Apa itu Transmisi Genetik; Bagaimana Informasi Genetik Ditransmisikan: Berikut Panduan Lengkap Tentang Penularan Genetik, Wajib Anda Ketahui

Studi tentang transmisi genetik memberi tahu kita; bagaimana karakteristik turun temurun ditransmisikan? Setiap individu adalah unik. adalah cabang biologi yang mempelajari tentang pewarisan sifat-sifat keturunan.Persamaan dan perbedaannya adalah karena, setiap organisme memiliki program genetik tertentu yang diwarisi dari nenek moyangnya.semua sifat-sifat keturunannya. Karena informasi ini terkandung dalam kromosom, ketika seorang individu bereproduksi, ia mentransmisikan ke keturunannya.

Berikut Panduan Lengkap Tentang Penularan Genetik, Wajib Anda Ketahui

GEN.

Istilah gen diperkenalkan oleh Johannsen pada tahun 1909 untuk menunjuk determinan herediter dari “karakteristik unit”. Hubungan antara gen dan enzim diakui oleh Garrod pada tahun 1908, tetapi pertama kali mencapai definisi yang jelas dalam hipotesis satu gen-satu enzim yang diajukan oleh Beadle pada tahun 1945. Gen sekarang sering didefinisikan sebagai segmen linier DN’A yang mengkode suatu polipeptida tunggal. Definisi gen yang lebih akurat mungkin berhubungan dengan segmen DNA ke molekul asam ribonukleat (RNA) tertentu, karena ada gen yang menentukan RNA yang tidak mengkode polipeptida, seperti RNA ribosom dan transfer. Jumlah semua gen dari suatu individu, yaitu, total warisan genetik, disebut genom. Komposisi genetik suatu individu disebut genotipenya.

KROMOSOM.

Gen dirangkai menjadi susunan linier panjang yang bersama-sama dengan protein tertentu membentuk struktur berbentuk batang yang disebut kromosom. Sel manusia berinti normal, selain sel germinal, mengandung 46 kromosom, terdiri dari 23 pasang (keadaan diploid), satu dari setiap pasangan diturunkan dari masing-masing orang tua individu.

Ada dua proses dimana informasi genetik ditransmisikan ke sel anak. Selama pembelahan sel somatik, yang disebut mitosis, salinan identik dari setiap kromosom ditransmisikan ke setiap sel anak, sehingga mempertahankan komposisi genetik yang seragam di semua sel organisme tunggal. Sebaliknya, selama produksi sel germinal (ovum atau spermatozoa) terjadi pembelahan reduktif, yang disebut meiosis, dengan hasil bahwa setiap sel germinal hanya berisi 23 kromosom, mewakili satu salinan dari setiap pasangan kromosom induk, satu setengah dari jumlah biasa ( keadaan haploid). Pembelahan reduktif memungkinkan terjadinya kombinasi kromosom baru ketika ovum dan sperma menyatu selama fertilisasi untuk mengembalikan kelengkapan lengkap 46 kromosom. Selama meiosis, bermacam-macam kromosom adalah acak sehingga setiap sel germinal menerima kombinasi kromosom ibu dan ayah yang berbeda.

Penentuan independen kromosom menjadi gamet selama meiosis menghasilkan keragaman yang sangat besar di antara kemungkinan genotipe keturunan. Untuk setiap 23 pasang kromosom dalam gamet, ada 2M kemungkinan kombinasi, dan kemungkinan bahwa salah satu set orang tua akan menghasilkan dua keturunan dengan set kromosom yang identik adalah satu dalam 2 “atau satu dalam 8,4 juta (kembar monozigot dikecualikan).

SINTESIS GEN DAN PROTEIN.

Dalam menentukan urutan asam amino polipeptida, gen struktural pertama-tama mentransfer informasinya ke jenis asam ribonukleat yang unik, yang dikenal sebagai messenger RNA atau mRNA. RNA ini melengkapi satu untai DNA, dan urutan basa punne dan pinmidin dalam untai menentukan urutan basa dalam mRNA, yang pada gilirannya mengatur urutan asam amino dalam polipeptida. Transfer informasi dari DNA ke RNA tidak melibatkan perubahan bahasa (nukleotida – * nukleotida) dan disebut transkripsi; transfer informasi dari RNA ke polipeptida melibatkan bahasa baru (nukleotida – * asam amino) dan disebut translasi.

