Agen mutagenik: cara kerjanya, jenis dan contohnya

agen mutagenik, mutagen juga dikenal, adalah molekul dari suatu sifat yang berbeda yang menyebabkan perubahan dalam dasar sebagai bagian dari rantai DNA . Dengan cara ini, kehadiran agen-agen ini memperkuat laju mutasi pada materi genetik. Mereka diklasifikasikan menjadi mutagen fisik, kimia dan biologi.

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

Agen mutagenik: cara kerjanya, jenis dan contohnya

DNA bisa rusak oleh sinar UV. Sumber: karya turunan: Mouagip (talk) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David HerringGambar vektor tidak ditentukan W3C ini dibuat dengan Adobe Illustrator. [Area publik]

Indeks artikel

Apa itu mutasi?

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

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

Mutasi umumnya mempengaruhi fungsi gen dan dapat kehilangan atau memodifikasi fungsinya.

Karena perubahan urutan DNA mempengaruhi semua salinan protein, mutasi tertentu dapat menjadi sangat beracun bagi sel atau tubuh secara umum.

Mutasi dapat terjadi pada skala yang berbeda pada organisme. mutasi titik yang mempengaruhi basis tunggal dalam DNA, sedangkan mutasi skala yang lebih besar dapat mempengaruhi seluruh wilayah kromosom.

Apakah mutasi selalu mematikan?

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

Faktanya, dalam terang evolusi biologis, syarat mutlak untuk terjadinya perubahan dalam populasi adalah adanya variasi. Variasi ini muncul melalui dua mekanisme utama: mutasi dan rekombinasi.

Jadi, dalam konteks evolusi Darwin, perlu ada varian dalam populasi – dan agar varian ini dikaitkan dengan kebugaran biologis yang lebih besar .

Bagaimana mutasi muncul?

Mutasi dapat muncul secara spontan atau dapat diinduksi. Ketidakstabilan kimia intrinsik 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 perempuan 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.

Selanjutnya, 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, antara lain.

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

Jenis agen mutagenik

Agen penyebab mutasi pada materi genetik sangat beragam di alam. Pertama, kita akan mengeksplorasi klasifikasi mutagen dan memberikan contoh masing-masing jenis, kemudian kita akan menjelaskan berbagai cara mutagen dapat menyebabkan perubahan pada molekul DNA.

Mutagen kimia

Mutagen yang bersifat kimia termasuk kelas bahan kimia berikut: acridines, nitrosamin, epoxides, antara lain. Ada sub-klasifikasi untuk agen ini di:

Basis analog

Molekul yang menunjukkan kesamaan struktural dengan basa nitrogen memiliki kemampuan untuk menginduksi mutasi; di antara yang paling umum adalah l 5-bromouracil dan 2-aminopurin.

Agen yang bereaksi dengan materi genetik

Asam nitrat, hidroksilamin, dan sejumlah agen pengalkilasi bereaksi langsung pada basa yang membentuk DNA dan dapat berubah dari purin menjadi pirimidin dan sebaliknya.

Agen penghangat

Ada serangkaian molekul seperti acridines, ethidium bromide (banyak digunakan di laboratorium biologi molekuler) dan proflavin, yang memiliki struktur molekul datar dan berhasil memasuki untai DNA.

Reaksi oksidatif

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

Mutagen fisik

Jenis kedua agen mutagenik adalah fisik. Dalam kategori ini kita menemukan berbagai jenis radiasi yang mempengaruhi DNA.

Mutagen biologis

Terakhir, kita 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 basa DNA. Jika hasilnya melibatkan perubahan basa purat atau pirimidin untuk salah satu sifat kimia yang sama, kita berbicara tentang transisi.

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

Tautomerisasi basa

Dalam kimia, istilah isomer digunakan untuk menggambarkan sifat molekul dengan rumus molekul yang sama untuk memiliki struktur kimia yang berbeda. Tautomer adalah isomer yang hanya berbeda dari rekan-rekan mereka dalam posisi kelompok fungsional, dan ada keseimbangan kimia antara dua bentuk.

Salah satu jenis tautomerisme adalah keto-enol, di mana migrasi hidrogen terjadi dan bergantian antara kedua bentuk. Ada juga perubahan antara bentuk imino menjadi amino. Berkat komposisi kimianya, basa 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 seperti basa dapat mengganggu pola pasangan basa. Misalnya, penggabungan 5-bromouracil (bukan timin) berperilaku seperti sitosin dan mengarah pada substitusi pasangan AT oleh pasangan CG.

Tindakan langsung di pangkalan

Tindakan langsung mutagen tertentu dapat secara langsung mempengaruhi basa DNA. Misalnya, asam nitrit mengubah adenin menjadi molekul serupa, hipoksantin, melalui reaksi deaminasi oksidatif. Molekul baru ini berpasangan dengan sitosin (dan bukan timin, seperti biasanya 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 dari urutan peptida.

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

Menambah atau menghapus basis

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

Dengan agen interkalasi

Seperti yang kita sebutkan, zat penghangat adalah molekul datar, dan mereka memiliki kemampuan untuk menginterkalasi (karena itu namanya) di antara dasar untai, mendistorsinya.

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

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

Jenis mutasi ini disebut frame shift atau perubahan komposisi triplet.

Radiasi ultraviolet

Radiasi ultraviolet adalah agen mutagenik, dan merupakan komponen non-pengion normal dari sinar matahari biasa. Namun, komponen dengan tingkat mutagenik tertinggi 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 fotoliase. 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 perbaikannya sangat luas, dan dapat memperbaiki kerusakan yang disebabkan oleh berbagai faktor.

Ketika manusia terlalu banyak mengekspos kita ke matahari , sel-sel kita menerima radiasi ultraviolet dalam jumlah 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 . Rekan Sinauer.
  3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Undangan 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 kimia. Tinjauan tahunan biokimia , 51 (1), 655-691.
  7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokimia . Ed. Medis Panamerika.