Kerusakan Dan Perbaikan DNA

DNA

DNA

Dr. Azkiyatun Dr. Azkiyatun Dr. Clara Krishanti Dr. Clara Krishanti

DNA

DNA



 DNA terdiri dari suatu DNA terdiri dari suatu rantrantaiai

nukleotida, yaitu: gula pentosa, basa nukleotida, yaitu: gula pentosa, basa nitrogen dan fosfat

nitrogen dan fosfat 

 Gula pentosa, yaitu gula dengan 5Gula pentosa, yaitu gula dengan 5

karbon. karbon.

-- Pada DNA gula ini adalah deoksiribosa.Pada DNA gula ini adalah deoksiribosa.

-- Pada RNA gula berupa ribosa.Pada RNA gula berupa ribosa.



 FosfFosfat menghubungkan gula at menghubungkan gula pada satupada satu

nukleotida ke fosfat pada nukleotida nukleotida ke fosfat pada nukleotida berikutny

berikutnya untuk a untuk membentukmembentuk polinukleotida.

polinukleotida. 

DNA

DNA



 DNA terdiri dari suatu DNA terdiri dari suatu rantrantaiai

nukleotida, yaitu: gula pentosa, basa nukleotida, yaitu: gula pentosa, basa nitrogen dan fosfat

nitrogen dan fosfat 

 Gula pentosa, yaitu gula dengan 5Gula pentosa, yaitu gula dengan 5

karbon. karbon.

-- Pada DNA gula ini adalah deoksiribosa.Pada DNA gula ini adalah deoksiribosa.

-- Pada RNA gula berupa ribosa.Pada RNA gula berupa ribosa.



 FosfFosfat menghubungkan gula at menghubungkan gula pada satupada satu

nukleotida ke fosfat pada nukleotida nukleotida ke fosfat pada nukleotida berikutny

berikutnya untuk a untuk membentukmembentuk polinukleotida.

polinukleotida. 

Basa Nitrogen,

Basa Nitrogen,

ada 2 macam:ada 2 macam:

  PurinPurin  Adenine Adenine AA  Guanine Guanine GG   PyrimidinePyrimidine  Cytosine Cytosine CC  ThymineThymine TT 

 Sebuah molekulSebuah molekul

DNA terbentuk dari jutaan

DNA terbentuk dari jutaan

nukleotida yang bergabung

nukleotida yang bergabung

Membentuk suatu rantai

Membentuk suatu rantai

panjang (double helix).

panjang (double helix).

PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄

Ikatan hidrogen pasangan basa

Ikatan hidrogen pasangan basa

H H H H H H HH O O O O H H C C C C C C CC N N N N C C Timin Timin H H N N H H H H N N C C CC C C C C N N N N HH N N C C Adenin Adenin H H O O N N H H _CC C C CC N N N N C C Sitosin Sitosin H H H H H H N N C C CC C C C C N N N N HH N N C C Guanin Guanin N N H H O O H H

PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ PO PO₄₄ 2-stranded DNA 2-stranded DNA

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

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

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

Transkripsi



_{Proses pengkopian/penyalinan molekul DNA menjadi}

utas RNA yang komplementer.



_{Melibatkan RNA Polymerase}



_Tahap:

Inisiasi

Elongasi

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

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

• 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

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

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

Tipe Mutasi Gen

 Missense mutation  Nonsense mutation  Insertion  Deletion  Duplication  Frameshift mutation  Repeat expansion

Missense Mutation

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

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

Nonsense Mutation

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

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

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

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

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

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

 Fase mitosis  Interphase  Interphase  G₁ phase  S phase  G₂ phase

 The mitotic phase

 mitosis

 cytokinesis

INTERPHASE

G₁ S_{(DNA synthesis)}

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)

Ada 3 mekanisme utama:

1.Base excision,

2.Nucleotida excision 3.Mismatch repair 

 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.

1. Base excision Pemotongan Basa

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

2. Nucleotide excision Pemotongan nukleotida

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. .

3. Mismatch repair Perbaikan yang tidak berpasangan



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