Hubungan ini sering disebut sebagai dogma sentral biologi molekuler. Beberapa virus tumor hewan RNA mengandung DNA polimerase yang bergantung pada RNA (transkriptase terbalik) yang menggunakan RNA sebagai cetakan untuk sintesis DNA untai ganda, dan dengan demikian membalikkan arah aliran informasi yang sudah dikenal. Fungsi enzim ini tetap menjadi pertanyaan penting secara biologis sentral dalam masalah neoplasia. Reverse transcriptase sekarang banyak digunakan di laboratorium untuk mensintesis untai komplementer DNA (disebut cDNA) dari molekul terisolasi MRNA spesifik.

ASAM DEOKSIRIBONUKLEAT.

Asam deoksiribonukleat adalah polimer linier deoksiribonukleotida yang dibentuk oleh ikatan fosfo-diester antara 5′-fosfat dari satu nukleotida dan gugus 3′-hidroksil dari gula yang berdekatan. Deoksi-ribonukleotida terdiri dari basa purin atau pirimidin yang dihubungkan dengan 2-deoksi-D-ribosa-5-fosfat. Fosfat memberi DNA sifat asamnya.

Basa purin DNA adalah adenin (A) dan guanin (G); basa pirimidin adalah timin (T) dan sitosin (C). DNA asli terdiri dari dua untai polinukleotida yang melilit satu sama lain. Kedua untai disatukan sebagian oleh ikatan hidrogen antara basa purin dan pirimidin yang berhadapan; kelompok gula-fosfat membentuk tulang belakang eksternal. Ikatan internal bersifat spesifik. Adenin selalu berpasangan dengan timin dan guanin dengan sitosin. Dengan demikian, kedua rantai tersebut tidak identik tetapi saling melengkapi sehubungan dengan pasangan basa, A ke T dan G ke C.

Dalam replikasi DNA selama mitosis, molekul induk terlepas dan basa masing-masing untai berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis ‘untaian DNA baru. Jadi sesaat sebelum pembelahan sel sel memiliki komplemen ganda DNA dan kromosom lengkap. Karena setiap kromosom sekarang diwakili empat kali, ini disebut keadaan tetraploid. Karena kedua untai induk dilestarikan pada generasi berikutnya, masing-masing sekarang dipasangkan dengan pasangan komplementer yang baru disintesis, replikasi disebut semi-konservatif.

Selain struktur primernya, DNA dalam sel eukariotik (bernukleus) diatur ke dalam berbagai gulungan sekunder dan loop di bawah pengaruh protein dasar (histones) yang mengikat DNA. Ada sekitar 50 protein histon yang berbeda di dalam sel, beberapa kaya arginin, beberapa kaya lisin.

ASAM RIBONUKLAT.

Asam ribonukleat juga merupakan polimer linier nukleotida, tetapi mereka berbeda dalam hal penting dari DNA. Dalam RNA gulanya adalah D-ribosa-5-fosfat, dan basanya adalah adenin, guanin, sitosin, dan urasil (bukan timin). Selain itu, semua RNA mamalia beruntai tunggal.

Ada empat jenis utama RNA, dapat dibedakan berdasarkan komposisi karakteristik, ukuran, sifat fungsional, dan lokasi seluler. Ini adalah RNA nuklir raksasa atau heterogen (hnRNA), messenger RNA (mRNA), RNA ribosom (rRNA), dan transfer RNA (tRNA). Setiap saat, hnRNA dan mRNA membentuk 3 hingga 5 persen dari total RNA seluler, rRNA 80 hingga 85 persen, dan tRNA 10 hingga 15 persen dari total. Peran masing-masing RNA ini dibahas di bawah ini.

