TUGAS REVIEW MATERI PEMBELAJARAN BIOLOGI MOLEKULER TM 6
Dosen Pengampu : Dr. Yahmi Ira Setyaningrum., STP., M. Si
Disusun Oleh :
D e v y A r f i k a s a r i (2422012018)
PROGRAM STUDI ILMU GIZI INSTITUT TEKNOLOGI KESEHATAN MALANG
WIDYA CIPTA HUSADA 2023/2024
A. Struktur DNA
Struktur DNA terdiri dari dua rangkaian polinukleotida, di mana setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen utama, yaitu gula deoksiribosa, gugus fosfat, dan basa nitrogen. Ketiga komponen ini merupakan dasar informasi genetik yang terdapat dalam DNA.
Struktur DNA memiliki komponen gula yang disebut deoksiribosa.
Deoksiribosa adalah jenis gula yang memiliki lima atom karbon dalam molekulnya. Gula deoksiribosa adalah bagian penting dari setiap nukleotida dalam molekul DNA.
Berikut struktur penyusun DNA:
1. Gula Fosfat
Setiap untai DNA memiliki rangka gula fosfat yang berulang-ulang.
Gugus fosfat dan gula deoksiribosa bergantian membentuk rangka tersebut.
2. Basa Nitrogen
Basa nitrogen adalah komponen yang berperan dalam pasangan- pasangan dalam heliks ganda. Adenin (A) berpasangan dengan timin (T), dan guanin (G) berpasangan dengan sitosin (C).
3. Ikatan Hidrogen
Pasangan basa A-T dan G-C berhubungan melalui ikatan hidrogen.
Ikatan ini memberikan kestabilan pada struktur heliks ganda.
4. Heliks Ganda
Dua untai berpilin membentuk struktur heliks ganda, dengan pasangan basa yang berada di tengah-tengahnya.
Susunan DNA ini memungkinkan terjadinya replikasi, suatu proses di mana molekul DNA yang ada direplikasi untuk membentuk salinan baru. Selain itu, susunan ini juga berperan dalam transkripsi, suatu proses di mana RNA dibentuk dari untaian DNA dan berfungsi sebagai molekul perantara dalam pembentukan protein.
B. Tahapan Replikasi DNA
Tahap pertama(nomor 1) DNA memulai replikasi DNA pada tempat khusus/tertentu yang disebut dengan titik mula replikasi(origins of replication) pada sel prokariotik biasanya origins of replication hanya satu titik pada setiap DNA yang di replikasi, tetapi pada kebanyakan sel eukariotik, origin of replication memiliki beberapa titik yang bisa mencapai beberapa ratus titik dengan tujuan untuk mempercepat proses replikasi. Mula-mula enzim helikase membuka untai DNA menjadi dua bagian yang dimulai dari origin of replication, pembukaan ini berlangsung terus menerus sampai proses replikasi selesai dari arah 5’
menuju ke 3’.
Tahap ke dua(nomor 2) Sebuah protein pengikat yang dinamakan dengan single-strand binding protein mengikat bagian DNA yang terpisah untuk menstabilkan untai DNA yang sudah terpisah tersebut Setelah terjadi pembukaan oleh enzim helikase, dan protein pengikat melaksanakan tugasnya, maka DNA akan terbagi menjadi dua yaitu bagian yang dinamakan dengan leading stand dan lagging strand. Kedua bagian ini memiliki cara yang berbeda dalam proses replikasi DNA yang terjadi.
Laeding strand( huruf A) pada nomor tiga(3) memulai proses replikasi dari arah 3’ menuju 5’ yang dibantu oleh enzim DNA polymerase III untuk melakukan proses replikasi DNA, sehingga terbentuk untai DNA baru dengan arah 5’ menuju 3’.Proses yang terjadi di bagian leading strand terjadi dengan sangat mulus tanpa ada hambatan sama sekali.
Lagging strand(huruf B) memulai replikasi berlawanan dengan proses replikasi yang terjadi pada bagian leading strand yaitu dari arah 3’
menuju 5’. Proses ini di awali dengan tahapan nomor empat(4) yaitu di mulai dari enzim primase yang membentuk bagian baru yang dinamakan primer RNA. Proses ini berlangsung terus menerus namun pada pembentukan primer ini putus-putus dibagian tertentu.
Tahap ke lima(nomor 5) DNA polymerase III memulai tugasnya untuk membentuk bagian-bagian yang terputus putus diantara primer DNA yang terbentuk oleh enzim primas.
C. Mekanisme Bantuan Enzim dalam Replikasi DNA: Perspektif Biokimia
Replikasi DNA adalah proses biologis fundamental yang memungkinkan organisme untuk menggandakan materi genetik mereka.
Proses ini melibatkan berbagai enzim yang bekerja bersama untuk memastikan bahwa replikasi berlangsung dengan akurat dan efisien.
Artikel ini akan membahas peran dan mekanisme kerja enzim dalam replikasi DNA dari perspektif biokimia.
Enzim DNA polimerase memiliki peran penting dalam replikasi DNA.
Enzim ini bertanggung jawab untuk menambahkan nukleotida baru ke untai DNA yang sedang dibuat. DNA polimerase juga memiliki aktivitas 'proofreading' yang memungkinkannya untuk memeriksa dan memperbaiki kesalahan yang mungkin terjadi selama proses replikasi.
