Gen adalah segmen asam deoksiribonukleat (DNA) yang mengandung kode untuk protein spesifik yang berfungsi dalam satu atau beberapa jenis sel dalam tubuh atau kode untuk molekul RNA fungsional.
Kromosom terbuat dari suatu untai DNA yang sangat panjang dan mengandung banyak gen (ratusan hingga ribuan). Kecuali untuk sel tertentu (misalnya sel sperma dan sel telur), setiap sel manusia normal mengandung 23 pasang kromosom. Terdapat 22 pasang kromosom nonseks (autosom) dan satu pasang kromosom seks, sebanyak total 46 kromosom. Biasanya, setiap pasangan terdiri dari satu kromosom dari ibu dan satu kromosom dari ayah.
Kromosom seks menentukan bahwa janin berjenis kelamin laki-laki atau perempuan. Seorang laki-laki memiliki satu kromosom seks X dan satu kromosom seks Y. X berasal dari ibunya dan Y berasal dari ayahnya. Seorang perempuan memiliki dua kromosom X. Satu X berasal dari ibunya dan X lainnya berasal dari ayahnya.
Sifat (setiap karakteristik yang ditentukan gen, seperti warna mata) yang dihasilkan oleh suatu gen dapat dicirikan sebagai
Dominan
Resesif
Sifat dominan dapat diekspresikan meskipun hanya ada satu salinan gen untuk sifat tersebut.
Sifat resesif yang dibawa pada kromosom autosom dapat diekspresikan hanya bila terdapat 2 salinan gen untuk sifat tersebut, satu pada masing-masing pasangan kromosom. Orang dengan 1 salinan gen abnormal untuk sifat resesif (dan yang dengan demikian tidak mengalami kelainan) disebut pembawa.
Dengan sifat kodominan, kedua salinan gen diekspresikan sampai batas tertentu. Contoh sifat kodominan adalah golongan darah. Jika seseorang memiliki 1 gen yang mengkodekan golongan darah A dan 1 gen yang mengkodekan golongan darah B, maka ekspresi golongan darah orang tersebut adalah A dan B (golongan darah AB).
Gen terpaut-X (terpaut seks) adalah gen yang dibawa pada kromosom X. Terpaut-X juga menentukan ekspresi. Di antara laki-laki, hampir semua gen pada kromosom X, baik sifatnya dominan maupun resesif, diekspresikan karena tidak ada gen berpasangan untuk mengimbangi ekspresinya.
Penetrasi dan ekspresivitas
Penetrasi didefinisikan sebagai persentase orang yang memiliki alel (bentuk spesifik gen yang bertanggung jawab untuk variasi ketika sifat tertentu dapat diekspresikan) dan yang mengembangkan fenotipe (sifat) yang sesuai. Misalnya, jika setengah dari orang-orang yang memiliki alel menunjukkan sifatnya, maka penetrasinya adalah 50%.
Penetrasi bisa bersifat lengkap atau tidak lengkap. Gen dengan penetrasi yang tidak lengkap tidak selalu diekspresikan sekalipun ketika sifat yang dihasilkannya dominan atau ketika sifat tersebut resesif dan terdapat pada kedua kromosom. Penetrasi gen tertentu dapat bervariasi pada setiap orang dan dapat bergantung pada usia seseorang. Bahkan ketika alel spesifik tidak diekspresikan (nonpenetrasi), pembawa alel yang tidak terpengaruh dapat mewariskannya kepada anak-anak mereka, yang mungkin memiliki sifat tersebut.
Ekspresivitas mengacu pada seberapa besar suatu sifat memengaruhi seseorang, yaitu, apakah orang tersebut terkena pengaruh yang besar, sedang, atau ringan.
