Hubungan Kelainan Gen Globin dengan Penyakit
Thalasemia β
Ellisa
Fakultas Kedokteran Ukrida
Jalan Terusan Arjuna No.6, Jakarta
Email: [email protected]
Pendahuluan
Dengan berkembangnya teknologi di abad ke 20 ini, semakin berkembang pesat pula
kemajuan IPTEK di dunia, terutama pada bidang biologi molekuler, seperti gen. Adanya
kemajuan teknologi tersebut menjadikan proses replikasi, transkripsi, dan translasi dapat
disimak lebih lanjut. Selain itu dapat diketahui pula kelainan-kelainan gen pada proses
tersebut yang sering disebut mutasi gen.
Cooley pertama kali melaporkan penyakit thalasemia pada tahun 1925.1 Kata
thalasemia berasal dari bahasa Yunani yang berarti laut dan digunakan pertama kali oleh
Whipple dan Bradford pada tahun 1932. Penyakit ini tersebar luar dari daerah Mediteranian
sampai kawasan Asia Tenggara termasuk Indonesia. Pada daerah tertentu di Italia dan negara
Mediteranian frekuensi carrier thalasemia beta mencapai 15-20%. Di Muang Thai 20%
penduduknya mempunyai satu atau jenis lain thalasemia alfa. Secara singkat, thalasemia
merupakan kelainan yang terjadi pada gen globin. Gen globin merupakan bagian dari
molekul hemoglobin. Kelainan pada gen globin ini dapat menyebabkan thalasemia.
Hemoglobin
Hemoglobin adalah molekul yang berbentuk bulat dan terdiri atas empat subunit.2
Tiap-tiap subunit mengandung satu gugus heme yang terkonjugasi oleh suatu polipeptida.
Heme adalah suatu derivate porfirin yang mengandung besi. Polipeptida-polipeptida itu
secara kolektif disebut globin dari molekul hemoglobin.
Pada hemoglobin manusia dewasa normal (hemoglobin A), dua jenis polipeptida
dinamakan rantai α, dan masing-masing mengandung 141 residu asam amino, dan rantai β,
yang masing-masing mengandung 146 residu asam amino. Jadi, hemoglobin A diberi kode
1
α2β2. Tidak semua hemoglobin di dalam darah orang dewasa normal berupa hemoglobin A.
sekitar 2,5% hemoglobin adalah hemoglobin A2, yang rantai β-nya digantikan oleh rantai δ
(α2δ2). Rantai δ juga mengandung 146 residu asam amino, namun 10 macam residu asam
amino-nya berbeda dari residu asam amino di rantai β.
Ada derivat hemoglobin A dalam jumlah kecil yang terkait erat dengan hemoglobin A
satu glukosa yang menempel pada valin terminal di setiap rantai β.
Sintesis hemoglobin dibentuk dalam sitoplasma sel dalam proeritroblas dan sampai
stadium retikulosit, karena ketika retikulosit meninggalkan sumsum tulang dan masuk ke
dalam aliran darah, maka retikulosit tetap membentuk sedikit hemoglobin selama beberapa
hari berikutnya. Pertama, suksinil-KoA, yang dibentuk dalam siklus Krebs berikatan dengan
glisin untuk membentuk molekul pirol. Kemudian empat pirol bergabung membentuk
m9olekul heme. Akhirnya, setiap molekul heme bergabung dengan rantai polipeptida panjang
yang disebut globin, yang disintesis oleh ribosom, membentuk suatu subunit hemoglobin
yang disebut rantai hemoglobin. tiap-tiap rantai ini mempunyai berat molekul kira-kira
16.000; empat dari molekul ini selanjutnya akan berikatan satu sama lain secara longgar
untuk membentuk molekul hemoglobin yang lengkap.
Terdapat beberapa variasi kecil pada rantai subunit hemoglobin yang berbeda,
bergantung pada susunan asam amino di bagian polipeptida. Tipe-tipe rantai itu disebut
rantai alfa, rantai beta, rantai gamma, dan rantai delta. Bentuk hemoglobin yang paling
umum pada orang dewasa, yaitu hemoglobin A, merupakan kombinasi dari dua rantai alfa
dan dua rantai beta.
Karena setiap rantai mempunyai sekelompok prostetik heme, maka terdapat 4 atom
besi dalam setiap molekul hemoglobin; masing-masing dapat beikatan dengan 1 molekul
oksigen, total membentuk 4 molekul oksigen (atau 8 atom oksigen) yang dapat diangkut oleh
setiap molekul hemoglobin. Hemoglobin A mempunyai berat molekul 64.458.
Sifat rantai hemoglobin menentukan afinitas ikatan hemoglobin terhadap oksigen.
