Replikasi DNA

31
Replikasi DNA yang terjadi, disebut replikasi semikonservatif, karena masing-masing dari kedua rantai DNA induk bertindak sebagai cetakan/templat untuk pembuatan dua rantai DNA dengan untai ganda yang baru. [1] [2] Replikasi DNA adalah proses penggandaan rantai ganda DNA . Pada sel , replikasi DNA terjadi sebelum pembelahan sel . Prokariota terus-menerus melakukan replikasi DNA. Pada eukariota , waktu terjadinya replikasi DNA sangatlah diatur, yaitu pada fase S siklus sel , sebelum mitosis atau meiosis I. Penggandaan tersebut memanfaatkan enzim DNA polimerase yang membantu pembentukan ikatan antara nukleotida-nukleotida penyusun polimer DNA. Proses replikasi DNA dapat pula dilakukan in vitro dalam proses yang disebut reaksi berantai polimerase (PCR) . Daftar isi 1 Garpu replikasi o 1.1 Pembentukan leading strand o 1.2 Pembentukan lagging strand

description

materi replikasi dna

Transcript of Replikasi DNA

Page 1: Replikasi DNA

Replikasi DNA yang terjadi, disebut replikasi semikonservatif, karena masing-masing dari kedua rantai DNA induk bertindak sebagai cetakan/templat untuk pembuatan dua rantai DNA dengan untai ganda yang baru.[1][2]

Replikasi DNA adalah proses penggandaan rantai ganda DNA. Pada sel, replikasi DNA terjadi sebelum pembelahan sel. Prokariota terus-menerus melakukan replikasi DNA. Pada eukariota, waktu terjadinya replikasi DNA sangatlah diatur, yaitu pada fase S siklus sel, sebelum mitosis atau meiosis I. Penggandaan tersebut memanfaatkan enzim DNA polimerase yang membantu pembentukan ikatan antara nukleotida-nukleotida penyusun polimer DNA. Proses replikasi DNA dapat pula dilakukan in vitro dalam proses yang disebut reaksi berantai polimerase (PCR).

Daftar isi 1 Garpu replikasi

o 1.1 Pembentukan leading strand o 1.2 Pembentukan lagging strand o 1.3 Dinamika pada garpu replikasi

2 Replikasi di prokariota dan eukariota o 2.1 Replikasi DNA prokariota o 2.2 Replikasi DNA eukariota

3 Pengaturan replikasi 4 Rujukan 5 Lihat pula

Page 2: Replikasi DNA

Garpu replikasiGarpu replikasi atau cabang replikasi (replication fork) ialah struktur yang terbentuk ketika DNA bereplikasi. Garpu replikasi ini dibentuk akibat enzim helikase yang memutus ikatan-ikatan hidrogen yang menyatukan kedua untaian DNA, membuat terbukanya untaian ganda tersebut menjadi dua cabang yang masing-masing terdiri dari sebuah untaian tunggal DNA. Masing-masing cabang tersebut menjadi "cetakan" untuk pembentukan dua untaian DNA baru berdasarkan urutan nukleotida komplementernya. DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan memperpanjang oligonukleotida yang dibentuk oleh enzim primase dan disebut primer.

DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan menambahkan nukleotida—dalam hal ini, deoksiribonukleotida—ke ujung 3'-hidroksil bebas nukleotida rantai DNA yang sedang tumbuh. Dengan kata lain, rantai DNA baru disintesis dari arah 5'→3', sedangkan DNA polimerase bergerak pada DNA "induk" dengan arah 3'→5'. Namun demikian, salah satu untaian DNA induk pada garpu replikasi berorientasi 3'→5', sementara untaian lainnya berorientasi 5'→3', dan helikase bergerak membuka untaian rangkap DNA dengan arah 5'→3'. Oleh karena itu, replikasi harus berlangsung pada kedua arah berlawanan tersebut.

Replikasi DNA. Mula-mula, heliks ganda DNA (merah) dibuka menjadi dua untai tunggal oleh enzim helikase (9) dengan bantuan topoisomerase (11) yang mengurangi tegangan untai DNA. Untaian DNA tunggal dilekati oleh protein-protein pengikat untaian tunggal (10) untuk mencegahnya membentuk heliks ganda kembali. Primase (6) membentuk oligonukleotida RNA yang disebut primer (5) dan molekul DNA polimerase (3 & 8) melekat pada seuntai tunggal DNA dan bergerak sepanjang untai tersebut memperpanjang primer, membentuk untaian tunggal DNA baru yang disebut leading strand (2) dan lagging strand (1). DNA polimerase yang membentuk lagging strand harus mensintesis segmen-segmen polinukleotida diskontinu (disebut fragmen Okazaki (7)). Enzim DNA ligase (4) kemudian menyambungkan potongan-potongan lagging strand tersebut.

Pembentukan leading strand

Pada replikasi DNA, untaian pengawal (leading strand) ialah untaian DNA yang disintesis dengan arah 5'→3' secara berkesinambungan. Pada untaian ini, DNA polimerase mampu membentuk DNA menggunakan ujung 3'-OH bebas dari sebuah primer RNA dan sintesis DNA berlangsung secara berkesinambungan, searah dengan arah pergerakan garpu replikasi.