Cara Gen Memengaruhi Manusia: Penetrasi dan Ekspresivitas
Orang yang memiliki gen yang sama dapat dipengaruhi secara berbeda. Berikut dua istilah yang menjelaskan perbedaan ini: penetrasi dan ekspresivitas. |
Penetrasi mengacu pada apakah gen diekspresikan atau tidak. Artinya, ini mengacu pada berapa banyak orang dengan gen tersebut memiliki sifat yang dikaitkan dengan gen. Penetrasi dinyatakan lengkap (100%) jika setiap orang dengan gen tersebut memiliki sifat tersebut. Penetrasi dinyatakan tidak lengkap jika hanya sebagian orang dengan gen tersebut yang memiliki sifat tersebut. Misalnya, 50% penetrasi menunjukkan bahwa hanya separuh orang dengan gen tersebut yang memiliki sifat tersebut. Ekspresivitas mengacu pada seberapa besar sifat dapat memengaruhi (diekspresikan dalam) diri seseorang. Suatu sifat mungkin sangat menonjol, nyaris tidak terlihat, atau di antara keduanya. Berbagai faktor, termasuk susunan genetik, paparan terhadap zat berbahaya, pengaruh lingkungan lainnya, dan usia, dapat memengaruhi ekspresivitas. Baik penetrasi maupun ekspresivitas dapat bervariasi. Orang dengan gen tersebut mungkin memiliki atau mungkin tidak memiliki sifat tersebut, dan, pada orang dengan sifat tersebut, sifat tersebut diekspresikan dengan cara yang bervariasi. |
Pola Pewarisan
Banyak kelainan genetik, terutama yang melibatkan sifat yang dikendalikan oleh beberapa gen atau yang sangat rentan terhadap pengaruh lingkungan, tidak memiliki pola pewarisan yang jelas. Meskipun demikian, beberapa kelainan gen tunggal menunjukkan pola karakteristik, terutama jika penetrasinya tinggi dan ekspresivitasnya lengkap. Dalam kasus tersebut, pola dapat diidentifikasi berdasarkan apakah sifatnya dominan atau resesif, dan apakah gen terpaut-X atau dibawa pada genom mitokondria.
Contoh Kelainan Genetik
Gen | Dominan | Resesif |
|---|---|---|
Kebutaan warna merah-hijau |
Pewarisan yang Tidak Terpaut-X (Autosomal)
Gen yang tidak terpaut-X adalah gen yang dibawa pada salah satu atau kedua dari 22 pasang kromosom nonseks (autosom).
Kelainan dominan
Prinsip-prinsip berikut ini umumnya berlaku untuk kelainan dominan yang ditentukan oleh gen dominan yang tidak terpaut-X:
Ketika satu orang tua memiliki kelainan dan yang lainnya tidak, setiap anak memiliki 50% peluang untuk mewarisi kelainan tersebut.
Orang yang tidak memiliki kelainan biasanya tidak membawa gen dan dengan demikian tidak meneruskan sifat tersebut ke keturunannya.
Laki-laki dan perempuan memiliki kemungkinan yang sama untuk terpengaruh.
Sebagian besar orang dengan kelainan ini memiliki setidaknya satu orang tua dengan kelainan tersebut, meskipun kelainan tersebut mungkin tidak terlihat jelas dan bahkan mungkin tidak terdiagnosis pada orang tua yang terpengaruh. Namun, terkadang kelainan tersebut muncul sebagai mutasi genetik baru.
Kelainan resesif
Prinsip-prinsip berikut ini umumnya berlaku untuk kelainan resesif yang ditentukan oleh gen resesif yang tidak terpaut-X:
Hampir semua orang dengan kelainan ini memiliki orang tua yang sama-sama membawa salinan gen abnormal, meskipun biasanya tidak satu pun dari orang tua yang memiliki kelainan tersebut (karena diperlukan 2 salinan gen abnormal agar gen dapat diekspresikan).
Mutasi tunggal cenderung tidak menghasilkan kelainan dibandingkan dengan kelainan yang diwariskan secara dominan (karena ekspresi pada kelainan resesif mengharuskan agar kedua pasangan gen abnormal).
Ketika salah satu orang tua memiliki kelainan dan orang tua lainnya membawa 1 gen abnormal tetapi tidak memiliki kelainan tersebut, setengah dari anak-anak mereka cenderung memiliki kelainan tersebut. Anak-anak mereka yang lain akan menjadi pembawa dengan 1 gen abnormal.
Ketika salah satu orang tua mengalami kelainan dan orang tua lainnya tidak membawa gen abnormal, tidak satu pun anak-anak mereka yang akan mengalami kelainan tersebut, tetapi semua anak-anak mereka akan mewarisi dan membawa gen abnormal yang dapat mereka wariskan kepada keturunan mereka.
Seseorang yang tidak memiliki kelainan dan orang tuanya tidak memiliki kelainan tersebut tetapi saudara kandungnya memiliki kelainan, berpeluang 66% untuk menjadi pembawa gen abnormal.
Laki-laki dan perempuan memiliki kemungkinan yang sama untuk terpengaruh.