Abnormalitas ranatai ini dapat mengubah sifat-sifat fisik molekul hemoglobin. Contohnya
pada anemia sel sabit. Pada orang normal, persentase hemoglobin di setiap sel hampir selalu
berada di tingkat maksimal (sekitar 34 mg/dL). Darah mengandung rata-rata 15 gram
hemoglobin per 100 mililiter (16 gram pada pria dan 14 gram pada wanita).2,3 Setiap gram
hemoglobin murni mampu berikatan dengan sekitar 1,34 mililiter oksigen. Pada orang
normal, lebih dari 20 mililiter oksigen dapat diangkut dalam bentuk terikat ke hemoglobin
oleh setiap 100 mililiter darah.
2
Kelainan hemoglobin disebabkan oleh sintesis hemoglobin abnormal dan
berkurangnya kecepatan sintesis rantai globin α- atau β- yang normal (thalasemia α dan β).2,4
Hemoglobin tak stabil jarang ditemukan dan menyebabkan terjadinya anemia hemolitik
kronik dengan keparahan yang bervariasi disertai hemolisis intravascular. Hemoglobin
abnormal juga dapat menyebabkan terjadinya polisitemia (familial) atau methemoglobinemia
kongenital.
Ada dua tipe utama kelainan herediter hemoglobin pada manusia, hemoglobinopati,
yaitu pembentukan rantai polipeptida abnormal, dan thalasemia serta gangguan sejenis yaitu
terdapat struktur rantai hemoglobin yang normal tetapi dihasilkan dalam jumlah yang sedikit
atau tidak diproduksi karena adanya defek pada bagian pengatur gen globin.2,5 Jika suatu gen
abnormal yang diwariskan dari salah satu orang tua memerintahkan pembentukan
hemoglobin abnormal, separuh hemoglobin dalam sirkulasi akan bersifat abnormal dan
separuhnya lagi, normal. Bila gen abnormal yang identik diturunkan dari kedua orang tua
individu tersebut homozigot dan semua hemoglobinnya abnormal.
Kadar hemoglobin dalam darah yang rendah dikenal dengan istilah anemia. Ada
banyak penyebab anemia diantaranya yang paling sering adalah perdarahan, kurang gizi,
gangguan sumsum tulang, pengobatan kemoterapi dan abnormalitas hemoglobin bawaan.
Kadar hemoglobin yang tinggi dapat dijumpai pada orang yang tinggal di daerah dataran
tinggi dan perokok. Beberapa penyakit seperti radang paru paru, tumor dan gangguan
sumsum tulang juga bisa meningkatkan kadar hemoglobin.
Defek genetik hemoglobin merupakan kelainan genetik yang paling banyak
ditemukan di seluruh dunia. Kelainan ini terdapat di daerah-daerah tropis dan subtropis, dan
sebagian besar tampaknya telah terseleksi karena keadaan karier menghasilkan semacam
perlindungan terhadap malaria. Thalasemia-β lebih banyak ditemukan di daerah mediterania,
sedangkan thalasemia-α lebih banyak ditemukan di Timur jauh.1
Hukum Mendel
Hukum segregasi dan pemilihan independen Mendel adalah aplikasi spesifik dari
aturan umum probabilitas serupa yang diaplikasikan untuk pelemparan koin atau dadu.6
Memiliki pemahaman dasar akan aturan peluang ini adalah hal penting dalam analisis
genetika. Kisaran angka probabilitas adalah dari 0 sampai 1. Suatu kejadian yang pasti akan
terjadi mempunyai probabilitas 1, sedangkan suatu kejadian yang pasti tidak akan terjadi
mempunyai probabilitas 0.
3
Genetika adalah cabang ilmu dalam biologi yang mempelajari hal-hal yang
berhubungan dengan gen atau asal usul.6,7 Dalam genetika akan dipelajari bagaimana sifat
keturunan (hereditas) itu diwariskan kepada anak-cucu, serta variasi yang mungkin timbul
didalamnya. Sejak penemuan Gregor Mendel (1822 - 1884), pengetahuan
genetika berkembang dan menjadi satu lapangan pandang ilmu dalam
Biologi. Mendel berhasil mengamati suatu macam sifat keturunan
(karakter) dari generasi ke generasi, dan berhasil membuat perhitungan
matematika tentang sifat genetis karakter tersebut. Faktor genetisnya disebut
determinant. Karena itu, Mendel disebut sebagai Bapak Genetika, yang memberi dasar
pengetahuan genetika modern.Kemajuan yang paling pesat dari genetika berlangsung
semenjak diakuinya asam nukleat sebagai material dasar gen untuk seluruh organisme.
Dengan pengetahuan tentang asam nukleat dapat dipelajari struktur, ekspresi dan proses
pewarisan gen secara kimia. Informasi genetika dikandung dalam bentuk runtunan asam
amino pada rantai polipeptida protein dan enzim. Protein dan enzim merupakan senyawa-
senyawa penting bagi kehidupan organisme.
