AGEN MUTAGENIK: CARA KERJANYA, JENIS DAN CONTOH - BIOLOGI - 2025

The agen mutagenik, mutagen juga dikenal, adalah molekul dari suatu sifat yang berbeda yang menyebabkan perubahan dalam basis yang merupakan bagian dari untaian DNA. Dengan cara ini, keberadaan agen ini memperkuat laju mutasi pada materi genetik. Mereka diklasifikasikan menjadi mutagen fisik, kimia dan biologis.

Mutagenesis adalah peristiwa yang terjadi di mana-mana dalam entitas biologis, dan tidak selalu berarti perubahan negatif. Faktanya, itu adalah sumber variasi yang memungkinkan perubahan evolusioner.

DNA bisa rusak oleh sinar UV.
Sumber: karya turunan: Mouagip (talk) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David Herring Gambar vektor yang tidak ditentukan W3C ini dibuat dengan Adobe Illustrator.

Apakah mutasi itu?

Sebelum membahas mutagen, perlu dijelaskan apa itu mutasi. Dalam genetika, mutasi adalah perubahan permanen dan diwariskan dalam urutan nukleotida dalam molekul bahan genetik: DNA.

Semua informasi yang diperlukan untuk pengembangan dan pengendalian suatu organisme berada dalam gennya - yang secara fisik terletak pada kromosom. Kromosom terdiri dari satu molekul DNA yang panjang.

Mutasi umumnya mempengaruhi fungsi suatu gen dan dapat kehilangan atau mengubah fungsinya.

Karena perubahan urutan DNA memengaruhi semua salinan protein, mutasi tertentu bisa sangat beracun bagi sel atau tubuh secara umum.

Mutasi dapat terjadi pada berbagai skala organisme. Mutasi titik memengaruhi satu basa dalam DNA, sementara mutasi skala besar dapat memengaruhi seluruh wilayah kromosom.

Apakah mutasi selalu mematikan?

Tidaklah benar untuk berpikir bahwa mutasi selalu mengarah pada generasi penyakit atau kondisi patologis organisme yang membawanya. Faktanya, ada mutasi yang tidak mengubah urutan protein. Jika pembaca ingin lebih memahami alasan fakta ini, dia dapat membaca tentang degenerasi kode genetik.

Nyatanya, di bawah cahaya evolusi biologis, kondisi sine qua non untuk terjadinya perubahan populasi adalah adanya variasi. Variasi ini muncul oleh dua mekanisme utama: mutasi dan rekombinasi.

Jadi, dalam konteks evolusi Darwin, varian-varian dalam populasi itu perlu - dan varian-varian ini dikaitkan dengan kesesuaian biologis yang lebih besar.

Bagaimana mutasi muncul?

Mutasi bisa muncul secara spontan atau bisa diinduksi. Ketidakstabilan kimiawi intrinsik dari basa nitrogen dapat mengakibatkan mutasi, tetapi pada frekuensi yang sangat rendah.

Penyebab umum mutasi titik spontan adalah deaminasi sitosin menjadi urasil dalam heliks ganda DNA. Proses replikasi untai ini mengarah ke anak mutan, di mana pasangan GC asli telah digantikan oleh pasangan AT.

Meskipun replikasi DNA adalah peristiwa yang terjadi dengan ketepatan yang mengejutkan, itu tidak sepenuhnya sempurna. Kesalahan dalam replikasi DNA juga menyebabkan mutasi spontan.

Lebih jauh, paparan alami suatu organisme terhadap faktor lingkungan tertentu menyebabkan munculnya mutasi. Di antara faktor-faktor ini kita memiliki radiasi ultraviolet, radiasi pengion, berbagai bahan kimia, dan lain-lain.

Faktor-faktor ini adalah mutagen. Di bawah ini kami akan menjelaskan klasifikasi agen ini, bagaimana mereka bertindak dan konsekuensinya di dalam sel.

Jenis agen mutagenik

Agen yang menyebabkan mutasi pada materi genetik sangat beragam di alam. Pertama, kita akan mengeksplorasi klasifikasi mutagen dan memberikan contoh untuk setiap jenisnya, kemudian kita akan menjelaskan cara-cara berbeda di mana mutagen dapat menyebabkan perubahan pada molekul DNA.

Mutagen kimiawi

Mutagen yang bersifat kimiawi mencakup kelas bahan kimia berikut: akridin, nitrosamin, epoksida, dan lain-lain. Ada sub-klasifikasi untuk agen-agen ini di:

Basis analog

Molekul yang menunjukkan kemiripan struktural dengan basa nitrogen memiliki kemampuan untuk menginduksi mutasi; di antara yang paling umum adalah 15-bromourasil dan 2-aminopurin.

Agen yang bereaksi dengan materi genetik

Asam nitrat, hidroksilamina, dan sejumlah agen alkilasi bereaksi langsung pada basa penyusun DNA dan dapat berubah dari purin menjadi pirimidin dan sebaliknya.

Agen penghangat

Ada sederet molekul seperti akridin, etidium bromida (banyak digunakan di laboratorium biologi molekuler) dan proflavin, yang memiliki struktur molekul datar dan berhasil masuk ke untai DNA.

Reaksi oksidatif

Metabolisme normal sel memiliki produk sekunder serangkaian spesies oksigen reaktif yang merusak struktur sel dan juga materi genetik.

Mutagen fisik

Jenis agen mutagenik yang kedua bersifat fisik. Dalam kategori ini kami menemukan berbagai jenis radiasi yang memengaruhi DNA.

