Kerusakan Dan Perbaikan DNA

DNA

Dr. Azkiyatun Dr. Clara Krishanti

DNA 

DNA terdiri dari suatu rant rantai ai nukleotida, yaitu: gula pentosa, basa nitrogen dan fosfat



Gula pentosa, yaitu gula dengan 5 karbon.

-

Pada DNA gula ini adalah deoksiribosa.

-

Pada RNA gula berupa ribosa.



Fosfat menghubungkan gula pada satu Fosfat nukleotida ke fosfat pada nukleotida berikutnya berikutny a untuk membentuk polinukleotida.



DNA berbentuk double helix

DNA 

DNA terdiri dari suatu rant rantai ai nukleotida, yaitu: gula pentosa, basa nitrogen dan fosfat



Gula pentosa, yaitu gula dengan 5 karbon.

-

Pada DNA gula ini adalah deoksiribosa.

-

Pada RNA gula berupa ribosa.



Fosfat menghubungkan gula pada satu Fosfat nukleotida ke fosfat pada nukleotida berikutnya berikutny a untuk membentuk polinukleotida.



DNA berbentuk double helix

Basa Nitrogen, ada 2 macam: Purin  Adenine A  Guanine G  Pyrimidine  Cytosine C  Thymine T  Sebuah molekul DNA terbentuk dari jutaan nukleotida yang bergabung Membentuk suatu rantai panjang (double helix). 

PO4 PO4 PO4 PO4

Ikatan hidrogen pasangan basa H H

H

C

Timin

H C

H

H

O C

C C

C

Adenin

N

C

N

H N

H

N

N

C

N

C

N

C

O H

H N

H

Sitosin

C

H

C

H

N

O

C H

N

C N

H

C

C

C

C

N

O

N

C N H

Guanin N

H

2-stranded DNA PO4

PO4 PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4 PO4

PO4 PO4

PO4 PO4 PO4 PO4

Replikasi DNA Replikasi DNA terjadi secara semikonservatif  Hal ini menyebabkan DNA baru membawa informasi yang persis sama dengan DNA induk/cetakan 

Leading strand: sintesis DNA terjadi secara kontinu Lagging strand: sintesis DNA terjadi melalui pembentukan utas-utas pendek 

Replikasi DNA melibatkan 1.

Polimerase DNA : enzim yang berfungsi mempolimerisasi nukleotida-nukleotida

2.

Ligase DNA : enzim yang berperan menyambung DNA utas lagging

3.

Primase DNA : enzim yang digunakan untuk memulai polimerisasi DNA pada lagging strand

4.

Helikase DNA : enzim yang berfungsi membuka jalinan DNA double heliks

5.

Single strand DNA-binding protein : menstabilkan DNA induk  yang terbuka

Replikasi

dimulai dari tempat-tempat spesifik, yang

menyebabkan kedua utas DNA induk berpisah dan membentuk gelembung replikasi Pada

eukariota, terdapat ratusan atau bahkan ribuan origin 

of replication di sepanjang molekul DNA. Gelembung

replikasi terentang secara lateral dan replikasi

terjadi ke dua arah Selanjutnya

gelembung replikasi akan bertemu, dan sintesis

DNA anak selesai

Dogma genetik 



Konsep dasar menurunnya sifat secara molekuler adalah merupakan aliran informasi dari DNA ke RNA ke urutan asam amino.



Dogma genetik ini bersifat universal yang berlaku baik bagi prokariot maupun eukariot.

Transkripsi Proses

pengkopian/penyalinan molekul DNA menjadi

utas RNA yang komplementer. Melibatkan

RNA Polymerase

Tahap: Inisiasi Elongasi Terminasi

Transkripsi 1.

Inisiasi



enzim RNA polymerase menyalin gen



pengikatan RNA polymerase terjadi pada tempat tertentu yaitu tepat didepan gen yang akan ditranskripsi.



tempat pertemuan antara gen (DNA) dengan RNA polymerase disebut promoter.



kemudian RNA polymerase membuka double heliks DNA.



salah satu utas DNA berfungsi sebagai cetakan.

