Apa perbedaan DNA Mitokondria dan DNA inti (nukleus)

Mitokondria adalah pusat energi untuk kelangsungan sel. Mitokondria mempunyai tugas penting menyediakan energi kimia yang diperlukan untuk melaksanakan berbagai kegiatan selular. Berbeda dengan organel sel lainnya, mitokondria memiliki materi genetik sendiri yang karakteristiknya berbeda dengan materi genetik pada inti sel. Mitokondria, merupakan rantai DNA yang terletak di bagian sel yang bernama mitokondria.

DNA mitokondria (mtDNA) memiliki ciri-ciri yang berbeda dari DNA nukleus ditinjau dari ukuran, jumlah gen, dan bentuk. Di antaranya adalah memiliki laju mutasi yang lebih tinggi, yaitu sekitar 10-17 kali DNA inti.

Selain itu DNA mitokondria terdapat dalam jumlah banyak (lebih dari 1000 kopi) dalam tiap sel, sedangkan DNA inti hanya berjumlah dua kopi. DNA inti merupakan hasil rekombinasi DNA kedua orang tua sementara DNA mitokondria hanya diwariskan dari ibu (maternally inherited).

Besar genom pada DNA mitokondria relatif kecil apabila dibandingkan dengan genom DNA pada nukleus. Ukuran genom DNA mitokondria pada tiap tiap organisme sangatlah bervariasi. Pada manusia ukuran DNA mitokondria adalah 16,6 kb, sedangkan pada Drosophila melanogaster kurang lebih 18,4 kb. Pada khamir, ukuran genom relatif lebih besar yaitu 84 kb.

Perubahan Epigenetik Mempromosikan Struktur Evolusi

Untuk memahami bagaimana fitur-fitur ini berkembang pada hewan, dan kemudian bertemu atau menyimpang untuk mengubah struktur dan fungsi, kita harus mempertimbangkan bagaimana organisme berkembang. Dalam biologi, semua fitur dan fungsi organisme ditentukan oleh ekspresi gen. Jaringan terdiri dari sel-sel, yang selanjutnya dibagi menjadi kompartemen yang disebut organel. Salah satu organel ini adalah nukleus, yang mengandung DNA. DNA itu harus ditranskripsi menjadi RNA, yang kemudian diterjemahkan menjadi protein untuk memungkinkan pensinyalan seluler yang diperlukan untuk pertumbuhan, perkembangan, dan pemeliharaan suatu organisme. Menariknya, meskipun setiap individu memiliki urutan DNA yang unik, urutan itu digunakan secara berbeda oleh sel-sel tubuh yang berbeda. Peraturan inilah yang membuat sel kulit bertindak dengan cara lain selain sel mata, yang merupakan fitur penting dari ekspresi gen yang memungkinkan variasi dalam sel dan jaringan.

Bagaimana ekspresi gen diferensial ini dapat mendorong munculnya struktur homolog atau analog? Faktanya, ketika DNA ada di dalam nukleus, ia terikat pada protein yang disebut histones, yang dapat terikat atau terikat dengan erat ke berbagai segmen gen. Bersama-sama, histone dan DNA disebut sebagai kromatin, yang ditunjukkan pada gambar di atas (protein histone berwarna biru, DNA berwarna coklat). Segmen DNA dan histones yang terikat secara longgar adalah euchromatin, sedangkan gen yang terikat erat dengan histones dikenal sebagai heterochromatin.

Histon secara hati-hati dimodifikasi dengan penambahan berbagai kelompok kimia yang dapat meningkatkan atau menghambat pengikatan DNA yang lebih dekat dan dengan demikian mengatur ekspresi gen dalam sel di atas level regulasi gen khas. Gen yang terikat erat dengan protein histon kurang dapat diakses dan karenanya kurang dapat diekspresikan. Yang sebaliknya berlaku untuk gen dalam keadaan euchromatin, di mana faktor transkripsi lebih mampu mendapatkan akses ke daerah yang diperlukan gen untuk mempromosikan ekspresi mereka. Studi tentang perbedaan-perbedaan dalam ekspresi gen tanpa perubahan langsung pada DNA adalah epigenetik dan termasuk modifikasi lain dari DNA seperti gen atau metilasi promotor.