Page 3: Replikasi DNA

Pembentukan lagging strand

Lagging strand ialah untaian DNA yang terletak pada sisi yang berseberangan dengan leading strand pada garpu replikasi. Untaian ini disintesis dalam segmen-segmen yang disebut fragmen Okazaki. Pada untaian ini, primase membentuk primer RNA. DNA polimerase dengan demikian dapat menggunakan gugus OH 3' bebas pada primer RNA tersebut untuk mensintesis DNA dengan arah 5'→3'. Fragmen primer RNA tersebut lalu disingkirkan (misalnya dengan RNase H dan DNA Polimerase I) dan deoksiribonukleotida baru ditambahkan untuk mengisi celah yang tadinya ditempati oleh RNA. DNA ligase lalu menyambungkan fragmen-fragmen Okazaki tersebut sehingga sintesis lagging strand menjadi lengkap.

Dinamika pada garpu replikasi

Bukti-bukti yang ditemukan belakangan ini menunjukkan bahwa enzim dan protein yang terlibat dalam replikasi DNA tetap berada pada garpu replikasi sementara DNA membentuk gelung untuk mempertahankan pembentukan DNA ke dua arah. Hal ini merupakan akibat dari interaksi antara DNA polimerase, sliding clamp, dan clamp loader.

Sliding clamp pada semua jenis makhluk hidup memiliki struktur serupa dan mampu berinteraksi dengan berbagai DNA polimerase prosesif maupun non-prosesif yang ditemukan di sel. Selain itu, sliding clamp berfungsi sebagai suatu faktor prosesivitas. Ujung-C sliding clamp membentuk gelungan yang mampu berinteraksi dengan protein-protein lain yang terlibat dalam replikasi DNA (seperti DNA polimerase dan clamp loader). Bagian dalam sliding clamp memungkinkan DNA bergerak melaluinya. Sliding clamp tidak membentuk interaksi spesifik dengan DNA. Terdapat lubang 35A besar di tengah clamp ini. Lubang tersebut berukuran sesuai untuk dilalui DNA dan air menempati tempat sisanya sehingga clamp dapat bergeser pada sepanjang DNA. Begitu polimerase mencapai ujung templat atau mendeteksi DNA berutas ganda (lihat di bawah), sliding clamp mengalami perubahan konformasi yang melepaskan DNA polimerase.

Clamp loader merupakan protein bersubunit banyak yang mampu menempel pada sliding clamp dan DNA polimerase. Dengan hidrolisis ATP, clamp loader terlepas dari sliding clamp sehingga DNA polimerase menempel pada sliding clamp. Sliding clamp hanya dapat berikatan pada polimerase selama terjadinya sintesis utas tunggal DNA. Jika DNA rantai tunggal sudah habis, polimerase mampu berikatan dengan subunit pada clamp loader dan bergerak ke posisi baru pada lagging strand. Pada leading strand, DNA polimerase III bergabung dengan clamp loader dan berikatan dengan sliding clamp.

Replikasi di prokariota dan eukariota

Replikasi DNA prokariota

Replikasi DNA kromosom prokariota, khususnya bakteri, sangat berkaitan dengan siklus pertumbuhannya. Daerah ori pada E. coli, misalnya, berisi empat buah tempat pengikatan protein inisiator DnaA, yang masing-masing panjangnya 9 pb. Sintesis protein DnaA ini sejalan dengan laju pertumbuhan bakteri sehingga inisiasi replikasi juga sejalan dengan laju pertumbuhan

Page 4: Replikasi DNA

bakteri. Pada laju pertumbuhan sel yang sangat tinggi; DNA kromosom prokariota dapat mengalami reinisiasi replikasi pada dua ori yang baru terbentuk sebelum putaran replikasi yang pertama berakhir. Akibatnya, sel-sel hasil pembelahan akan menerima kromosom yang sebagian telah bereplikasi.

Protein DnaA membentuk struktur kompleks yang terdiri atas 30 hingga 40 buah molekul, yang masing-masing akan terikat pada molekul ATP. Daerah ori akan mengelilingi kompleks DnaA-ATP tersebut. Proses ini memerlukan kondisi superkoiling negatif DNA (pilinan kedua untai DNA berbalik arah sehingga terbuka). Superkoiling negatif akan menyebabkan pembukaan tiga sekuens repetitif sepanjang 13 pb yang kaya dengan AT sehingga memungkinkan terjadinya pengikatan protein DnaB, yang merupakan enzim helikase, yaitu enzim yang akan menggunakan energi ATP hasil hidrolisis untuk bergerak di sepanjang kedua untai DNA dan memisahkannya.

Untai DNA tunggal hasil pemisahan oleh helikase selanjutnya diselubungi oleh protein pengikat untai tunggal atau single-stranded binding protein (Ssb) untuk melindungi DNA untai tunggal dari kerusakan fisik dan mencegah renaturasi. Enzim DNA primase kemudian akan menempel pada DNA dan menyintesis RNA primer yang pendek untuk memulai atau menginisiasi sintesis pada untai pengarah. Agar replikasi dapat terus berjalan menjauhi ori, diperlukan enzim helikase selain DnaB. Hal ini karena pembukaan heliks akan diikuti oleh pembentukan putaran baru berupa superkoiling positif. Superkoiling negatif yang terjadi secara alami ternyata tidak cukup untuk mengimbanginya sehingga diperlukan enzim lain, yaitu topoisomerase tipe II yang disebut dengan DNA girase. Enzim DNA girase ini merupakan target serangan antibiotik sehingga pemberian antibiotik dapat mencegah berlanjutnya replikasi DNA bakteri.