Mutagen biologis

Terakhir, kami memiliki mutan biologis. Mereka adalah organisme yang dapat menyebabkan mutasi (termasuk kelainan pada tingkat kromosom) pada virus dan mikroorganisme lainnya.

Bagaimana cara kerjanya ?: Jenis mutasi yang disebabkan oleh agen mutagenik

Kehadiran agen mutagenik menyebabkan perubahan pada basa DNA. Jika hasilnya melibatkan perubahan basa purik atau pirimidin untuk salah satu sifat kimia yang sama, kita berbicara tentang transisi.

Sebaliknya, jika perubahan terjadi antara basa dari jenis yang berbeda (purin untuk pirimidin atau sebaliknya) kita menyebut proses transversi. Transisi dapat terjadi untuk acara berikut:

Tautomerisasi dasar

Dalam ilmu kimia, istilah isomer digunakan untuk menggambarkan sifat-sifat molekul dengan rumus molekul yang sama memiliki struktur kimia yang berbeda. Tautomer adalah isomer yang hanya berbeda dari rekan-rekannya dalam posisi gugus fungsi, dan di antara kedua bentuk tersebut terdapat kesetimbangan kimiawi.

Salah satu jenis tautomerisme adalah keto-enol, di mana terjadi migrasi hidrogen dan bergantian antara kedua bentuk tersebut. Ada juga perubahan antara bentuk imino menjadi amino. Berkat komposisi kimianya, basis DNA mengalami fenomena ini.

Misalnya, adenin biasanya ditemukan sebagai amino dan berpasangan - biasanya - dengan timin. Namun, ketika berada dalam isomer imino (sangat jarang) ia berpasangan dengan basa yang salah: sitosin.

Penggabungan basa analog

Memasukkan molekul yang menyerupai basa dapat mengganggu pola pasangan basa. Misalnya, penggabungan 5-bromourasil (bukan timin) berperilaku seperti sitosin dan mengarah pada penggantian pasangan AT oleh pasangan CG.

Tindakan langsung di pangkalan

Tindakan langsung dari mutagen tertentu dapat secara langsung mempengaruhi basis DNA. Misalnya, asam nitrat mengubah adenin menjadi molekul serupa, hipoksantin, melalui reaksi deaminasi oksidatif. Molekul baru ini berpasangan dengan sitosin (dan bukan timin, seperti yang biasanya dilakukan adenin).

Perubahan juga dapat terjadi pada sitosin, dan urasil diperoleh sebagai produk deaminasi. Substitusi basa tunggal dalam DNA memiliki konsekuensi langsung pada proses transkripsi dan translasi urutan peptida.

Kodon stop mungkin muncul lebih awal, dan translasi berhenti sebelum waktunya, mempengaruhi protein.

Menambah atau menghapus basis

Beberapa mutagen seperti agen interkalasi (antara lain akridin) dan radiasi ultraviolet memiliki kemampuan untuk memodifikasi rantai nukleotida.

Dengan agen interkalasi

Seperti yang kami sebutkan, agen interheating adalah molekul datar, dan mereka memiliki kemampuan untuk menginterkalasi (karena itu namanya) antara dasar untai, mendistorsi itu.

Pada saat replikasi, deformasi dalam molekul ini mengarah pada penghapusan (yaitu hilangnya) atau penyisipan basa. Ketika DNA kehilangan basa atau yang baru ditambahkan, kerangka pembacaan terbuka terpengaruh.

Ingatlah bahwa kode genetik melibatkan pembacaan tiga nukleotida yang mengkode asam amino. Jika kita menambah atau menghilangkan nukleotida (dalam angka yang bukan 3) semua pembacaan DNA akan terpengaruh, dan proteinnya akan sangat berbeda.

Jenis mutasi ini disebut pergeseran bingkai atau perubahan komposisi triplet.

Radiasi ultraviolet

Radiasi ultraviolet adalah agen mutagenik, dan merupakan komponen non-pengion normal dari sinar matahari biasa. Namun, komponen dengan laju mutagenik tertinggi tersebut terperangkap oleh lapisan ozon atmosfer bumi.

Molekul DNA menyerap radiasi dan pembentukan dimer pirimidin terjadi. Artinya, basa pirimidin dihubungkan melalui ikatan kovalen.

Timin yang berdekatan pada untai DNA dapat bergabung membentuk dimer timin. Struktur ini juga mempengaruhi proses replikasi.

Pada beberapa organisme, seperti bakteri, dimer ini dapat diperbaiki berkat adanya enzim perbaikan yang disebut fotolyase. Enzim ini menggunakan cahaya tampak untuk mengubah dimer menjadi dua basa terpisah.

Namun, perbaikan eksisi nukleotida tidak terbatas pada kesalahan yang disebabkan oleh cahaya. Mekanisme perbaikan sangat luas, dan dapat memperbaiki kerusakan yang disebabkan oleh berbagai faktor.

Ketika manusia membuat kita terpapar matahari secara berlebihan, sel-sel kita menerima radiasi ultraviolet yang berlebihan. Konsekuensinya adalah pembentukan dimer timin dan dapat menyebabkan kanker kulit.

Referensi

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Biologi sel esensial. Ilmu Garland.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). Sel: Pendekatan molekuler. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Undangan ke biologi. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Biologi sel dan molekuler: konsep dan eksperimen. John Wiley & Sons.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekuler. Macmillan.
6. Penyanyi, B., & Kusmierek, JT (1982). Mutagenesis kimiawi. Review tahunan biokimia, 51 (1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokimia. Panamerican Medical Ed.