RNA Utusan.

Produk awal transkripsi gen nuklir adalah molekul raksasa RNA, rata-rata lima sampai sepuluh kali lebih besar dari mRNA. RNA inti heterogen harus diproses untuk membentuk molekul mRNA fungsional yang lebih kecil sebelum mRNA meninggalkan nukleus untuk berasosiasi dengan ribosom dalam sintesis protein. Sintesis awal hnRNA mencerminkan transkripsi gen struktural yang tersebar (yang segmennya disebut ekson) bersama dengan segmen intervensi DNA nonkode (intron). Fungsi intron belum diketahui. Sebagian besar hnRNA tetap berada di dalam nukleus dan terdegradasi. Mekanisme biokimia pengenalan dan eksisi segmen mRNA dan perakitan kembali menjadi mRNA fungsional tidak dipahami dengan baik.

Molekul mRNA bervariasi dalam ukuran, tergantung pada panjang rantai polipeptida yang akan disintesis, dan berkisar dari 300 hingga 3000 nukleotida dalam urutan pengkodean. Mereka juga bervariasi dalam stabilitasnya, dengan waktu paruh mulai dari menit hingga berjam-jam. Misalnya, waktu paruh mRNA globin adalah sekitar 14 jam. Karena hanya membutuhkan 10 hingga 20 detik untuk merakit rantai polipeptida, satu molekul mRNA dapat berpartisipasi dalam sintesis banyak molekul protein.

KODE GENETIK.

Karena sebagian besar protein terdiri dari 20 asam amino yang berbeda, dan karena DNA hanya memiliki empat basa nukleotida yang berbeda, setiap kodon harus mengandung minimal tiga basa (4J – 16; 4J = 64). Kode triplet DNA dan RNA untuk masing-masing dari 20 asam amino telah diketahui (Tabel 31-1). Ke-64 kembar tiga yang berbeda termasuk 61 yang telah terbukti mengkode salah satu dari 20 asam amino, dan tiga yang berfungsi sebagai kodon pemutus rantai dan tidak mengkode asam amino apa pun. Kodon RNA untuk pemutusan rantai adalah UAA, UAG, dan UGA. Dua kodon (AUG dan GUG) berfungsi untuk memulai sintesis polipeptida serta memasukkan asam amino dan kadang-kadang disebut sebagai kodon yang memulai rantai. Karena banyak asam amunisi memiliki lebih dari satu kodon, kode tersebut dikatakan mengalami degenerasi. Setiap kodon, bagaimanapun, benar-benar spesifik. Karena kode kodon yang sama untuk asam amino yang sama di semua sistem tanaman, bakteri, virus, dan hewan yang dipelajari (tetapi lihat pengecualian di bawah, di bawah DNA mitokondria), kode tersebut dianggap universal. Urutan nukleotida gen manusia mengungkapkan urutan segmen pengkodean dan nonkode yang bergantian.

Korespondensi urutan kodon DNA dan RNA dalam polinukleotida dengan urutan asam amino dalam polipeptida menegaskan prinsip ko-linearitas dari susunan berurutan informasi dalam gen dan mRNA dan asam amino dari protein.

DNA MITOKONDRIAL Sebagian kecil DXA seluler terletak di mitokondria dan dipetakan sebagai dua untai melingkar yang berbeda. DN’A ini berisi kode untuk ribosom tertentu dan RNA transfer yang digunakan oleh mitokondria dalam sintesis protein, misalnya sitokrom b dan sitokrom c oksidase I, II, dan III. DNA mitokondria tidak memiliki sekuens atau intron yang mengintervensi. Kodonnya berbeda dari DNA inti atau prokariota masa kini dalam beberapa kasus: UCA = triptofan (bukan terminasi), AUA – metionin (bukan isoleusin), dan ACA dan ACC = terminasi (bukan arginin).

TRANSFER RNA.