Seperti telah dijelaskan di atas, replikasi DNA terjadi baik pada untai pengarah maupun pada untai tertinggal. Pada untai tertinggal suatu kompleks yang disebut primosom akan menyintesis sejumlah RNA primer dengan interval 1.000 hingga 2.000 basa. Primosom terdiri atas helikase DnaB dan DNA primase.

Primer baik pada untai pengarah maupun pada untai tertinggal akan mengalami elongasi dengan bantuan holoenzim DNA polimerase III. Kompleks multisubunit ini merupakan dimer, separuh akan bekerja pada untai pengarah dan separuh lainnya bekerja pada untai tertinggal. Dengan demikian, sintesis pada kedua untai akan berjalan dengan kecepatan yang sama.

Masing-masing bagian dimer pada kedua untai tersebut terdiri atas subunit a, yang mempunyai fungsi polimerase sesungguhnya, dan subunit e, yang mempunyai fungsi penyuntingan berupa eksonuklease 3’– 5’. Selain itu, terdapat subunit b yang menempelkan polimerase pada DNA.

Begitu primer pada untai tertinggal dielongasi oleh DNA polimerase III, mereka akan segera dibuang dan celah yang ditimbulkan oleh hilangnya primer tersebut diisi oleh DNA polimerase I, yang mempunyai aktivitas polimerase 5’ – 3’, eksonuklease 5’ – 3’, dan eksonuklease penyuntingan 3’ – 5’. Eksonuklease 5’ - 3’ membuang primer, sedangkan polimerase akan mengisi celah yang ditimbulkan. Akhirnya, fragmen-fragmen Okazaki akan dipersatukan oleh enzim DNA ligase. Secara in vivo, dimer holoenzim DNA polimerase III dan primosom diyakini membentuk kompleks berukuran besar yang disebut dengan replisom. Dengan adanya replisom sintesis DNA akan berlangsung dengan kecepatan 900 pb tiap detik.

Page 5: Replikasi DNA

Kedua garpu replikasi akan bertemu kira-kira pada posisi 180 °C dari ori. Di sekitar daerah ini terdapat sejumlah terminator yang akan menghentikan gerakan garpu replikasi. Terminator tersebut antara lain berupa produk gen tus, suatu inhibitor bagi helikase DnaB. Ketika replikasi selesai, kedua lingkaran hasil replikasi masih menyatu. Pemisahan dilakukan oleh enzim topoisomerase IV. Masing-masing lingkaran hasil replikasi kemudian disegregasikan ke dalam kedua sel hasil pembelahan.

Replikasi DNA eukariota

Pada eukariota, replikasi DNA hanya terjadi pada fase S di dalam interfase. Untuk memasuki fase S diperlukan regulasi oleh sistem protein kompleks yang disebut siklin dan kinase tergantung siklin atau cyclin-dependent protein kinases (CDKs), yang berturut-turut akan diaktivasi oleh sinyal pertumbuhan yang mencapai permukaan sel. Beberapa CDKs akan melakukan fosforilasi dan mengaktifkan protein-protein yang diperlukan untuk inisiasi pada masing-masing ori.

Berhubung dengan kompleksitas struktur kromatin, garpu replikasi pada eukariota bergerak hanya dengan kecepatan 50 pb tiap detik. Sebelum melakukan penyalinan, DNA harus dilepaskan dari nukleosom pada garpu replikasi sehingga gerakan garpu replikasi akan diperlambat menjadi sekitar 50 pb tiap detik. Dengan kecepatan seperti ini diperlukan waktu sekitar 30 hari untuk menyalin molekul DNA kromosom pada kebanyakan mamalia.

Sederetan sekuens tandem yang terdiri atas 20 hingga 50 replikon mengalami inisiasi secara serempak pada waktu tertentu selama fase S. Deretan yang mengalami inisasi paling awal adalah eukromatin, sedangkan deretan yang agak lambat adalah heterokromatin. Daerah sentromer dan telomer dari DNA bereplikasi paling lambat. Pola semacam ini mencerminkan aksesibilitas struktur kromatin yang berbeda-beda terhadap faktor inisiasi.

Seperti halnya pada prokariota, satu atau beberapa DNA helikase dan Ssb yang disebut dengan protein replikasi A atau replication protein A (RP-A) diperlukan untuk memisahkan kedua untai DNA. Selanjutnya, tiga DNA polimerase yang berbeda terlibat dalam elongasi. Untai pengarah dan masing-masing fragmen untai tertinggal diinisiasi oleh RNA primer dengan bantuan aktivitas primase yang merupakan bagian integral enzim DNA polimerase a. Enzim ini akan meneruskan elongasi replikasi tetapi kemudian segera digantikan oleh DNA polimerase d pada untai pengarah dan DNA polimerase e pada untai tertinggal. Baik DNA polimerase d maupun e mempunyai fungsi penyuntingan. Kemampuan DNA polimerase d untuk menyintesis DNA yang panjang disebabkan oleh adanya antigen perbanyakan nuklear sel atau proliferating cell nuclear antigen (PCNA), yang fungsinya setara dengan subunit b holoenzim DNA polimerase III pada E. coli. Selain terjadi penggandaan DNA, kandungan histon di dalam sel juga mengalami penggandaan selama fase S.