Transkripsi 2. Elongasi : 

Enzim RNA polymerase bergerak sepanjang molekul DNA, membuka double heliks dan merangkai ribonukleotida ke ujung 3’ dari RNA yang sedang tumbuh.

3. Terminasi : 

Terjadi pada tempat tertentu. Proses terminasi transkripsi ditandai dengan terdisosiasinya enzim RNA polymerase dari DNA dan RNA dilepaskan.

•

Bagian dari molekul DNA (gene) terbuka pilinannya sehingga basa-basanya terekspos.

•

Nukleotida mRNA bebas, di dalam nukleus berpasangan basa-basanya dengan satu utas molekul DNA yang telah terbuka pilinannya.

•

mRNA dibuat dengan bantuan RNA polymerase. Enzim ini menyatukan nukleotida mRNA untuk  membuat utas mRNA.

•

Utas mRNA ini bersifat komplementer terhadap DNA (gen)

•

mRNA meninggalkan nukleus menuju sitoplasma melalui pori nuklear 

Translasi / Sintesis Protein 

Proses penerjemahan kodon-kodon pada mRNA menjadi polipeptida.



Kode genetik merupakan aturan yang penting



Urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugus tiga – tiga. Setiap gugus tiga disebut kodon.



Dalam translasi, kodon dikenali oleh lengan antikodon yang terdapat pada tRNA

Inisiasi Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unit kecil ke mRNA. Penempelan terjadi pada tempat tertentu yaitu pada 5’-AGGAGGU-3’, sedang pada eukariot terjadi pada struktur tudung.  Ribosom bergeser ke arah 3’ sampai bertemu dengan kodon AUG. Kodon ini menjadi kodon awal. Asam amino yang dibawa oleh tRNA awal adalah metionin. 

Elongasi Tahap selanjutnya adalah penempelan sub unit besar pada sub unit kecil menghasilkan dua tempat yang terpisah . Tempat pertama adalah tempat P (peptidil) yang ditempati oleh tRNA yang membawa metionin. Tempat kedua adalah tempat A (aminoasil) yang terletak pada kodon ke dua dan kosong.  Proses elongasi terjadi saat tRNA dengan antikodon dan asam amino yang tepat masuk ke tempat A. Akibatnya kedua tempat di ribosom terisi, lalu terjadi ikatan peptide antara kedua asam amino 



Ikatan tRNA dengan metionin lalu lepas, sehingga kedua asam amino yang berangkai berada pada tempat A.



Ribosom kemudian bergeser sehingga asam amino-asam amino-tRNA berada pada tempat P dan tempat A menjadi kosong.



Selanjutnya tRNA dengan antikodon yang tepat dengan kodon ketiga akan masuk ke tempat A, dan proses berlanjut seperti sebelumnya.

Terminasi 

Proses translasi akan berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA, UAG, UGA.



Kodon-kodon ini tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang sesuai.



Selanjutnya masuklah release factor (RF) ke tempat A dan melepaskan rantai polipeptida yang terbentuk dari tRNA yang terakhir. Kemudian ribosom pecah menjadi sub unit kecil dan besar.

Kerusakan dan perbaikan DNA

Mutasi gen  Perubahan pada materi genetik (DNA) yang dapat diturunkan  Mutagen : Penyebab mutasi  Diperkenalkan oleh : Hugo de Vries dan Morgan  Dialam ada 2 jenis mutasi : o

Mutasi spontan / alam

o

Mutasi buatan: diinduksi oleh agent fisik atau bahan kimia (mutagen)

 Disebabkan oleh 2 mekanisme dasar:  kesalahan pada proses replikasi DNA  kegagalan dalam mereparasi DNA yang rusak  Berperan dlm evolusi mahluk hidup; pada bakteri utk resistensi thdp

antibiotik

3 Faktor utama yang mempengaruhi terjadinya mutasi spontan 1.

Keakuratan komponen-komponen (“mesin”) dalam replikasi DNA

2. Efisiensi mekanisme proses perbaikan DNA  yg rusak (DNA repair mechanism) 3. Tingkat pemaparan mutagenic agents yg ada di lingkungan

Mekanisme Terjadinya Mutasi 1. Tautomerisasi pada replikasi DNA 

Tautomerisasi: proses berpindahnya atom hidrogen dari basa nitrogen yg satu ke yang lain.