Asam amino harus “diaktifkan” sebelum dapat dirakit menjadi rantai polipeptida. Aktivasi dicapai dengan reaksi amino dan dengan ATP untuk membentuk adenilat asam amino. Asam amino adenilat kemudian bereaksi dengan molekul tRNA untuk membentuk aminoasil-tRNA. Kedua langkah dikatalisis oleh enzim tunggal, sintetase aminoasil-tRNA, yang spesifik untuk asam amino serta untuk reseptor tRNA. Meskipun hanya ada satu aminoasil-tRNA sintetase untuk masing-masing dari 20 asam amino yang biasa ditemukan dalam protein, mungkin ada beberapa tRNA untuk satu asam amino. Setiap asam amino memiliki setidaknya satu tRNA spesifik. tRNA ditranskripsi dari DNA oleh RNA polimerase III.

RIBOSOM.

Template mRNA dan aminoasil-tRNA bertemu di ribosom, di mana perakitan rantai polipeptida terjadi. Ribosom adalah partikel sitoplasma yang terdiri dari sekitar satu setengah protein dan satu setengah RNA. Dalam sel mamalia yang berdiferensiasi sebagian besar ribosom ditemukan dalam hubungan yang erat dengan membran retikulum endoplasma. Jumlah yang lebih kecil hadir dalam nukleus dan mitokondria di mana sintesis protein dalam jumlah terbatas juga terjadi. Jumlah ribosom per sel adalah fungsi yang agak langsung dari laju pertumbuhan sel.

Ribosom sitoplasma dalam sel eukariotik memiliki berat molekul 4,5 juta. Ini terdiri dari subunit kecil (40S) dan besar (60S). Subunit 40S mengandung molekul 18S rRNA dari 2000 residu nukleotida dan sekitar 30 protein; subunit 60S mengandung 28S rRNA dari 4000 nukleotida dan 5S rRNA dari 121 nukleotida, ditambah sekitar 50 protein yang berbeda. RNA ribosom memiliki gen yang diduplikasi dan berkembang biak diwakili dalam kromosom. RNA ribosom ditranskripsi dari DNA oleh RNA polimerase II. Messenger RNA, membawa instruksi untuk sintesis polipeptida, membentuk kompleks dengan subunit ribosom yang lebih kecil dan dengan aminoasil-tRNA inisiator. Subunit yang lebih besar kemudian menempel pada kompleks ini untuk membentuk ribosom fungsional, dan perakitan berurutan asam amino menjadi protein sekarang dapat dimulai.

SINTESIS PROTEIN.

Translasi mRNA menjadi polipeptida terjadi dalam tiga fase berturut-turut: inisiasi, pemanjangan rantai, dan terminasi.Inisiasi melibatkan pembentukan kompleks aminoasil-tRNA dan mRNA pada ribosom. Prosesnya kompleks dan melibatkan setidaknya tiga faktor inisiasi (protein sitoplasma) dan GTP. Pada prokariota dan mitokondria eukariota, inisiasi spesifik untuk N-formylmethionyl-tRNA, tetapi protein akhirnya tidak memiliki residu terminal N-formyl-methionine. Jadi deformilasi terjadi sebelum pelepasan protein dari nbosom. Dalam beberapa protein, metionin terminal juga dihilangkan. Dalam sel eukariotik, inisiasi sintesis protein sitoplasma juga melibatkan metionil-tRNA, tetapi dalam hal ini metionin tidak diformilasi.

Setelah sintesis rantai polipeptida telah dimulai, kelanjutan proses membutuhkan perlekatan aminoasil-tRNA dari asam amino kedua, seperti yang ditentukan oleh kodon kedua mRNA. Peptidil sintetase sekarang mengkatalisis pembentukan ikatan peptida antara asam amino pertama dan kedua, dan mRNA kemudian bergerak di sepanjang ribosom sehingga asam amino ketiga sekarang berada pada posisinya dengan pemanjangan rantai lebih lanjut. Dengan cara yang sama, seluruh rantai polipeptida disintesis dari terminal amino ke ujung terminal karboksi. MRNA memiliki polaritas yang berbeda saat bergerak di sepanjang ribosom, selalu membaca dari ujung 5 ke 3 ‘. Ketika kodon pemutusan rantai (triplet non-sense triplet) tercapai, pemanjangan berhenti dan rantai polipeptida dilepaskan dari ribosom.