Mesin replikasi yang terdiri atas semua enzim dan DNA yang berkaitan dengan garpu replikasi akan diimobilisasi di dalam matriks nuklear. Mesin-mesin tersebut dapat divisualisasikan menggunakan mikroskop dengan melabeli DNA yang sedang bereplikasi. Pelabelan dilakukan menggunakan analog timidin, yaitu bromodeoksiuridin (BUdR), dan visualisasi DNA yang

Page 6: Replikasi DNA

dilabeli tersebut dilakukan dengan imunofloresensi menggunakan antibodi yang mengenali BUdR.

Ujung kromosom linier tidak dapat direplikasi sepenuhnya karena tidak ada DNA yang dapat menggantikan RNA primer yang dibuang dari ujung 5’ untai tertinggal. Dengan demikian, informasi genetik dapat hilang dari DNA. Untuk mengatasi hal ini, ujung kromosom eukariota (telomer) mengandung beratus-ratus sekuens repetitif sederhana yang tidak berisi informasi genetik dengan ujung 3’ melampaui ujung 5’. Enzim telomerase mengandung molekul RNA pendek, yang sebagian sekuensnya komplementer dengan sekuens repetitif tersebut. RNA ini akan bertindak sebagai cetakan (templat) bagi penambahan sekuens repetitif pada ujung 3’.

Hal yang menarik adalah bahwa aktivitas telomerase mengalami penekanan di dalam sel-sel somatis pada organisme multiseluler, yang lambat laun akan menyebabkan pemendekan kromosom pada tiap generasi sel. Ketika pemendekan mencapai DNA yang membawa informasi genetik, sel-sel akan menjadi layu dan mati. Fenomena ini diduga sangat penting di dalam proses penuaan sel. Selain itu, kemampuan penggandaan yang tidak terkendali pada kebanyakan sel kanker juga berkaitan dengan reaktivasi enzim telomerase.

Reparasi DNA

DNA yang rusak, menyebabkan banyaknya kromosom yang terputus

Reparasi DNA merujuk pada sekumpulan proses dalam sel yang mengidentifikasi dan memulihkan kerusakan pada molekul DNA. Dalam sel manusia, baik aktivitas metabolisme normal maupun faktor lingkungan seperti cahaya ultraviolet dan radiasi dapat menyebabkan kerusakan DNA. Kerusakan ini dapat mencapai 1 juta molekul per sel per hari.[1] Banyak kerusakan ini berupa kerusakan struktural pada molekul DNA, sehingga dapat mengubah ataupun menghilangkan kemampuan sel untuk mentranskripsi gen. Walaupun demikian, proses reparasi DNA secara terus menerus merespo terhadap kerusakan tersebut. Ketika proses reparasi normal gagal dan apoptosis sel tidak terjadi, "kerusakan DNA tak tereparasikan" terjadi.[2][3]

Laju reparasi DNA bergantung pada banyak faktor, meliputi jenis sel, usia sel, dan lingkungan eksternal. Sel yang telah mengakumulasi banyak kerusakan DNA ataupun yang tidak dapat secara efektif memperbaiki kerusakan lagi dapat berujung pada tiga keadaan:

Page 7: Replikasi DNA

1. keadaan dormansi ireversibel, dikenal sebagai proses penuaan2. bunuh diri sel, dikenal sebagai apoptosis3. pembelahan sel yang tak teregulasi, menyebabkan pembentukan tumor ataupun kanker

Kemampuan suatu sel mereparasi DNA sangatlah penting bagi integritas genom sel tersebut. Banyak gen yang pada awalnya menunjukkan pengaruh terhadap harapan hidup ternyata berhubungan dengan perlindungan dan reparasi kerusakan DNA.[4] Kegagalan memperbaiki kerusakan dalam sel yang membentuk gamet dapat mencetuskan mutasi pada genom keturunan, sehingga memengaruhi laju evolusi.

I.                   DENATURASI DNA

A.  Pengertian Denaturasi DNA

Denaturasi adalah untai ganda molekul DNA yang dapat dipisahkan dengan perlakuan suhu maupun senyawa alkali sehingga konformasinya berubah dan dapat hampir menjadi acak. Tingkat denaturasi DNA tergantung pada tingginya suhu. Perubahan tingkat denaturasi DNA dapat diikuti dengan memperlakukan DNA pada suhu yang bertingkat, kemudian diukur absorbansinya (A) pada panjang gelombang 260. Perlu diketahui bahwa basa asam nukleat menyerap dengan kuat cahaya pada panjang gelombang 260. Kurva hubungan antara peningkatan suhu dengan suhu dengan nilai A260 menunjukkan perubahan tingkat denaturasi DNA. Banyaknya cahaya dapat diserap oleh molekul DNA tergantung pada struktur molekulnya. Semakin teratur molekulnya maka semakin sedikit cahaya yang diserap. Oleh karena itu nukleotida bebas menyerap cahaya lebih besar daripada molekul DNA untai tunggal atau RNA. Nilai serapan cahaya oleh molekul DNA dengan struktur DNA tetapi dengan konsentrasi yang sama (50mg/ml) adalah sebagai berikut :