Teori pertama tentang proses pewarisan yang kebenarannya dapat diterima ialah yang
dikemukakan Mendel (1876). Penemuan teori ini menandai lahirnya genetika (Genetika
Modern). Mendel mengemukakan teorinya berdasarkan pada hasil penelitian mengenai
percobaan persilangan terhadap berbagai varietas kacang kapri (Pisum sativum).
Kesimpulan dari percobaan Mendel, diantaranya :7
1. Hibrid, adalah hasil persilangan dua individu dengan tanda beda, memiliki sifat yang
mirip dengan induknya dan setiap hibrid mempunyai sifat yang sama dengan hybrid.
2. Karakter (sifat) dari keturunan suatu hibrid selalu timbul kembali secara teratur dan
memberi petunjuk bahwa tentu ada faktor-faktor tertentu yang mengambil peranan
dalam pemindahan sifat dari satu generasi ke generasi berikutnya.
3. Suatu hukum atau pola akan dapat diketahui dengan cara mengadakan banyak
persilangan dan menghitung bentuk-bentuk yang berbeda seperti yang tampak dalam
keturunan.
Disamping itu, Mendel juga mengemukakan 4 macam postulat dari hasil penelitiannya,
yaitu:7
1. Faktor keturunan (gen) berupa benda dan selalu berpasangan pada individu diploid,
bertanggung jawab pada penurunan sifat-sifat.
4
2. Pada gametogenesis kedua faktor tersebut berpisahan atau disegregasi sehingga setiap
gamet hanya memiliki salah satu dari pasangan faktor tersebut. Kemudian dari
postulat ini menjadi Hukum Mendel I atau Hukum Segregasi. Dua gen yang disatukan
melalui perkawinan akan tetap mempertahankan identitasnya, dan dalam proses
pembentukan gamet gen tersebut akan berpisah kembali yang dikenal dengan Hukum
Segregasi.
3. Faktor keturunan (gen) ada yang bersifat dominan dan ada yang bersifat resesif,
disebut Prinsip dominan-resesif.
4. Bila ada dua faktor keturunan yang diperlukan, maka pada gametogenesis terjadi
pilihan bebas (independent assortment), sehingga segala macam kombinasi mungkin
terjadi dalam jumlah yang sama. Postulat ini disebut Hukum Mendel II atau Hukum
Pilihan Bebas. Hukum Mendel II berlaku ketika pembentukan gamet, dimana gen
sealel secara bebas pergi ke masing-masing kutub ketika meiosis disebut juga Hukum
Asortasi. Dihibrid adalah persilangan dengan dua tanda atau dua sifat beda. Mendel
dapat mengambil kesimpulan bahwa anggota dari sepasang gen memisah secara bebas
(tidak saling mempengaruhi) ketika berlangsung meiosis selama pembentukan gamet-
gamet. Hukum Mendel II disebut juga “Hukum Pengelompokkan Gen secara Bebas”.
Proses replikasi, transkripsi, dan translasi
Sintesis DNA terjadi melalui proses replikasi di dalam inti sel. Replikasi (lihat
gambar 1) diawali dengan terbukanya pilinan dan pemisahan rantai oleh enzim helikase atau
enzim topoisomerase sehingga terbentuk dua pita ikat tunggal. Kedua pita tersebut berfungsi
sebagai cetakan DNA baru yang sama dengan bantuan enzim DNA polymerase. Satu sifat
DNA yang double helix yang mempengaruhi replikasi yaitu kedua DNA bersifat antiparalel
artinya ikatan gula-fosfat kedua pita berlawanan arah. Jika dibayangkan untai double helix
yang panjang yang hanya terdiri dari fosfat, gula pentosa, dan basa diberi nomor 1 hingga 5
terdapat gugus fosfat berikatan pada rantai C no 3 dan 5. Hasilnya terdapat dua buah pita
DNA baru dengan arah 5’→3’. Oleh karena itu , dalam pembentukan DNA baru akan
terdapat pembentukan pita yang kontinu (5’→3’) tanpa terputus dan diskontinu (3’→5’)
terputus-putus. Pembentukannya diawali dengan pembentukan RNA primer oleh enzim
primase dan diteruskan oleh DNA polymerase membentuk fragmen DNA yang disebut
fragmen Okazaki. RNA primer akan digantikan DNA bersamaan dengan penyambungan
fragmen Okazaki oleh enzim ligase. Akibatnya terbentuk pita DNA baru yang utuh.