Sebuah molekul mRNA tunggal dapat bergerak melintasi permukaan beberapa ribosom secara bersamaan. Sekelompok ribosom yang melekat pada satu untai mRNA disebut poliribosom; poliribosom yang mensintesis rantai globin (MW 17.000) rata-rata terdiri dari empat sampai enam ribosom. Diagram skematik kontrol genetik sintesis protein ditunjukkan pada Gambar 31-1.

MUTASI Dan Transmisi Genetik.

Didefinisikan secara luas, mutasi adalah perubahan DNA yang stabil dan dapat diwariskan. Mutasi terjadi kira-kira sekali dalam 10 * ulangan per gen. Mutasi dapat melibatkan perubahan besar dalam struktur kromosom, seperti duplikasi atau penghapusan, atau translokasi sebagian dari satu kromosom ke yang lain. Gangguan akibat mutasi jenis ini dibahas dalam Bab 35.

Mutasi juga bisa sangat kecil, melibatkan segmen DNA yang kecil sebagai basa tunggal. Ketika satu basis digantikan oleh yang lain, hasilnya adalah mutasi titik. Mutasi titik dapat terdiri dari tiga jenis: (1) mutasi sinonim (menjadi sekitar 23 persen dari mutasi titik acak), di mana substitusi basa menghasilkan penggantian satu kodon oleh kodon lain yang mengkode asam amino yang sama, seperti pada perubahan DNA dari GAA— * CAG, keduanya mengkode leusin; (2) mutasi missense (73 persen mutasi titik), di mana penggantian basa mengubah kodon satu asam amino menjadi asam amino lain, seperti AAG – * AGG, yang menghasilkan penggantian fenilalanin oleh residu serin ; atau (3) mutasi non-sense (4 persen mutasi titik, di mana penggantian basa mengubah amunisi dan kodon menjadi salah satu kodon terminator, seperti TTC-*ATC, yang menghasilkan perubahan pembacaan dari lisin menjadi “Berhenti.” Setelah mutasi titik selalu ada kemungkinan terbatas bahwa mutasi kedua dapat terjadi di lokasi mutasi asli. Jika mutasi semacam itu mengoreksi perubahan genetik, itu disebut reversi.

Penghapusan atau penyisipan basa tunggal menimbulkan mutasi pergeseran bingkai karena mereka mengubah kerangka baca kode genetik sehingga setiap triplet distal mutasi pada gen yang sama berubah. Mutasi frame-shift menghasilkan sintesis urutan asam amino baru di luar mutasi sampai kodon stop tercapai. Mutasi frame-shift dapat dikoreksi dengan mutasi kedua dari tipe yang berlawanan. Penghapusan basa tunggal diikuti dengan penyisipan basa tunggal akan mengembalikan kode awal, dan urutan asam amunisi yang diubah akan terbatas pada segmen yang sesuai dengan panjang pengkodean DNA antara dua mutasi, kecuali mutasi pertama atau pergeseran bingkai menghasilkan sinyal berhenti baru. Jika segmen transkripsi antara dua mutasi pendek dan tidak melibatkan daerah kritis polipeptida, protein baru yang berfungsi normal dapat diproduksi. Mutasi kedua yang terjadi di tempat baru yang mengoreksi efek yang pertama, seluruhnya atau sebagian, disebut mutasi supresor.

Selama proses meiosis, kromosom homolog berpasangan dan bertukar materi genetik dengan proses yang disebut pindah silang. Jika pasangan tidak tepat dalam register di sepanjang kromosom, persilangan yang tidak sama atau nonhomolog terjadi dan mengakibatkan penghapusan materi genetik dari satu kromosom dan duplikasi di kromosom lainnya. Penghapusan atau penyisipan dapat melibatkan segmen sekecil satu atau dua basa, atau sebesar segmen utama dari dua gen yang berdekatan, atau bahkan susunan beberapa gen yang melibatkan ribuan basa.

