di mana tidak ada efek yang dapat diamati yang diamati pada fenotipe organisme sebagai hasil mutasi.

• 
  
• Mutasi diam dapat terjadi melalui cara yang berbeda, tetapi urutan asam amino yang terbentuk setelah perubahan sebagian besar mirip dengan urutan asam amino aslinya.
• Mutasi titik diam mungkin terjadi akibat pembentukan kodon tertentu yang mengkode asam amino yang sama, yang tidak akan mengakibatkan perubahan urutan asam amino.
• Dalam beberapa kasus, kodon mungkin mengkode asam amino berbeda yang memiliki sifat kimia yang sama dengan asam amino asli. Hal ini juga menyebabkan tidak adanya perubahan struktur dan fungsi protein yang terbentuk.

Contoh mutasi diam

• Contoh mutasi diam diamati dalam kasus di mana nukleotida timin digantikan oleh sitosin dalam kodon TTC, menghasilkan pembentukan kodon TTT.
• MRNA kodon masing-masing adalah AAG dan AAA. Namun, kedua kode mRNA ini untuk asam amino yang sama, lisin.
• Jadi, mutasi titik dalam suatu urutan dapat mengubah kodon, tetapi asam amino yang dihasilkan tetap sama. Dalam kasus ini, mutasi tidak bersuara karena tidak berpengaruh pada produk akhir.
• Hal ini dimungkinkan karena fakta bahwa banyak kodon dapat mengkode asam amino yang sama.

4. Mutasi frameshift

Mutasi titik pergeseran bingkai adalah jenis mutasi titik di mana nukleotida urutan DNA diubah sedemikian rupa sehingga mengubah satu atau lebih kodon.

• Efek mutasi frameshift bergantung pada posisi mutasi, di mana efeknya lebih menonjol jika mutasi terjadi lebih awal dalam urutannya.
• Pada mutasi frameshift, pembacaan kodon setelah titik mutasi menghasilkan asam amino yang berbeda dari aslinya.
• Mutasi frameshift adalah salah satu jenis mutasi titik yang parah karena mutasi memengaruhi urutan asam amino dan, pada gilirannya, protein terbentuk.
• Urutan polipeptida yang dihasilkan setelah mutasi frameshift adalah panjang atau pendek yang tidak normal tetapi kemungkinan besar tidak berfungsi.

Contoh mutasi Frameshift

• Contoh mutasi frameshift dapat diamati pada kasus penyakit Crohn. Penyakit ini terkait dengan gen NOD2.
• Mutasi terjadi karena penyisipan nukleotida sitosin pada posisi 3020 pada gen.
• Ini mengubah kodon menjadi kodon stop yang kemudian menghasilkan pembentukan protein yang diperpendek. 
• Perubahan struktur protein tersebut kemudian mempengaruhi fungsinya yaitu merespon liposakarida bakteri.
• Mutasi tidak mempengaruhi urutan gen pada kelipatan tiga, yang bertanggung jawab atas mutasi frameshift dan penyakit akhirnya.

Pengaplikasian Mutasi Titik

Mutasi titik memiliki banyak aplikasi yang memiliki manfaat industri serta medis. Beberapa aplikasi umum meliputi;

• Mutasi titik dapat digunakan untuk mengubah gen yang terlibat dalam kondisi patologis sebagai bagian dari terapi molekuler.
• Mutagen yang berbeda dapat digunakan untuk menargetkan sel kanker yang berbeda untuk menginduksi mutasi titik dan menghilangkan nukleotida tertentu.
• Penggunaan mutagen untuk menginduksi mutasi yang diinginkan pada spesies tanaman yang berbeda telah digunakan untuk perbaikan tanaman dengan proses yang disebut pemuliaan mutasi.
• Dalam kasus mutasi yang dapat diwariskan, mutasi titik dapat digunakan untuk memperkenalkan karakteristik menguntungkan pada organisme yang berbeda, yang kemudian dapat digunakan untuk berbagai penerapan.