Mutasi yang ditimbulkan:

-

Mutasi transisi: perubahan basa nitrogen dari purin ke purin atau pirimidin ke pirimidin

-

Mutasi tranversi: perubahan basa nitrogen dari purin ke pirimidin atau sebaliknya

2. Kegagalan dalam mereparasi DNA yang rusak 

Reparasi DNA yang rusak dapat dilakukan dengan cara, antara lain:

-

Pengguntingan DNA yang rusak dengan menggunakan enzim DNA glikosilase

-

Reparasi DNA dengan menggunakan cahaya/sinar (fotoreaktivasi), dengan menggunakan enzim DNA fotoliase

Proses Mutasi dan Ekspresinya

Contoh Mutasi Gen

Tipe Mutasi Gen Missense mutation  Nonsense mutation  Insertion  Deletion  Duplication  Frameshift mutation  Repeat expansion 

Missense Mutation Adalah mutasi yang menyebabkan perubahan kodon spesifik suatu asam amino ke asam amino yang lain

adenine is replaced by cytosine in the genetic code, introducing an incorrect amino acid into the protein sequence.

Nonsense Mutation Adalah mutasi yang menyebabkan perubahan kodon spesifik  suatu asam amino ke kodon terminasi

the nucleotide cytosine is replaced by thymine in the DNA code, signaling the cell to shorten the protein.

Insersi 



Insersi mengakibatkan suatu perubahan jumlah basa DNA pada gen dengan menambahkan sebagian dari DNA (pada nukleotidanya). Hasilnya, protein yang dibuat oleh gen tersebut tidak  dapat berfungsi semestinya.

one nucleotide (adenine) is added in the DNA code, changing the amino acid sequence that follows

Delesi Delesi mengakibatkan perubahan jumlah basa DNA pada gen dengan menghilangkan sebagian dari DNA.  Delesi kecil mengakibatkan hilangnya satu atau beberapa pasangan basa pada suatu gen, sementara delesi besar  dapat menghilangkan sebuah gen bahkan gen-gen di sekitarnya.  DNA yang hilang akan mengubah fungsi dari protein tersebut. 

Delesi

one nucleotide (adenine) is deleted from the DNA code, changing the amino acid sequence that follows.

Duplikasi 



Duplikasi terdiri dari sebagian DNA yang terkopi satu atau lebih dari satu kali. DNA yang terkopi akan mengubah fungsi dari protein tersebut. A section of DNA is accidentally duplicated when a chromosome is copied.

Frameshift 

Tipe dari mutasi initerjadi saat penambahan atau pengurangan dari bagian DNA mengubah bingkai pembacaan dari suatu gen.



Bingkai bacaan terdiri dari sebuah grup yang meliputi 3 pasangan basa yang masing-masing mengkode 1 asam amino.



Mutasi frameshift menggeser pengelompokan dari basa dan mengubah pengkodean untuk asam amino. Protein yg dihasilkan biasanya tidak berfungsi.



Insersi, delesi, dan duplikasi dapat termasuk dari mutasi ini.

Frameshift

A frameshift mutation changes the amino acid sequence from the site of the mutation

Repeat Expansion Pengulangan nukleotida merupakan sekuens DNA pendek yang terulang beberapa kali pada gen.  Repeat expansion atau penguraian berulang adalah mutasi yang meningkatkan banyaknya rantai pendek  DNA berkali-kali, mengakibatkan protein yang dihasilkan tidak dapat berfungsi dengan benar. 