Contoh dari hampir semua kategori mutasi ini telah ditemukan di antara varian hemoglobin manusia. Sebagai contoh, hemoglobin sel sabit berbeda dari hemoglobin normal dalam penggantian residu asam glutamat oleh valin di posisi keenam rantai (3. Mutasi menghasilkan penggantian A oleh U dalam kodon RNA, GAG – * GUG.Mb McKees-Rock adalah 144 residu 0 rantai vanant yang tidak memiliki dua terakhir asam amino C-termal tirosin dan histidin, sebagai akibat dari konversi kodon tirosin UAU menjadi kode, dan urutan asam amunisi yang diubah akan dibatasi ke segmen yang sesuai dengan panjang pengkodean DNA antara dua mutasi, kecuali mutasi pertama atau pergeseran bingkai menghasilkan sinyal berhenti baru. Jika segmen yang ditranskripsikan antara dua mutasi pendek dan tidak melibatkan daerah kritis polipeptida, protein baru dengan fungsi normal dapat diproduksi.Mutasi kedua yang terjadi di tempat baru yang mengoreksi efek yang pertama, seluruhnya atau sebagian, disebut mutasi supresor.

REGULASI AKSI GEN.

Dalam jaringan mamalia hanya 10 hingga 20 persen gen struktural yang ditranskripsikan setiap saat. Kumpulan gen yang berbeda ditranskripsi pada berbagai tahap diferensiasi dan di jaringan yang berbeda. Salah satu contohnya adalah sel hematopoietik, yang menghasilkan seta dan epsilon pertama, atau epsilon dan alfa, rantai globin (hembrionik hemoglobin), kemudian rantai a dan (hemoglobin janin), kemudian setelah kelahiran a dan (3 rantai (hemoglobin dewasa) dan sejumlah kecil rantai a dan 6 (Hb-A,). Produksi rantai zeta, t, dan -y dimatikan secara berurutan. Gen untuk enam rantai globin disusun secara berurutan dalam arah 5 ‘ke 3 pada lengan pendek kromosom 11: epsilon-2, epsilon-1, G-gamma, A-gamma, delta, dan beta Dengan kemajuan perkembangan janin dan bayi, gen di dekat ujung 5 dimatikan dan gen yang lebih dekat ujung 3 diaktifkan.

Dasar aksi gen diferensial dalam sel mamalia kurang dipahami. Selama bertahun-tahun histon telah dianggap sebagai kandidat sebagai faktor pengatur dalam ekspresi informasi genetik, tetapi ini sekarang dianggap tidak mungkin. Histon tampaknya hanya menutupi sekitar 20 persen DNA di lokasi acak, menyisakan 80 persen molekul DNA yang tersedia untuk interaksi dengan protein nonhiston dan asam nukleat. Dari percobaan rekonstruksi yang menggunakan protein kromatin asam yang diisolasi dari organ tertentu, sekarang tampak bahwa protein nonhiston mengenali urutan spesifik dalam molekul DNA dan bahwa kekhususan ekspresi gen terletak pada protein kromatin asam, daripada histon.

Hormon tertentu memiliki efek mendalam pada ekspresi gen spesifik dalam sistem mamalia. Clucocorticoids pertama mengikat reseptor sitoplasma, dan kompleks hormon-reseptor kemudian memasuki nukleus, di mana ia menempel pada kromatin dan menginduksi sintesis protein spesifik. Triiodotyrosine, sebaliknya, mengikat langsung ke reseptor nuklir sebelum menginduksi ekspresi gen melalui pengaruh pada aktivitas DNA-dependent RNA polimerase dan laju sintesis RNA.

Azacytidine baru-baru ini ditemukan untuk merangsang produksi hemoglobin janin pada manusia. Efek ini mungkin bermanfaat dalam (3-thalassemia dan penyakit sel sabit. Tindakan azacytidine sangat cepat sehingga mungkin melibatkan efek pada pemrosesan transkrip RNA raksasa daripada pada ekspresi gen.