5
Gambar 1. Replikasi DNA (sumber: www.google.com)
Proses sintesis protein terbagi atas transkripsi dan translasi (lihat gambar 2). Seperti
telah diketahui bahwa DNA sebagai media untuk proses transkripsi suatu gen berada di
kromosom dan terikat oleh oleh protein histon. Saat menjelang prosestranskripsi berjalan,
biasanya didahului signal dari luar akan kebutuhan suatu protein atau molekul lain yang
dibutuhkan untuk proses pertumbuhan, perkembangan, metabolisme, dan fungsi lain di
tingkat sel maupun jaringan. Kemudian RNA polymerase II akan mendatangi daerah
regulator elemen dari gen yang akan ditranskripsi. Kemudian RNA polymerase ini akan
menempel (binding) di daerah promotor spesifik dari gen yang akan disintesis proteinnya,
daerah promotor ini merupakan daerah consensus sequences, pada urutan -10 dan -35 dari
titik inisiasi (+1) yang mengandung urutan TATA-Box sebagai basal promotor. Setelah itu
polymerase ini akan membuka titik inisiasi (kodon ATG) dari gen tersebut dan mengkopi
semua informasi secara utuh baik daerah axon maupun intron, dalam bentuk molekul
immature mRNA (messenger RNA). Kemudian immature mRNA ini diolah pada proses
splicing dengan menggunakan smaalnuclearRNA (snRNA) complex yang akan memotong
hanya daerah intron, dan semua exon akan disambungkan menjadi satu urutan gen utuh tanpa
non-coding area dan disebut sebagai mature mRNA. Pada tahap berikutnya, mRNA ini
diproses lebih lanjut pada proses translasidi dalam ribosom, dalam tiga tahapan pokok yaitu
inisiasi yang mengawali sintesis polipeptida dari kodon AUG yang ditranslasi sebagai asam
6
amino metionin. Secara singkat, proses ini berlangsung dengan bantuan initiation factor (IF-
1. IF-2, dan IF-3) dan enzim tRNA-metionin sintetase (pada bakteri diawali oleh
formylmethionine) sehingga tRNA dan asam amino metionin membentuk ikatan cognate dan
bergerak ke ribosom tempat sintesis protein berlangsung. Langkah selanjutnya adalah
elongasi atau pemanjangan polipeptida sesuai dengan urutan kodon yang dibawa oleh
mRNA.
Pada proses elongasi ini diperlukan elongation factor complex. Seperti juga proses
inisiasi enzim tRNA-amino acid snthethase berperan dalam pembentukan cognate antara
tRNA dan asam amino lainnya dari sitoplasma yang sesuai dengan urutan kodon mRNA
tersebut. Proses elongasi akan berhenti sampai kodon terminasi dan poly-adenyl (poly-A),
dan diakhiri sebagai proses terminasi yang dilakukan oleh rho-protein. Polipeptida akan
diproses sebagai molekul protein yang fungsional setelah melalui proses post translation di
retikulum endoplasmik (RE) hingga tingkat jaringan.
Gambar 2. Transkripsi dan translasi (sumber: www.google.com)
Transkripsi
7
Gambar 3. Proses transkripsi (sumber: www.google.com)
Proses transkripsi dibagi menjadi empat tahap yaitu :5,8
1. Pra-inisiasi
Pada eukariota, RNA polymerase, untuk inisiasi transkripsi, memerlukan
kehadiran sekuens promotor dalam DNA. Promotor adalah daerahc dari DNA yang
tempat menempelnya RNA polymerase. RNA polymerase harus mampu mengikat
promotor dengan bantuan berbagai faktor transkripsi spesifik. Perhatikan gambar 3.
Jenis yang paling umum promotor pada eukariota adalah sekuens DNA
pendek yang dikenal sebagai kotak TATA. Kotak TATA, sebagai promotor, adalah
situs pengikatan untuk faktor transkripsi yang dikenal sebagai TATA binding protein
(TBP), yang merupakan subunit dari faktor transkripsi yang lain, yang disebut
Transcription Factor II D (TFIID). Setelah TFIID mengikat mengikat ke kotak TATA
melalui TBP, lima faktor transkripsi dan RNA polymerase bergabung di sekeliling
kotak TATA dalam serangkaian tahapan pra-inisiasi untuk membentuk kompleks.
Salah satu faktor transkripsi, DNA helikase, memiliki aktivitas helikase sehingga
berfungsi memisahkan helai DNA beruntai ganda untuk menyediakan untai tunggal
DNA template. Namun, hanya yang rendah, atau basal, tingkat transkripsi digerakkan
oleh kompleks pra-inisiasi sendirian. Protein lain yang dikenal sebagai activator dan
repressor, bersama dengan yang terkait coactivators atau corepressors, bertanggung
jawab untuk modulasi tingkat transkripsi.9
2. Inisiasi
Inisiasi transkripsi pada eukariota lebih kompleks (lihat gambar 4). RNA
polymerase eukariot tidak secara langsung mengenali urutan promoter inti.