Repeat Expansion

a repeated trinucleotide sequence (CAG) adds a series of the amino acid glutamine to the resulting protein

PERBAIKAN DNA



DNA telah dilengkapi dengan mekanisme tertentu  yang mampu menetralisasi “gangguan-gangguan” yang terjadi sehingga tidak membawa efek negatif.



Mekanisme tersebut adalah mekanisme DNA repair (perbaikan DNA) yang terjadi pada fase tertentu dalam siklus sel.

Fase-fase dalam siklus sel 

Siklus sel terdiri dari  



INTERPHASE

Interphase   



Fase mitosis Interphase G1 phase S phase G2 phase

The mitotic phase  

mitosis cytokinesis

G1

S (DNA synthesis) G2

 Pada

fase G1 (Gap 1) terdapat check point yaitu suatu tempat

dimana susunan DNA akan dikoreksi dengan seteliti-telitinya.  Apabila ada kesalahan, sel mempunyai dua pilihan :  Pertama

diperbaiki dengan cara mengaktifkan DNA repair.

 Kedua

“dimatikan” jika kerusakan tak mampu lagi

ditanggulagi. Saat itulah keputusan untuk berapoptosis diambil. Sel dengan DNA normal akan meneruskan perjalanan untuk melengkapi siklus yang tersisa yaitu S (Sintesis), G2 (Gap 2) dan M (Mitosis)

MEKANISME PERBAIKAN DNA Ada 3 mekanisme utama: 1.Base excision, 2.Nucleotida excision 3.Mismatch repair 

1. Base excision Pemotongan Basa

Basa-basa DNA dapat dirusak melalui deamination atau alkylation.  Tempat kerusakan basa tersebut disebut dengan "abasic site" atau "AP site".  Pada E.coli, enzim DNA glycosylase dapat mengenal AP site dan membuang basanya  Kemudian AP endonuclease membuang AP site dan nucleotida sekitarnya. Kekosongan akan diisi dengan bantuan DNA polymerase I dan DNA ligase. 

2. Nucleotide excision Pemotongan nukleotida

 Pada

E.

coli,

protein UvrA, UvrB, dan UvrC berperan dalam membuang nukleotida (dimer  akibat UV light).  Kemudian kekosongan akan diisi dengan bantuan enzim DNA polymerase I dan DNA ligase. Pada yeast, proteins Uvr's dikenal dengan nama RADxx ("RAD" kependekan dari "radiation"), seperti RAD3, RAD10 dll

3. Mismatch repair Perbaikan yang tidak berpasangan

Untuk memperbaiki basa yang tidak berpasangan harus diketahui pasangan basa mana yang salah. Pada E. coli, ini dapat diketahui oleh methylase yang disebut dengan "Dam methylase", dimana dapat memetilasi adenines yang terdapat pada urutan (5')GATC . Segera sesudah replikasi DNA, template strand dimetilasi, tetapi strand yang baru disintesa belum dimetilasi. Jadi antara template strand dan new strand akan berbeda. .

 Dimulai dengan berikatannya protein MutS

pada mismatched base pairs. Kemudian MutL mengaktifkan MutH untuk bergabung bersama pada urutan GATC.  MutH akan membelah strand yang tidak dimetilasi

pada tempat GATC.  Selanjutnya, segment dari tempat pembelahan akan

dibuang oleh enzim exonuclease (dengan bantuan enzim helicase II dan SSB proteins).

 Bila pembelahannya pada bagian 3' dari kerusakan, akan

dipotong oleh enzim exonuclease I dan bila pada bagian 5' oleh enzim exonuclease VII atau RecJ untuk mendegradasi single tranded DNA Kekosongannya akan diisi dengan bantuan enzim DNA polymerase III dan DNA ligase.   Jarak antara tempat GATC dengan kerusakan bisa mencapai

sepanjang 1,000 base pairs  Perbaikan sistem ini mahal dan tidak efisien.