Gangguan Resesif yang Tidak Terpaut-X (Autosom)
Beberapa kelainan mewakili sifat resesif yang tidak terpaut-X. Untuk mengalami kelainan tersebut, seseorang biasanya harus menerima 2 gen abnormal, 1 dari setiap orang tua. Jika kedua orang tua membawa 1 gen abnormal dan 1 gen normal, tidak satu pun dari orang tua yang memiliki kelainan tersebut (mereka tidak terpengaruh) tetapi masing-masing memiliki peluang 50% untuk mewariskan gen abnormal kepada anak-anak mereka. Oleh karena itu, setiap anak memiliki
Oleh karena itu, di antara anak-anak, kemungkinan untuk tidak mengalami kelainan (yaitu, bukan sebagai pembawa atau pembawa yang tidak terpengaruh) adalah 75%. |
Pewarisan Terpaut-X
Gen terpaut-X adalah gen yang dibawa pada kromosom X.
Kelainan dominan terpaut-X
Prinsip-prinsip berikut ini umumnya berlaku untuk kelainan dominan yang ditentukan oleh gen dominan yang terpaut-X:
Laki-laki yang terpengaruh mentransmisikan kelainan ke semua anak perempuan mereka tetapi tidak ke anak laki-laki mereka. (Anak-anak laki-laki dari laki-laki yang terpengaruh tidak menerima kromosom X darinya, mereka hanya menerima kromosom Y yang tidak membawa gen abnormal.)
Perempuan yang terpengaruh dengan hanya 1 gen abnormal mentransmisikan kelainan tersebut ke, rata-rata, setengah anak-anak mereka, tanpa memandang jenis kelaminnya.
Perempuan yang terpengaruh dengan 2 gen abnormal mentransmisikan kelainan tersebut ke semua anak mereka.
Banyak kelainan dominan terpaut-X yang bersifat letal di antara laki-laki yang terpengaruh. Di antara perempuan, sekalipun gen bersifat dominan, memiliki gen normal kedua pada kromosom X lainnya mengimbangi efek gen dominan sampai batas tertentu, sehingga mengurangi keparahan kelainan yang dihasilkan.
Lebih banyak perempuan yang mengalami kelainan ini dibandingkan laki-laki. Perbedaan antara jenis kelamin jauh lebih besar jika kelainan tersebut bersifat letal pada laki-laki.
Penyakit berat terpaut-X dominan jarang terjadi. Contohnya adalah rakitis familial (rakitis hipofosfatemia familial) dan nefritis herediter (sindrom Alport). Perempuan dengan rakitis herediter memiliki lebih sedikit gejala tulang dibandingkan dengan laki-laki yang terkena. Perempuan dengan nefritis herediter biasanya tidak memiliki gejala dan sedikit abnormalitas fungsi ginjal, sedangkan laki-laki yang terkena mengalami gagal ginjal di awal kehidupan dewasa.
Kelainan resesif terpaut-X
Prinsip-prinsip berikut ini umumnya berlaku untuk kelainan resesif yang ditentukan oleh gen resesif terpaut-X:
Hampir semua orang yang terkena adalah laki-laki.
Semua anak perempuan dari laki-laki yang terkena adalah pembawa gen abnormal.
Seorang laki-laki yang terkena tidak mentransmisikan kelainan tersebut kepada anak laki-lakinya.
Perempuan yang membawa gen tersebut tidak mengalami kelainan (kecuali mereka memiliki gen abnormal pada kedua kromosom X atau terdapat inaktivasi kromosom normal lainnya). Akan tetapi, mereka mentransmisikan gen tersebut ke separuh anak laki-laki mereka, yang biasanya mengalami kelainan tersebut. Anak perempuan mereka, seperti ibu mereka, biasanya tidak mengalami kelainan tersebut, tetapi setengahnya adalah pembawa.
Contoh sifat resesif umum terpaut-X adalah buta warna merah-hijau, yang memengaruhi sekitar 10% laki-laki tetapi tidak biasa di kalangan perempuan. Pada laki-laki, gen buta warna berasal dari ibu yang biasanya memiliki penglihatan normal tetapi merupakan pembawa gen buta warna. Gen ini tidak pernah berasal dari pihak ayah, yang justru menyumbang kromosom Y. Anak perempuan dari ayah buta warna jarang mengalami buta warna tetapi selalu membawa gen buta warna. Contoh penyakit serius yang disebabkan oleh gen resesif terpaut-X adalah hemofilia, suatu kelainan yang menyebabkan perdarahan berlebihan.
