DNA

Dr. Azkiyatun Dr. Clara Krishanti

DNA DNA terdiri dari suatu rantai 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

nukleotida ke fosfat pada nukleotida berikutnya untuk membentuk polinukleotida.

DNA berbentuk double helix

Basa Nitrogen, ada 2 macam:

PurinAdenine AGuanine G

PyrimidineCytosine CThymine 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 H

O

O

H

C

C

C C

N

N

C

TiminH

N

H

H

N

C C

C

C

N

N H

N

C

Adenin

H

O

N

H C

C C

N

N

C

Sitosin

H

H

H

N

C C

C

C

N

N H

N

C

Guanin

NH

O

H

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

PO4

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 kontinuLagging 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.

TranskripsiProses pengkopian/penyalinan molekul DNA menjadi utas RNA yang komplementer.

Melibatkan RNA PolymeraseTahap:

InisiasiElongasiTerminasi

Transkripsi1. 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.

Transkripsi2. 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 / alamo 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 DNA2. Efisiensi mekanisme proses perbaikan DNA yg rusak (DNA repair mechanism)3. Tingkat pemaparan mutagenic agents yg ada di lingkungan

Mekanisme Terjadinya Mutasi1. 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 sebaliknya2. 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

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 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

Fase mitosis Interphase

Interphase G1 phase S phase G2 phase

The mitotic phase mitosis cytokinesis

INTERPHASE

G1

S(DNA synthesis)

G2Cyto

kinesis

MitosisMITOTIC(M) PHASE

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 excision3.Mismatch repair

MEKANISME PERBAIKAN DNA

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

Perbaikan sistem ini mahal dan tidak efisien.

THANK YOU