            DNA untai ganda A260 = 1,0            DNA untai tunggal A260 = 1,37            Nukleotida bebas A260 = 1,60

Page 8: Replikasi DNA

Beberapa hal penting dalam kurva diatas antar lain :1.      Nilai A260 tidak berubah sampai keadaan suhu yang umumnya dijumpai pada sel hidup dialam.2.      Peningkatan nilai A260 terjadi dalam kisaran 6 sampai 8˚C.3.      Nilai A260 maksimum sekitar 37% lebih besar dibandingkan dengan nilai awalnya.

B.  Aspek Fisiologis Denaturasi DNA  Proses denaturasi DNA sebenarnya juga terjadi dalam kondisi fisiologis dan bahkan merupakan bagian dari proses fisiologis yang penting. DNA sebenarnya merupakan struktur yang dinamis. Bagian tertentu struktur gelembung untai tunggal. Fenomena ini disebut breathing. Dalam aktivitas fisiologis jasad hidup, keadaan semacam ini sangat penting artinya karena DNA dapat  berinteraksi dengan banyak protein, misalnya dalam proses replikasi dan transkripsi. Fenomena breathing lebih banyak terjadi pada bagian yang kandungan A T nya lebih tinggi. Dengan adanya breathing maka protein yang terlibat dalam proses replikasi dan transkripsi dapat  berinteraksi dengan molekul DNA.

II.                RENATURASI DNA

A.    Pengertian Renaturasi DNARenaturasi adalah proses pembentukan kembali struktur untai ganda

dari keadaan terdenaturasi. Renaturasi merupakan suatu proses yang dapat terjadi secara in vivo maupun in vitro. Renaturasi in vitro merupakan suatu fenomena yang sangat berguna untuk analisis molekuler, misalnya untuk mengetahui kesamaan atau kedekatan genetis antara suatu organisme dengan organisme lain, untuk mendeteksi macam RNA tertentu, untuk mengetahui apakah suatu urutan nukleutida tertentu ada lebih dari satu pada suatu jasad, serta untuk mengetahui lokasi spesifik suatu urutan nukleutida pada genom . Dalam bagian ini merupakan proses renaturasi secara in vitro.

Page 9: Replikasi DNA

B.     Tahapan Renaturasi DNA         Untai tunggal DNA (sense) bertemu dengan untai tunggal lainnya

(antisense) secara acak           Jika urutan Nukleotida kedua untai tunggal tersebut komplementer, maka

akan terjadi ikatan hidrogen dan terbentuk struktur untai ganda pada suatu bagian. Pembentukan ikatan hidrogen kemudian akan dilanjutkan pada bagian yang lain secara cepat sehingga terbentuk struktur untai ganda yang lengkap Tahapan yang menentukan kecepatan renaturasi bukan proses pembentukan untai gandanya melainkan proses tumbukan antara molekul untai tunggal dengan untai tunggal yang lain. Renaturasi dipengaruhi oleh hambatan friksional. Proses ini berlangsung secara acak sehingga sangat ditentukan oleh konsentrasi DNA.

C.     Syarat Renaturasi1.      Konsentrasi garam cukup tinggi (0,15 sampai 0,5 M). Ion Na+ yang bersifat

positif akan menetralkan gugus fosfat DNA yang bermuata negatif sehingga tidak terjadi saling tolak antar untaian DNA yang satu dengan untaian DNA yang lain.

2.      Suhu renaturasi harus cukup tinggi (20 sampai 25˚C dibawah nilai Tm).

3.      Konsentrasi DNA, semakin tinggi konsentrasinya maka probabilitas tumbukan antar molekul untai tunggal DNA menjadi semakin besar.

4.      Kecepatan perlakuan renaturasi. Jika suatu molekul DNA didenaturasi dengan perlakuan suhu tinggi kemudian suhunya diturunkan secara cepat, maka probabilitas molekul DNA sense untuk berpasangan dengan molekul antisense secara akurat akan lebih kecil. Oleh karena itu proses renaturasi biasanya dilakukan dengan menurunkan suhunya secara bertahap.