Kelainan Resesif Terpaut-X
Jika suatu gen terpaut-X, maka terdapat pada kromosom X. Kelainan resesif terpaut-X biasanya berkembang hanya pada laki-laki. Perkembangan yang hanya terjadi pada laki-laki ini disebabkan karena laki-laki hanya memiliki satu kromosom X, sehingga tidak ada gen berpasangan untuk mengimbangi efek gen abnormal. Perempuan memiliki dua kromosom X, sehingga mereka biasanya menerima gen normal atau gen pengimbang pada kromosom X kedua. Gen normal atau gen pengimbang biasanya menghalangi terjadinya kelainan pada perempuan (kecuali jika gen pengimbang diinaktivasi atau hilang). Jika ayah memiliki gen terpaut-X abnormal (dan dengan demikian mengalami kelainan) dan ibu memiliki 2 gen normal, semua anak perempuan mereka menerima 1 gen abnormal dan 1 gen normal, sehingga mereka menjadi pembawa. Tidak satu pun dari anak laki-laki mereka menerima gen abnormal karena mereka menerima kromosom Y dari ayah mereka. Jika ibu adalah pembawa dan ayah memiliki gen normal, setiap anak laki-laki memiliki 50% kemungkinan untuk menerima gen abnormal dari ibu (dan mengalami kelainan). Setiap anak perempuan memiliki 50% peluang untuk menerima 1 gen abnormal dan 1 gen normal (menjadi pembawa) dan 50% peluang untuk menerima 2 gen normal. |
Pewarisan yang Dibatasi Jenis Kelamin
Sifat yang hanya muncul pada satu jenis kelamin disebut dengan sifat yang dibatasi jenis kelamin. Pewarisan yang dibatasi jenis kelamin berbeda dengan pewarisan terpaut-X. Pewarisan terpaut-X mengacu pada sifat yang dibawa pada kromosom X. Pewarisan yang dibatasi jenis kelamin, yang mungkin lebih tepat disebut sebagai pewarisan yang dipengaruhi oleh jenis kelamin, adalah ketika penetrasi dan ekspresivitas suatu sifat berbeda antara laki-laki dan perempuan. Perbedaan penetrasi dan ekspresivitas terjadi karena laki-laki dan perempuan memiliki hormon seks yang berbeda dan karena faktor-faktor lain. Misalnya, kebotakan prematur (dikenal sebagai kebotakan pola laki-laki) adalah sifat dominan yang tidak terpaut-X, tetapi kebotakan seperti itu jarang diekspresikan pada perempuan dan biasanya hanya setelah menopause.
Gen Mitokondria Abnormal
Mitokondria adalah struktur kecil di dalam setiap sel yang menyediakan energi bagi sel. Terdapat banyak mitokondria dalam setiap sel. Mitokondria membawa kromosomnya sendiri, yang mengandung beberapa gen yang mengontrol cara kerja mitokondria.
Beberapa penyakit langka disebabkan oleh gen abnormal yang dibawa oleh kromosom di dalam mitokondria. Contohnya adalah neuropati optik herediter Leber, yang menyebabkan hilangnya penglihatan yang beragam tetapi sering kali berupa hilangnya penglihatan yang merusak pada kedua mata yang biasanya dimulai sejak usia remaja. Contoh lain adalah kelainan yang ditandai dengan diabetes tipe 2 dan ketulian.
Karena ayah umumnya tidak mewariskan DNA mitokondria kepada anak, penyakit yang disebabkan oleh gen mitokondria abnormal hampir selalu ditularkan oleh ibu. Dengan demikian, semua anak dari ibu yang terpengaruh berisiko mewarisi abnormalitas tersebut, tetapi biasanya tidak berisiko bagi anak-anak dari ayah yang terpengaruh. Meskipun demikian, tidak semua kelainan mitokondria disebabkan oleh gen mitokondria abnormal (sebagian disebabkan oleh gen dalam inti sel yang memengaruhi mitokondria). Dengan demikian, DNA ayah dapat berkontribusi pada beberapa kelainan mitokondria.
Berbeda dengan DNA dalam inti sel, jumlah DNA mitokondria abnormal terkadang berbeda-beda antar sel di seluruh tubuh. Dengan demikian, gen mitokondria abnormal dalam satu sel tubuh tidak selalu berarti ada penyakit dalam sel lain. Bahkan ketika 2 orang tampaknya memiliki abnormalitas gen mitokondria yang sama, ekspresi penyakitnya mungkin sangat berbeda antara 2 orang tersebut. Variasi ini menyulitkan diagnosis dan dapat menyebabkan tes genetik dan konseling genetik semakin sulit ketika mencoba membuat prediksi untuk orang-orang dengan abnormalitas gen mitokondria yang diketahui atau dicurigai.