Perbedaan dalam ekspresi gen seperti itu dapat menyebabkan struktur homologi atau analogi. Seiring waktu, regulasi epigenetik dari ekspresi gen dapat terjadi karena pewarisan modifikasi histone ini tetapi juga dari faktor lingkungan seperti diet, aktivitas, tekanan, atau paparan racun. Modifikasi histone dapat berubah dari waktu ke waktu di seluruh organisme, atau hanya dalam satu sel atau jaringan, yang dapat menghasilkan variasi yang diperlukan untuk memungkinkan perubahan struktur atau fungsi anggota tubuh, misalnya. Atau, mungkin ada gen yang sama diekspresikan dalam jaringan ini, tetapi variasi pada fungsi gen dapat terjadi, sehingga menyebabkan pensinyalan protein diferensial.

Dengan kata lain, suatu protein dapat berinteraksi dengan mitra pengikat spesifik dalam sel-sel satu jaringan, tetapi jika tidak ada mitra pengikat ini dalam sel-sel jaringan lain dapat mempromosikan pengikatannya ke protein yang sama sekali berbeda, sehingga menghasilkan sinyal hilir yang sangat berbeda. transduksi dalam sel. Sebagai contoh, meskipun gen tertentu dapat diekspresikan di kedua lengan manusia dan sayap burung, ekspresi gen antara spesies berbeda-beda sebagai respons terhadap produk protein. Variasi ini terutama disebabkan oleh mutasi pada urutan kode protein dari gen yang mengubah fungsinya.
Mutasi Genetik dari Waktu Memungkinkan Evolusi Anatomi

Meskipun perubahan epigenetik sangat penting dalam mengendalikan ekspresi gen di seluruh tubuh, perubahan yang lebih jelas terlihat dalam urutan dasar gen seperti gen di kedua lengan dan sayap. Mutasi urutan DNA itu sendiri jelas memiliki implikasi untuk mengubah struktur organisme dari waktu ke waktu. Urutan DNA yang termasuk dalam gen (wilayah intragenik) sangat penting untuk menentukan fungsi produk proteinnya, dengan cara yang sama seperti resep harus ditulis dengan benar untuk mencapai kombinasi bahan yang tepat untuk menghasilkan sepotong roti. Perubahan urutan DNA organisme sepanjang waktu telah memungkinkan adanya variasi dalam kumpulan gen dalam populasi, yang mempromosikan seleksi alami gen yang paling cocok untuk ditularkan kepada keturunan, dan dengan demikian evolusi spesies berdasarkan kemampuan mereka untuk beradaptasi dengan suatu lingkungan tertentu.

Selain itu, mutasi pada daerah gen yang tidak mengkode (wilayah intergenik), seperti promotor atau sekuens pengatur lainnya, dapat secara berbeda memengaruhi ekspresi gen untuk mendorong perbedaan dalam struktur antar spesies. Beberapa gen telah dikonservasi dengan baik di wilayah pengkode protein, tetapi karena perubahan pada daerah pengatur lain dari DNA melayani fungsi pensinyalan yang sama dalam sel, meskipun dalam jaringan yang berbeda. Mutasi di daerah promotor, yang merupakan urutan yang diperlukan untuk pengikatan protein yang disebut faktor transkripsi, serta untuk enzim RNA polimerase yang secara aktif menyalin DNA ke RNA, dapat meningkatkan atau menghambat proses sintesis RNA. Karena RNA diperlukan untuk sintesis protein, jumlah protein tertentu dalam sel dapat diubah pada tingkat yang memengaruhi fungsi seluler dan pada akhirnya, fungsi organ.

Mutasi seperti itu dengan demikian dapat menghasilkan struktur homolog atau analog dalam organisme dari waktu ke waktu karena gen yang sebelumnya telah ada dalam genom tetapi ditekan dapat menjadi diaktifkan untuk mempromosikan fungsi jaringan baru atau struktur analog dengan yang lain. Sebaliknya, daerah promotor gen juga bisa mendapatkan mutasi supresif yang menghambat ekspresi gen itu, yang sebelumnya penting untuk fungsi jaringan. Dengan demikian, mutasi ini akan menciptakan struktur homolog yang mungkin terlihat serupa secara anatomis, tetapi yang sekarang memiliki peran yang sangat berbeda dalam organisme dibandingkan dengan leluhurnya.