Sebaliknya, kumpulan protein yang disebut faktor transkripsi menengahi pengikatan
RNA polymerase dan dimulainya transkripsi. Hanya setelah faktor transkripsi tertentu
yang melekat pada promotor baru RNA polymerase dapat mengikatnya. Pengikatan
8
faktor-faktor transkripsi dan RNA polymerase pada promotor, membentuk kompleks
inisiasi transkripsi.9
Gambar 4. Proses inisiasi (sumber: www.google.com)
3. Elongasi
Gambar 5. Proses elongasi (sumber: www.google.com)
Satu untai DNA, untai template (atau noncoding untai), digunakan sebagai
template untuk sintesis RNA. Dalam proses transkripsi, RNA polymerase melintasi
untai cetakan dan menggunakan kecocokan pasangan basa dengan DNA template
untuk membuat salinan RNA. Meskipun RNA polymerase melintasi untai template
dari 3’→5’, untai pengkodean (non template) dan RNA yang baru terbentuk juga
dapat digunakan sebagai titik acuan, sehingga transkripsi dapat digambarkan sebagai
9
terjadi 5’→3’. Ini menghasilkan molekul RNA dari 5’→3’, sebuah duplikat yang
sama persis pengkodean untai (kecuali yang timin digantikan dengan urasil dan
nukleotida terdiri dari sebuah gula ribosa (5-karbon) sedangkan DNA telah
terdeoksiribosa (kurang satu atom oksigen) dalam tulang punggung gula fosfat.
Tidak seperti replikasi DNA, transkripsi mRNA dapat melibatkan berbagai
RNA polymerase pada satu cetakan DNA dan beberapa putaran transkripsi
(amplifikasi mRNA tertentu), begitu banyak molekul mRNA dapat dengan cepat
dihasilkan dari satu salinan gen.9 Amati gambar 5.
4. Terminasi
Berakhirnya polymerase RNA ditandai oleh disosiasi kompleks transkripsi
atau terlepasnya enzim RNA polymerase beserta kofaktor-kofaktornya dari untai
DNA cetakan. Begitu pula halnya dengan molekul RNA hasil sintesis. Hal ini terjadi
ketika RNA polymerase mencapai urutan basa tertentu yang disebut dengan
terminator.
Terminasi transkripsi dapat terjadi oleh dua macam sebab, yaitu terminasi
yang hanya bergantung kepada urutan basa cetakan (disebut terminasi diri) dan
terminasi yang memerlukan kehadiran suatu protein khusus (protein rho). Di antara
keduanya terminasi diri lebih umum dijumpai. Terminasi diri terjadi pada urutan basa
palindrom yang diikuti oleh beberapa adenine (A). Urutan palindrom adalah urutan
yang sama jika dibaca dari dua arah yang berlawanan. Oleh karena urutan palindrom
ini biasanya diselingi oleh beberapa basa tertentu, maka molekul RNA yang
dihasilkan akan mempunyai ujung terminasi berbentuk batang dan kala (loop).10 Lihat
gambar 6.
10
Gambar 6. Proses terminasi (sumber: www. nayfahsai.blogspot.com)
Translasi
Tahapan-tahapan dalam proses translasi, yaitu :5,8
1. Inisisasi
Inisiasi translasi pada organism eukariotik melibatkan faktor inisiasi yang
lebih banyak daripada translasi prokariotik. Faktor inisiasi translasi untuk organisme
eukariot dinamai eIFs (eukaryote Initiation Factor). Komponen pada tahap inisisasi
organisme eukariot adalah kodon inisiasi (AUG), lima faktor inisiasi (eIF1, eIF2,
eIF3, eIF4, eIF5), tRNA inisiator (met-tRNA), ribosom subunit 40S dan 60S, GTP
dan ATP. Pada eukariot tRNA inisiator aminoasil-tRNA, GTP dan eIF2 membentuk
kompleks terlebih dahulu sebelum berikatan dengan subunit 40S.9
Tahap pertama meliputi pembentukan kompleks pre-inisiasi (pre-initiation
complex). Struktur ini terdiri dari subunit 40S ribosom, ‘ternary complex’ yang
tersusun dari faktor inisiasi eIF-2 yang terikat tRNA Met inisiator, molekul GTP, dan
tiga faktor eIF-1, eIF-1A, eIF-3. Seperti pada bakteria, tRNA inisiator ini tidak
mengenali kodon internal 5’-AUG-3’. Kompleks pre-inisiasi selanjutnya bergabung
dengan ujung 5’ mRNA. Tahapan ini memerlukan kompleks pengikatan tudung (cap
binding complex), kadang-kadang disebut eIF-4F, yang terdiri dari faktor inisiasi eIF-
4A, Eif-4E, dan eIF-4G. faktor inisiasi eIF-4G berfungsi sebagai jembatan antara eIF-
4E (yang terikat pada tudung) dan eIF-3 (yang terikat pada kompleks pre-inisiasi).