Replikasi DNA semi-konservatif adalah proses di mana setiap untai DNA dalam molekul DNA ganda berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis untai baru. Dalam proses ini, enzim memainkan peran penting.
Misalnya, enzim helikase membuka untai DNA ganda, sementara DNA polimerase menambahkan nukleotida baru ke untai DNA yang sedang dibuat.
Enzim memastikan akurasi replikasi DNA melalui mekanisme 'proofreading' dan 'mismatch repair'. Dalam 'proofreading', DNA polimerase memeriksa setiap nukleotida yang ditambahkan ke untai DNA baru untuk memastikan bahwa pasangan basenya benar. Jika terjadi kesalahan, enzim ini dapat menghapus nukleotida yang salah dan menggantinya dengan yang benar. Dalam 'mismatch repair', enzim lain bekerja untuk memperbaiki kesalahan yang mungkin lolos dari proses
'proofreading'.
Enzim memainkan peran penting dalam replikasi DNA, memfasilitasi berbagai tahapan proses dan memastikan akurasi replikasi. Dengan memahami mekanisme kerja enzim dalam replikasi DNA, kita dapat mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana informasi genetik dipertahankan dan diteruskan dari satu generasi ke generasi berikutnya.
D. Proses Perbaikan DNA
Perbaikan eksisi dasar / Base Excision Repair (BER)
(BER) bertanggung jawab untuk memperbaiki lesi DNA kecil tetapi sangat mutagenik yang merupakan ancaman signifikan terhadap kesetiaan dan stabilitas genom. Lesi DNA ini dapat disebabkan oleh radiasi pengion serta mutagen endogen yang dihasilkan dari peristiwa metabolisme seperti oksidasi, metilasi, deaminasi, atau hilangnya pasangan basa DNA secara spontan. Jalur BER diprakarsai oleh salah satu dari sebelas glikosilase DNA yang menghilangkan basa yang rusak.
Setelah eksisi basa, satu set protein yang berbeda mengisi celah yang terbuka dengan basa tunggal (jalur short-patch) atau basa ganda (jalur long-patch).
Perbaikan Eksisi Nukleotida / Nucleotide Excision Repair (NER) NER mungkin merupakan mekanisme yang paling fleksibel dalam hal keragaman lesi yang dikenali dan diperbaiki. Yang paling signifikan dari lesi ini adalah dimer pirimidin yang diinduksi oleh sinar UV (dimer pirimidin siklobutana dan 6-4 fotoproduk), dan substrat NER lainnya termasuk adduct kimia yang besar, ikatan silang intra-untai DNA, dan beberapa bentuk kerusakan oksidatif. Jenis lesi ini menyebabkan distorsi heliks dupleks DNA dan modifikasi kimia DNA, yang keduanya merupakan ciri khas yang dikenali oleh NER.
NER adalah proses multi-langkah kompleks yang melibatkan jaringan besar lebih dari 30 protein. Dimulai dengan mengenali basa yang rusak, dupleks DNA kemudian dibuka, dan basa yang rusak dihilangkan dengan kompleks perbaikan eksisi yang kemudian diisi dan diikat.
Perbaikan Double-Strand Break (DSB) / Double-Strand Break (DSB) Repair
DSB adalah lesi genetik yang sangat toksik yang menimbulkan ancaman serius bagi homeostasis seluler karena dapat mempengaruhi transkripsi, replikasi, dan segregasi kromosom. DSB disebabkan oleh berbagai faktor eksogen, seperti radiasi pengion dan bahan kimia genotoksik tertentu, dan faktor endogen, seperti spesies oksigen reaktif, replikasi pemutusan DNA untai tunggal, dan tekanan mekanis pada kromosom.
Sel telah mengembangkan dua jalur perbaikan DSB yang berbeda:
rekombinasi homolog (HR), dan penggabungan akhir non-homolog (NHEJ). Sementara sel dapat memilih untuk menggunakan salah satu dari jalur ini untuk memperbaiki DSB, rincian pasti mengapa sel memilih satu jalur di atas yang lain masih belum diketahui. Seleksi tampaknya dipengaruhi oleh tahap siklus sel pada saat kerusakan diperoleh.
SDM
HR menjaga stabilitas genom dengan memperbaiki DSB, celah, dan memulai ulang garpu replikasi yang terhenti. Ini adalah jalur yang relatif lambat tetapi bebas kesalahan yang bergantung pada keberadaan sekuens homolog dalam genom sebagai cetakan untuk menggantikan segmen DNA yang rusak.
NHEJ
Tidak seperti HR, NHEJ tidak memerlukan template DNA (sister chromatid) untuk perbaikan. Sebaliknya, NHEJ beroperasi dengan memodifikasi ujung bebas DNA yang terletak di kedua sisi pemutusan dengan menggunakan berbagai nuklease sehingga ujung-ujungnya menjadi kompatibel (yaitu 3'-hidroksil dan 5'-fosfat), diikuti dengan ligasi dengan enzim DNA ligase. 4. Berbeda dengan HR, NHEJ adalah proses yang relatif cepat tetapi secara intrinsik rawan kesalahan, dan penggunaannya yang berlebihan dapat menyebabkan penataan ulang gen, penghapusan, dan mutasi, yang semuanya dapat menyebabkan sel pasca-replikasi menjadi lebih rentan terhadap DSB.
Protein sensor kerusakan DNA dan protein pensinyalan kerusakan DNA keduanya dapat ditargetkan dengan berbagai agen antikanker.