Struktur Homolog dan Analog Berasal dari Perubahan Molekul

Untuk menyimpulkan, struktur anatomi pada hewan atau tumbuhan sering berbeda fungsinya karena mutasi DNA atau regulasi epigenetik, menghasilkan struktur homolog pada keturunan di masa depan jika perubahan menguntungkan untuk kelangsungan hidup organisme itu. Atau, perubahan ekspresi gen dari dua spesies yang sama sekali tidak berhubungan akhirnya dapat menghasilkan anatomi dan fisiologi yang sangat mirip pada jaringan tertentu. Struktur seperti itu analog, atau homoplastik, karena mereka berasal dari leluhur yang berbeda, tetapi memiliki fungsi yang sangat mirip. Untuk menentukan kedekatan suatu spesies dengan leluhur tertentu, mutasi pada tingkat DNA biasanya dibandingkan antara organisme, di mana mereka yang memiliki sedikit perubahan dalam urutan DNA dianggap lebih dekat. Yang penting, perubahan sekuens DNA ini hanya diturunkan kepada keturunan jika mereka cukup menguntungkan untuk memungkinkan organisme bertahan cukup lama untuk dapat bereproduksi, sebuah konsep yang dikenal sebagai seleksi alam.

Represi Katabolik Gen

Lac operon juga menunjukkan kontrol positif dengan penindasan katabolik. Ini adalah sistem kontrol tambahan, yang mengikat operator represor. Dalam E. coli, di hadapan glukosa dan laktosa, glukosa pada mulanya dimanfaatkan sepenuhnya dan kemudian laktosa diambil untuk produksi energi.

Glukosa adalah sumber energi terkaya dan lebih efisien. Glukosa memiliki efek penghambatan pada ekspresi lac operon. Mekanisme kontrol positif memungkinkan E. coli beradaptasi lebih efisien terhadap lingkungan yang berubah dari habitat aslinya, yang merupakan usus manusia.

Di hadapan glukosa, sintesis enzim β-galactosidase menjadi tertekan. Efek penghambatan glukosa adalah karena penurunan yang ditandai dalam tingkat nukleotida yang disebut siklik AMP (c-AMP), yang menghambat transkripsi mRNA.
Lactose operon transcription tidak hanya membutuhkan siklik AMP tetapi juga protein lain yang disebut katabolic activator protein (CAP). CAMP dan CAP membentuk kompleks yang disebut kompleks cAMP-CRP, yang diperlukan untuk fungsi lactose operon.

Produk pemecahan katabolik glukosa, yang disebut glukosa katabolit, mencegah aktivasi lac operon oleh laktosa. Efek ini disebut penindasan katabolik. Ketika konsentrasi glukosa meningkat, konsentrasi cAMP menurun dan sebaliknya. Konsentrasi cAMP yang tinggi diperlukan untuk aktivasi lac operon.

Biasanya di hadapan glukosa, operon laktosa tetap tidak aktif.

Glucose catabolite mencegah pembentukan kompleks cAMP-CRP.

Dengan cara ini, sistem cAMP-CRP adalah kontrol positif karena ekspresi lac operon membutuhkan kehadiran sinyal pengaktifasi yang merupakan kasus ini dalam kompleks cAMP-CRP.

Ada beberapa promotor pada DNA di mana RNA polimerase tidak dapat memulai transkripsi tanpa adanya beberapa faktor protein tambahan seperti kompleks cAMP-CRP. Faktor-faktor ini adalah regulator positif karena kehadiran mereka diperlukan untuk menghidupkan cistron. Ini disebut aktivator atau stimulator.