11
Hasil dari tahap ini adalah kompleks pre-inisiasi menjadi terikat pada daerah ujung 5’
mRNA. Pengikatan ini juga dipengaruhi oleh ekor poli (A) ujung 3’ mRNA. Interkasi
ini diduga dimediasi oleh protein PADP (polyadenylate-binding protein), yang terikat
pada ekor poli (A).11
Setelah kompleks pre-inisiasi mengikat ujung mRNA, kompleks ini sekarang
disebut kompleks inisiasi (initiation complex), harus menggeserkan posisinya
(scanning) sepanjang mRNA sampai mencapai kodon inisiasi. Daerah yang harus
dipindai (scanning) ini disebut daerah leader mRNA eukariotik, panjangnya dapat
beberapa puluh atau bahkan ratusan nukleotida dan seringkali mengandung daerah
yang membentuk struktur tusuk konde (hairpins) dan struktur pasangan basa lain. Ada
dugaan, struktur tersebut dihilangkan kombinasi faktor inisiasi eIF-4A, dan mungkin
juga eIF-4B, mempunyai aktivitas helikase yang dapat memutuskan ikatan basa
intramolekuler mRNA sehingga dapat melapangkan jalan kompleks inisiasi. Kodon
inisiasi yang biasanya 5’AUG3’ pada eukariot, dapat dikenali sebab urutan ini
terdapat dalam urutan consensus pendek, 5’ACCAUGG3’, yang dikenal sebagai
consensus Koza (Kozak consensus).
Ketika kompleks inisiasi telah menduduki kodon inisiasi, subunit besar
ribosom akan mengikat kompleks inisiasi ini. Seperti pada bakteria, tahap ini
memerlukan hidrolisis GTP dan pelepasan faktor-faktor inisiasi. Faktor inisiasi
terakhir yang terlibat pada tahap ini adalah eIF-5 (yang membantu pelepasan faktor-
faktor inisiasi lain) dan eIF-6 (yang bergabung dengan subunit besar yang tidak terikat
dan mencegah untuk menempel pada subunit kecil di dalam sitoplasma).
2. Elongasi
Setelah kompleks inisiasi terbentuk proses translasi dilanjutkan dengan
pemanjangan rantai polipeptida (tahap elongasi). Mekanisme elongasi pada organisme
eukariot mirip dengan mekanisme elongasi pada organisme prokariot. Tahap awal
elongasi adalah pengikatan aminoasil-tRNA pada situr A melalui penggabungan
dengan kodon kedua mRNA. Aminoasil-tRNA memasuki ribosom dengan bantuan
faktor elongasi eIF-1 membentuk kompleks dengan GTP. Faktor elongasi merupakan
protein yang berasosiasi terus menerus dengan ribosom selama penambahan asam
amino pada rantai polipeptida.
12
3. Terminasi
Pemanjangan rantai polipeptida berlangsung terus menerus sampai kodon
yang tidak dikenali oleh anti kodon yang dibawa oleh tRNA. Sel prokariot dengan sel
eukariot juga tidak memiliki tRNA dengan anti kodon yang komplemen dengan sinyal
terminasi, tetapi memiliki faktor terminasi (release factor, RF) yang mengenali sinyal
terminasi sintesis protein. Pada organisme eukariot hanya terdapat satu faktor
terminasi yaitu RF yang mengenali ketiga kodon stop UAG, UAA, dan UGA. RF
berikatan dengan kodon terminasi pada situs A ribosom dan menstimulasi hidrolisis
ikatan tRNA dan rantai polipeptida pada situs P yang menyebabkan rantai polipeptida
lepas dari ribosom, tRNA dilepaskan serta subunit ribosom dan template mRNA
berdisosiasi.
Pada bakteri proses transkripsi dan translasi bisa terjadi bersamaan karena
DNA berada di sitoplasma dan semua proses replikasi, transkripsi, dan translasi
terjadi di sitoplasma. Bahkan mRNA yang belum selesai ditranskripsi sudah mulai
ditranslasi. Tetapi pada eukariot keadaannya berbeda, karena replikasi dan transkripsi
terjadi di dalam inti. mRNA kemudian dibawa ke sitoplasma untuk ditranslasi.
Mutasi
DNA merupakan molekul yang mudah rusak. Namun integritasnya dilindungi oleh
enzim-enzim yang sanggup memperbaiki secara cermat beberapa jenis kerusakan tertentu
pada salah satu rantai polinukleotida sepanjang rantai lainnya utuh.
DNA dapat mengalami kerusakkan yang disebabkan oleh faktor kimia dan fisika
seperti :
1. Sinar UV
2. Radiasi yang bersifat mengionisasi
3. Senyawa kimia yang reaktif
4. Perubahan ph
5. Suhu
Mutasi diakibatkan kerusakkan nukleotida DNA atau dari kesalahan yang tidak
diperbaiki selama replikasi dapat ditranskripsi ke mRNA menyebabkan susunan abnormal
dari asam amino. Mutagen adalah faktor yang merusak DNA dan menyebabkan mutasi.