III.        PERBAIKAN DNAA.    Pengertian Perbaikan DNA

Page 10: Replikasi DNA

DNA sebagai materi genetic yang selalu mengalami berbagai reaksi kimia dan selalu melakukan kopi DNA. Perubahan struktur DNA ini disebut mutasi DNA yang dapat terjadi pada saat proses replikasi DNA. Untuk menstabilkan hal tersebut maka DNA memiliki kemampuan untuk memperbaiki (repair) kesalahan yang terjadi pada dirinya sendiri. Jika mutasi DNA yang terjadi cukup banyak dan DNA tidak sempat untuk memperbaiki (repair) dirinya sendiri maka akan terjadi kelainan ekspresi genetic bahkan menyebabkan terjadinya penyakit genetik. Konsumsi makanan yang bergizi serta istirahat yang cukup memungkinkan tubuh untuk dapat melakukan repair DNA. DNA repair merupakan suatu mekanisme perbaikan DNA yang mengalami kerusakan / kesalahan yang diakibatkan oleh proses metabolisme yang tidak normal, radiasi dengan sinar UV, radiasi ion, radiasi dengan bahan kimia, atau karena adanya kesalahan dalam replikasi DNA. Mekanisme perbaikan yang terdapat ditingkat selular secara garis besar disesuaikan dengan jenis kerusakan yang tentu saja terkait erat dengan jenis factor penyebabnya. Sel-sel menggunakan mekanisme-mekanisme perbaikan DNA untuk memperbaiki kesalahan-kesalahan pada sekuens basa molekul DNA. Kesalahan dapat terjadi saat aktivitas selular normal, ataupun dinduksi. DNA merupakan sasaran untuk berbagai kerusakan: baik eksternal agent maupun secara spontan.

Apabila ada kesalahan / kerusakan DNA, sel mempunyai dua pilihan :1.      Kesalahan tersebut diperbaiki dengan cara mengaktifkan DNA repair.

Namun apabila kesalahan yang ada sudah tidak mampu lagi ditanggulangi, sel memutuskan untuk beralih ke pilihan kedua.

2. Apabila DNA tidak mampu diperbaiki lagi, akibat dari adanya kesalahan yang fatal maka akan  dimatikan daripada hidup membawa pengaruh yang buruk bagi lingkungan sekelilingnya. Kemudian sel dengan DNA yang normal akan meneruskan perjalanan untuk melengkapi siklus yang tersisa yaitu S (sintesis) G2 (Gap 2) dan M (Mitosis).

Page 11: Replikasi DNA

  Komponen yang Terlibat dalam Proses DNA RepairProses perbaikan DNA itu harus melibatkan berbagai macam komponen, yang sangat berperan penting dalam mekanisme perbaikan DNA tersebut.

 

 

B.  Mekanisme DNA repairPada dasarnya perbaikan DNA dapat dikelompokkan  menjadi 3 yaitu :

1. Demage reversal : penggantian secara langsung, photoreactivation merupakan cara perbaikan DNA dengan melibatkan pembuangan atau pembalikan DNA yang rusak oleh sebuah enzim tunggal yang tergantung oleh cahaya. Pada bakteri E. Coli enzim itu dikodekan oleh gen phr. Adanya kerusakan pada suatu segmen pirimidin (timin dan sitosin) yang telah berpasangan (dimer) pada suatu struktur DNA, akan mengaktifkan suatu proses perbaikan dimana suatu kompleks protein enzim fotoreaktif akan memutuskan ikatan hydrogen tetapi tanpa memutuskan ikatan fosfodiester antar nukleotida. Perubahan urutan akan diperbaiki dengan pergantian sesame nukleotida dengan basa pirimidin, dan akan diikuti proses penangkupan kembali celah yang semula tercipta.

2. Demage removal : proses ini lebih kompleks karena melibatkan replacing atau penggantian dengan dipotong-potong. Pada excision repair diawali dengan proses pengidentifikasian ketidaksesuaian

Repair system Enzim/protein Repair sistem Enzim/protein

Base excision

DNA glycosylase

Mismatch

Dam metilase

AP Endonuklease MutS,MutL,MutHDNA Polymerase I ExonucleaseDNA ligase DNA Helicase II

Nucleotid exicion

UVrA,UVrB,UvrC SSB Protein

DNA polymerase I DNA plomerase IIIDNA Ligase DNA Ligase

Page 12: Replikasi DNA

sekuen / urutan DNA dalam suatu proses pengawasan yang dilakukan oleh endonuklease perbaikan DNA. Kompleks enzim tersebut akan menginisiasi proses pemisahan DNA heliks utas ganda menjadi suatu segmen utas tunggal. Proses ini akan diakhiri dengan pertautan kembali antara dua utas tunggal tersebut untuk kembali menjadi bagian dari heliks utas ganda, dengan perantaraan enzim DNA ligase.

3. Demage tolerance : Mentoleransi kesalahan.Hal ini dilakukan bila kesalahan tidak dapat diperbaiki sehingga kesalahan terpaksa ditoleransi dan yang terotong adalah kedua strand. Mekanisme ini adalah sebentuk replikasi rawan kesalahan (error-phone) yang memprbaiki kerusakan-kerusakan pada DNA tanpa mengembalikan sekuens basa awal. Tipe perbaikan ini bisa dipicu oleh kerusakan DNA dalam tingkat tinggi. Pada bakteri E. Coli, system tersebut diatur oleh gen-gen recA dan umu yang dihipotesiskan mengubah fidelitas (ketepatan) polymerase DNA setempat. Dalam rose situ, polymerase melakukan replikasi melewati kerusakan DNA, sehingga memungkinkan sel untuk bertahan hidup atau sintas. Jika sel tersebut berhasil sintas melalui seluruh kerusakan DNA, besar kemungkinan sel itu mengandung satu atau lebih mutasi.