Definisi Genetika Homozigot

Homozigot mengacu pada memiliki alel identik untuk satu sifat. Sebuah alel mewakili satu bentuk gen tertentu. Alel bisa ada dalam berbagai bentuk dan organisme diploid biasanya memiliki dua alel untuk sifat tertentu. Alel ini diwariskan dari orang tua selama reproduksi seksual. Setelah pembuahan, alel secara acak disatukan sebagai kromosom homolog berpasangan. Sel manusia, misalnya, mengandung 23 pasang kromosom untuk total 46 kromosom.

Satu kromosom di setiap pasangan disumbangkan dari ibu dan yang lain dari ayah. Alel pada kromosom ini menentukan sifat atau karakteristik dalam organisme.

Alel homozigot mungkin dominan atau resesif. Kombinasi alel dominan homozigot mengandung dua alel dominan dan mengekspresikan fenotip dominan (diekspresikan secara fisik). Kombinasi alel resesif homozigot mengandung dua alel resesif dan mengekspresikan fenotip resesif.

Contoh: Gen untuk bentuk benih pada tanaman kacang ada dalam dua bentuk, satu bentuk atau alel untuk bentuk biji bulat (R) dan yang lainnya untuk bentuk biji keriput (r). Bentuk biji bulat dominan dan bentuk biji keriput bersifat resesif. Sebuah tanaman homozigot mengandung salah satu dari alel berikut untuk bentuk biji: (RR) atau (rr). Genotip (RR) adalah dominan homozigot dan genotipe (rr) bersifat resesif homozigot untuk bentuk biji.

Pada gambar di atas, silang monohibrid dilakukan antara tanaman yang heterozigot untuk bentuk biji bulat.

Pola pewarisan hasil keturunan yang diprediksi dalam rasio 1: 2: 1 dari genotipe. Sekitar 1/4 akan homozigot dominan untuk bentuk biji bulat (RR), 1/2 akan heterozigot untuk bentuk biji bulat (Rr), dan 1/4 akan memiliki bentuk biji kerdil resesif homozigot (rr). Rasio fenotipik di salib ini adalah 3: 1.

Sekitar 3/4 keturunan akan memiliki biji bulat dan 1/4 biji keriput.

Homozigot dan Heterozygous

Sebuah persilangan monohibrid antara orangtua yang dominan homozigot dan orang tua yang resesif homozigot untuk sifat tertentu menghasilkan keturunan yang semuanya heterozigot untuk sifat itu. Orang-orang ini memiliki dua alel yang berbeda untuk sifat itu. Sementara individu yang homozigot untuk sifat mengungkapkan satu fenotipe, individu heterozigot dapat mengekspresikan fenotipe yang berbeda.

Dalam kasus-kasus dominasi genetik di mana dominasi lengkap diekspresikan, fenotip dari alel dominan heterozigot benar-benar menutupi fenotipe alel resesif. Jika individu heterozigot mengekspresikan dominasi yang tidak lengkap, satu alel tidak akan sepenuhnya menutupi yang lain menghasilkan fenotip yang merupakan campuran dari fenotipe dominan dan resesif. Jika keturunan heterozigot mengekspresikan ko-dominasi, kedua alel akan diekspresikan sepenuhnya dan kedua fenotipe akan diamati secara independen.

Mutasi Homozigot

Kadang-kadang, organisme dapat mengalami perubahan dalam urutan DNA kromosom mereka. Perubahan ini disebut mutasi. Jika mutasi gen identik terjadi pada kedua alel kromosom homolog, mutasi dianggap sebagai mutasi homozigot.

Jika mutasi hanya terjadi pada satu alel, itu disebut mutasi heterozigot. Mutasi gen homozigot dikenal sebagai mutasi resesif. Agar mutasi diekspresikan dalam fenotipe, kedua alel harus mengandung versi gen abnormal.

Mutasi Kromosom

Mikroevolusi didasarkan pada perubahan pada tingkat molekuler yang menyebabkan spesies berubah seiring waktu. Perubahan ini dapat berupa mutasi pada DNA, atau bisa juga kesalahan yang terjadi selama mitosis atau meiosis dalam kaitannya dengan kromosom. Jika kromosom tidak terpecah dengan benar, mungkin ada mutasi yang mempengaruhi seluruh susunan genetik sel.