Mutagen dapat menyebabkan sel normal menjadi sel kanker. Mutasi pada gen dapat
mengarah pada munculnya alel baru dan menjadi dasar bagi kalangan pendukung evolusi
13
mengenai munculnya variasi-variasi baru pada spesies. Mutasi terjadi pada frekuensi rendah
di alam, biasanya lebih rendah daripada 1 : 10.000 individu. Mutasi di alam dapat terjadi
akibat zat pembangkit mutasi (mutagen, termasuk karsinogen), radiasi surya maupun
radioaktif, serta loncatan energi listrik seperti petir.12
Mutasi gen yaitu perubahan pasangan basa pada satu gen. Bila melibatkan satu pasang
basa maka disebut mutasi titik. Mutasi titik dapat dibedakan lagi menjadi:7
a. Delesi
Delesi merupakan hilangnya sebagian segmen kromosom karena putus secara
tunggal atau ganda (perhatikan gambar 7). Bagian kromosom yang terpisah bila
tidak memiliki sentromer disebut Fragmen Asentrik. Fragmen asentrik tidak akan
ditarik ke kutub dan hilang pada proses mitosis atau meiosis. Pada Gambar di
bawah ini dapat dilihat proses delesi kromosom, pada B terbentuk kromosom
cincin bila terjadi putus di bagian terminal dan kromosom dengan ujung lengket
akan membentuk kromosom cincin. Pada C I bagian kromosom yang terpisah
masuk di antara kromosom lain dengan putus secara tunggal dan terbentuk insersi
( C II).
Gambar 7. Delesi kromosom(sumber :www.ghr.nlm.nih.gov/handbook/illustrations/chromosomaldeletion.jpg)b. Duplikasi
Duplikasi terjadi karena hasil pindah silang antara kromosom homolog yang tidak
sebanding (sama), sehingga ada gen yang ganda (perhatikan gambar 8). Duplikasi
lebih umum didapat dan efeknya tidak sejelek delesi, bahkan duplikasi kecil
mungkin merupakan salah satu mekanisme evolusi.
14
Gambar 8. Duplikasi kromosom(sumber : www.ghr.nlm.nih.gov/handbook/illustrations/chromosomalduplication.jpg)
c. Inversi
Inversi dimulai dengan putusnya kromosom pada dua tempat (amati gambar 9).
Bagian kromosom yang terpisah berputar 180o, kemudian bertaut kembali. Disini
urutan gen yang mengalami inversi jadi terbalik. Misalnya kromosom dengan
urutan gen ABCDEFGH setelah putus antara CD dan FG kemudian membentuk
kromosom lagi dengan urutan ABCFEDGH.
Bila putusnya di salah satu pihak sentromer maka terjadi inversi parasentrik.
Tetapi bila putusnya di sebelah menyebelah sentromer, maka terbentuk inversi
perisentrik.
Gambar 9. Inversi kromosom
(sumber: ghr.nlm.nih.gov/handbook/illustrations/inversion.jpg)
15
d. Insersi
Insersi adalah suatu tipe translokasi dimana potongan kromosom itu masuk di
antara kromosom nonhomolog yang putus. Untuk memudahkan penafsiran proses
insersi perhatikan gambar 10.
Gambar 10. Insersi kromosom(Sumber: www.accessexcellence.org/RC/VL/GG/images/insertion.gif)
e. Translokasi
Translokasi adalah suatu peristiwa berpindahnya bagian kromosom ke bagian
kromosom non-homolog. Kejadian ini juga dimulai dengan putusnya kromosom
pada kedua kromosom non-homolog tersebut. Translokasi resiprok yaitu
perpindahan segmen kromosom timbal balik. Dari translokasi ini dapat
menimbulkan translokasi homozigot dan translokasi heterozigot. Ada juga
translokasi tidak seimbang dan seimbang. (lihat gambar 11 dan 12).
Gambar 11. Unbalanced translocation(Sumber : www.ghr.nlm.nih.gov/handbook/illustrations/unbalancedtranslocation.jpg)Gambar 12. Balanced translocation
16
(sumber: www.ghr.nlm.nih.gov/handbook/illustrations/balancedtranslocation.jpg)
Contoh mutasi titik adalah penyakit thalasemia-β (thalasemia ditandai dengan cacat
pada proses sintesis subunit hemoglobin, sehingga penyakit thalasemia-β akan terjadi kalau
poduksi β-globin tidak mencukupi).13 Mutasi yang terjadi dalam gen akan merubah kodon
sehingga merubah asam amino yang di kode oleh kodon sehingga dapat merubah polipeptida.
Namun, tidak semua mutasi yang merubah kodon akan merubah asam amino, karena adanya
asam amino yang di kode oleh beberapa kodon. Mutasi gen dapat juga dibedakan berdasarkan
pengaruhnya terhadap kodon, yaitu :9
1. Mutasi frameshift adalah mutasi yang disebabkan oleh penyisipan atau penghapusan
dari sejumlah nukleotida yang tidak terbagi merata menjadi tiga dari sekuens DNA.