  Ada 3 tipe demage removal yaitu :a.       Base excision repair

hanya 1 basa yang rusak dan digantikan dengan yang lain. Basa-basa DNA dapat dirusak melalui deaminasi. Tempat kerusakan basa tersebut dinamakan dengan”Abasic site” atau “AP site”. Pada E.coli enzim DNA glycosilase dapat mengenal AP site dan membuang basanya. Kemudian AP endonuklease membuang AP site dan Nukleotida sekitarnya. Kekosongan akan diisi dengan bantuan DNA Polymerase I dan DNA Ligase. DNA polymerase I berperan didalam mensintesis atau menambahkan pasangan basa yang sesuai dengan pasangannya.sedangkan DNA Ligase berperan

Page 13: Replikasi DNA

dalam menyambungkan pasangan basa yang telah disintesis oleh DNA polymerase I.

b.      Nucleotide excision repair adalah  memotong pada  bagian / salah  satu  segmen DNA, dari DNA yang  mengalami kerusakan. Kerusakan nukleotida yang disebabkan oleh sinar UV, sehingga terjadi kesalahan pirimidin dimer (kesalahan dua basa tetangga). Pada E. Coli terdapat protein yang terlibat dalam proses pembuangan atau pemotongan DNA yang mengalami kerusakan, protein tersebut adalah UVrA, UVrB, UVrC, setelah protein tersebut mengenali kesalahan, maka nukleotida yang rusak tersebut dihilangkan (dipotong) sehingga terjadi kekosongan pada segmen untaian nukleotida tersebut. Selanjutnya untuk mengisi kekosongan tersebut maka RNA polymerase I mensintesis nukleotida yang baru untuk dipasangkan pada segmen DNA yang mengalami kekosongan tadi, tentu saja dengan bekerja sama dengan DNA ligase dalam proses penyambungan segmen DNA tersebut.

c.       Mismatch repair Pada tahap ini yaitu memperbaiki kesalahan-kesalahan yang terjadi ketika DNA disalin. Selama replikasi DNA, DNA polymerase sendirilah yang melakukan perbaikan salah pasang. Polimerase ini mengoreksi setiap nukleotida terhadap cetakannya begitu nukleotida ditambahkan pada untaian. Dalam rangka mencari nukleotida yang pasangannya tidak benar, polymerase memindahkan nukleotida tersebut kemudian melanjutkan kembali sintesis, (tindakan ini mirip dengan mengoreksi kesalahan pada pengolah kata dengan menggunakan tombol “delete” dan kemudian menuliskan kata yang benar). Protein-protein lain selain DNA polymerase juga melakukan perbaikan salah pasang. Para peneliti mempertegas pentingnya protein-protein tersebut ketika mereka menemukan bahwa suatu cacat herediter pada salah satu dari protein-protein ini terkait dengan salah satu bentuk   dari kanker usus besar. Rupanya cacat ini mengakibatkan kesalahan penyebab kanker  yang berakumulasi di dalam DNA. Pada intinya mekanisme perbaikan mismatch

Page 14: Replikasi DNA

ini mendeteksi terlebih dahulu pasangan basa yang tidak “cocok (matched)” atau tidak berpasangan dengan benar. Kesalahan berpasangan basa atau mismatch dapat terjadi saat replikasi ataupun rekombinasi DNA, dimana untuk memperbaiki basa yang tidak berpasangan, terlebih dahulu harus diketahui pasangan basa mana yang mengalami kesalahan basa pada untai DNA. Caranya segmen DNA yang membawa basa yang salah dibuang, sehingga terdapat celah (gap) di dalam untai DNA. Selanjutnya dengan bantuan enzim polymerase celah ini akan diisi oleh segmen baru yang membawa basa yang telah diperbaiki, yang kemudian dilekatkan dengan bantuan enzim ligase

MEKANISME PERBAIKAN DNA

            Sel-sel prokariotik maupun eukariotik memiliki sejumlah sistem perbaikan yang berhubungan dengan kerusakan DNA. Perbaikan dilakukan oleh sistem dengan menggunakan DNA enzimatis. Beberapa sistem memprbaiki kerusakan DNA akibat mutasi yang terjadi secara langsung. Yang sebagian lainnya memotong bagian yang rusak, sehingga untuk sementara terbentuk celah satu unting DNA, celah tersebut kemudian pulih karena polimerisasi DNA yang dikatalisasi oleh polimerisasi DNA yang dikatalisasi oleh enzim polymerase DNA. Atau perbaikan tersebut juga bias berlangsung karena aktivitas penyambungan oleh enzim ligase DNA.

Perbaikan kerusakan DNA Akibat Mutasi Secara LangsungPerbaikan oleh Aktivitas Enzim Polymerase DNA            Selain mempunyai aktivitas polimerisasi dalam arah 5’-3’, enzim polymerase pada bakteri juga memiliki aktivitas eksonuklease dalam arah 3’-5’. Aktivitas tersebut memiliki fungsi antara lain adalah memperbaiki kerusakan DNA akibat mutasi pada bakteri. Sebagai gambaran tentang efektuvitas kerja perbaikan kerusakan DNA tersebut mari kita perhatikan fenomena yang berhubungan dengan selisih antara frekuensi selama polimerisasi DNA dan frekuensi akibat substitusi pasangan basa yang berkisar antara 10-7hingga 10-11, sedangkan frekuensi kesalahan insersi nukleotida selama polimerisasi DNA sebesar dalam 1 dalam 10.