Selama mitosis dan meiosis, spindel keluar dari centrioles dan menempel pada kromosom di sentromer selama tahap yang disebut metafase. Tahap berikutnya, anafase, menemukan kromatid saudara perempuan yang dipegang bersama oleh sentromer ditarik terpisah ke ujung sel yang berlawanan oleh spindel. Akhirnya, mereka kromatid adik, yang secara genetik identik satu sama lain, akan berakhir di sel yang berbeda.

Kadang-kadang ada kesalahan yang dibuat ketika sister chromatids terpisah (atau bahkan sebelum itu selama menyeberang di profase I dari meiosis). Ada kemungkinan bahwa kromosom tidak akan ditarik secara terpisah dan itu dapat mempengaruhi jumlah atau jumlah gen yang ada pada kromosom.

Mutasi kromosom dapat menyebabkan perubahan ekspresi gen dari spesies. Ini dapat menyebabkan adaptasi yang dapat membantu atau menghambat suatu spesies ketika mereka berhadapan dengan seleksi alam.

Duplikasi

Mutasi Kromosom
Mutasi Kromosom

Karena sister chromatids adalah salinan persis satu sama lain, jika mereka tidak membelah bagian tengahnya, maka beberapa gen diduplikasi pada kromosom. Ketika sister chromatids ditarik ke sel yang berbeda, sel dengan gen yang terduplikasi akan menghasilkan lebih banyak protein dan overexpress the trait. Gamet lain yang tidak memiliki gen itu bisa berakibat fatal.

Penghapusan

Mutasi Kromosom
Mutasi Kromosom

Jika kesalahan dibuat selama meiosis yang menyebabkan bagian dari kromosom pecah dan hilang, ini disebut penghapusan. Jika penghapusan terjadi di dalam gen yang vital bagi kelangsungan hidup seorang individu, itu dapat menyebabkan masalah serius dan bahkan kematian bagi zigot yang terbuat dari gamet itu dengan penghapusan.

Di lain waktu, bagian kromosom yang hilang tidak menyebabkan kematian bagi keturunannya. Jenis penghapusan ini mengubah sifat-sifat yang tersedia dalam kumpulan gen. Kadang-kadang adaptasi menguntungkan dan akan menjadi terpilih secara positif selama seleksi alam. Di lain waktu, penghapusan ini benar-benar membuat keturunan lebih lemah dan mereka akan mati sebelum mereka dapat mereproduksi dan meneruskan gen baru yang diturunkan ke generasi berikutnya.

Translokasi

Mutasi Kromosom
Mutasi Kromosom

Ketika sepotong kromosom putus, itu tidak selalu hilang sepenuhnya. Kadang-kadang sepotong kromosom akan melekat ke kromosom yang berbeda, non-homolog yang juga telah kehilangan bagian. Jenis mutasi kromosom ini disebut translokasi. Meskipun gen itu tidak sepenuhnya hilang, mutasi ini dapat menyebabkan masalah serius dengan memiliki gen yang disandikan pada kromosom yang salah.

Beberapa sifat membutuhkan gen di dekatnya untuk menginduksi ekspresi mereka. Jika mereka berada pada kromosom yang salah, maka mereka tidak memiliki gen penolong itu untuk memulai dan tidak akan diekspresikan. Juga, mungkin gen itu tidak diekspresikan atau dihambat oleh gen di dekatnya. Setelah translokasi, penghambat tersebut mungkin tidak dapat menghentikan ekspresi dan gen akan ditranskripsi dan diterjemahkan. Sekali lagi, tergantung pada gen, ini bisa menjadi perubahan positif atau negatif untuk spesies.

Inversi

Mutasi Kromosom
Mutasi Kromosom

Pilihan lain untuk sepotong kromosom yang telah dipatahkan disebut inversi. Selama inversi, potongan kromosom membalik dan menjadi disambungkan ke sisa kromosom, tetapi terbalik. Kecuali gen perlu diatur oleh gen lain melalui kontak langsung, inversi tidak seserius dan sering menjaga kromosom bekerja dengan benar. Jika tidak ada efek pada spesies, inversi dianggap sebagai mutasi diam.