Karena sifat triplet ekspresi gen oleh kodon, penyisipan atau penghapusan dapat
mengganggu pembacaan, sehingga menghasilkan terjemahan yang sama sekali
berbeda dari aslinya. Semakin awal dalam urutan penghapusan atau penyisipan
terjadi, maka semakin mengubah protein yang dihasilkan.
2. Sebuah mutasi nonsense adalah sebuah titik dalam urutan mutasi DNA yang
menghasilkan kodon stop premature, atau kodon nonsense dalam transkripsi mRNA,
dan sintesis protein terhenti sebelum waktunya, dan produk protein yang dihasilkan
sering nonfungsional.
3. Missense mutasi atau mutasi nonsynonymous adalah jenis mutasi titik dimana satu
nukleotida yang berubah menyebabkan penggantian asam amino yang berbeda. Hal
ini dapat membuat protein yang dihasilkan tidak berfungsi. Mutasi seperti ini dapat
menyebabkan penyakit seperti Epidermolysis bullosa, penyakit sel sabit, dan
ditengahi SODI ALS.
4. Mutasi netral adalah mutasi yang terjadi pada kodon asam amino yang akan
menghasilkan asam amino yang kegunaannya berbeda, tetapi secara kimiawi mirip.
Kesamaan antara keduanya mengakibatkan tidak berpengaruhnya produk protein yang
dihasilkan. Sebagai contoh, perubahan dari AAA ke AGA akan menyandikan lisin,
molekul yang secara kimiawi serupa dengan arginin.
5. Silent mutasi adalah mutasi yang tidak menghasilkan perubahan ke sekuens asam
amino dari protein. Mutasi ini mungkin terjadi di daerah yang tidak mengkode protein
atau mungkin terjadi dalam suatu kodon dalam cara yang tidak mengubah produk
asam amino.
17
Mutasi yang paling berbahaya adalah mutasi Missense dan Nonsense. Keduanya
dapat mengakibatkan protein yang dihasilkan menjadi tidak berfungsi. Salah satu contoh
mutasi missense dan nonsense adalah mutasi gen reseptor insulin.
Kesimpulan
Seperti yang telah dibahas bahwa hemoglobin merupakan molekul yang berbentuk
bulat dan terdiri atas empat subunit. Tiap-tiap subunit mengandung satu gugus heme yang
akan bergabung dengan globin menjadi hemoglobin. Dalam pembentukannya (sintesis
hemoglobin), dapat pula terjadi berbagai mutasi pada gen globin yang akan menyebabkan
kelainan pada tubuh manusia. Mutasi tersebut bermacam-macam jenisnya. Salah satu contoh
hasil mutasi tersebut adalah thalasemia. Thalasemia ditandai dengan cacat pada proses
sintesis subunit hemoglobin, sehingga penyakit thalasemia-β akan terjadi kalau poduksi β-
globin tidak mencukupi. Hal ini dapat diprediksi dengan menggunakan teori probabilitas
yang berdasarkan pada hokum mendel.
Daftar pustaka
1. Soeparman, Waspadji S. Ilmu penyakit dalam jilid II. Jakarta: Balai Penerbit FKUI, 1999.
2. Ganong WF. Fisiologi kedokteran. Edisi ke-22. Jakarta: EGC, 2008.
3. Hall JE. Fisiologi kedokteran. Edisi ke-11. Jakarta: EGC, 2010.
4. Hoffbrand AV, Pettit JE, Moss PAH. Hematologi. Jakarta: EGC, 2005.
5. Roberts JA, Pembrey ME. Genetika kedokteran. Edisi ke-8. Jakarta: 2002.
6. Rikky F, Agus MH, Umar R. Mudah dan aktif belajar biologi. Bandung: Setia Purna
Invers, 2007.
7. Priastini R, Hartono B. Biologi kedokteran blok 4. Jakarta: Fakultas Kedokteran
Universitas Kristen Krida Wacana, 2010.
8. Price SA, Wilson LM. Hereditas, lingkungan, dan penyakit. Jakarta: EGC, 2006.
9. Gaffar S. Buku ajar bioteknologi molekul. Bandung: Universitas Padjajaran, 2007.
10. Champe, Pamela C, Harvey, Richard A, Ferrier, Denise R. Lippincott’s illustrated
reviews: biochemistry. 3rd ed. Hagerstown: Lippincott Williams & Wilkins, 2004.
11. Cox, Michael, Nelson, David R, LehningerAlbert L. Lehninger principles of
biochemistry. 4th ed. San Fransisco: W. H. Freeman, 2005.
12. Burrus V, Waldor M. Shaping bacterial genomes with integrative and conjugative
elements. London: Res Microbio, 2004.
18
13. Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. Biokimia Harper. 27th ed. Jakarta:
EGC, 2009.
19