Pengenalan kesalahan insersi nukleotida selama polimerisasi oleh enzim polymerase DNA mungkin sebagai akibat adanya semacam bonggol pada unting ganda molekul DNA yang ditimbulkan oleh adanya pasangan basa yang salah. Pengenalan tersebut diduga terjadi karena pada basa yang salah tidak terbentuk ikatan hydrogen. Dengan adanya kesalahan karena tidak terbentuk ikatan hydrogen tersebut, dimungkinkan enzim polymerase DNA memang tidak akan

Page 15: Replikasi DNA

menambah nukleotida baru pada ujung 3’. Polimerisasi DNA akan terhenti dan tidak berlaku hingga nukleotida yang salah dipotong diikuti dengan penggantian nukleotida yang benar dan terbentuknya ikatan hydrogen yang diperlukan. Pemotongan nukleotida tersebut dilakukan oleh aktivitas eksonuklease berlangsung dalam arah 3’-5’. Jika tersebut sudah dilakukan, aktivitas polymerisi dalam arah 5’-3’ dari enzim polymerase DNA akan pulih kembali.

Berkaitan dengan aktivitas eksonuklease dalm arah 3’-5’ dari enzim polymerase DNA, ternyata aktivitas semacam itu tidak dijumpai pada polymerase makhluk hidup eukariotik. Aktivitas perbaikan semacam yang dimiliki polymerase DNA pada bakteri, pada makhluk eukariotik diduga dimiliki oleh protein lain.

Dari aktivitas eksonulkelase ditemukan bukti bahwa peran penting dari aktivitas ini adalah menekan laju mutasi pada bakteri, dapat terlihat dengan jelas jika terjadi mutasi gen mutator pada E. Coli. Jika gen mutator strain-strain E. Coli mengalami mutasi, maka frekuensi mutasi (seluruh gen) pada strin-strain itu menjadi lebih tinggi. Dengan demikian terbukti bahwa mutasi-mutasi tersebut mengubah protein-protein yang bertanggung jawab terhadap ketepatan replikasi DNA. Sebagai contoh misalnya yang berkenaan dengan gen mutasimut D pada E. Coli. Mutasi gen mut D tersebut mengakibatkan perubahan suatu sub unit ε (epilson) polymerase III DNA. Seperti diketahui, enzim polymerase III DNA adalah replikasi DNA pertama pada E. Coli dan mutasimut D menimbulkan cacat pada aktivitas perbaikan dalam arah 3’-5’, sehingga banyak nukleotida yang salah tidak sempat diperbaiki.

Fotoreaktivasi Dimer Phirimidin yang Diinduksi oleh UV            Dinamakan fotoreaktivitas karena pada proses ini dibutuhkan cahaya. Perbaikan dengan bantuan cahaya memeperlihatkan dengan rentang panjang gelombang 320-370 nm (cahaya biru) dimer timin langsung berbalik pulih menjadi bentukan semula. Fotorektivasi dikatalisis oleh enzim fotoliase. Kerja dari enzim ini adalah menyingkirkan dimer jika diaktivasi oleh suatu foton. Ezim ini memiliki fungsi yaitu sebagai “pembersih” sepanjang unting ganda mencari bonggol yang terbentuk akibat dimer timin (atau pirimidin lain). Enzim fotoliase sangat efektif karena biasanya hanya tersisa sedikit dimer setelah fotoreaktivasi. Enzim ini ditemukan pada berbagai contoh makhluk hidup yang pernah dikaji dan diduga enzim ini bersifat universal.

Perbaikan Kerusakan Akibat Alkilasi            Kerusakan DNA yang diakibatkan oleh alkilasi dapat dipulihkan oleh enzim perbaikan DNA khusus yang disebut metiltransferase O6-metilguanin atau O6 methylguanine mrthyltransferas. Enzim tersebut dikode oleh enzimada. Secara operasional enzim itu akan menemukan O6-metilguanin pada molekul DNA dan selanjutnya menyingkirkan gugus metal tersebut dan dengan demikian molekul DNA itu kembali pulih seperti semula.

Perbaikan Kerusakan DNA dengan Cara Membuang Pasangan Basa            Yang tergolong dalam perbaikan dengan cara membuang pasangan basa adalah perbaikan melalui pemotongan, perbaikan dengan bantuanglikosilase, serta perbaikan melalui koreksi pasangan yang salah. 

Perbaikan Melalui Pemotongan (excision repair)            Perbaikan melalui pemotongan bisa disebut juga dengan pemotongan gelap atau dark repair karena tidak dibutuhkan cahaya. Proses ini juga memperbaiki dimer pirimidin yang

Page 16: Replikasi DNA

terbentuk akibat induksi cahaya UV. Mekanisme perbaikan ini ditemukan pada tahun 1964 oleh R.P. Boyea dan P. Howard serta R. Selow dan W. Carrier. Penelitian dilakukan dengan mengisolasi beberapa mutan E. Coli yang sensitive terhadap UV. Setelah dilakukan radiasi, mutan-mtan tersebut memperlihatkan laju mutasi dalam gelap yang labih tinggi dari pada normal. Mutan tersebut adalah uvr A, di mana mutan ini diketahui sebagai mutan yang dapat memperbaiki dimer hanya dengan bantuan cahaya. Dalam hubungan ini wild type dari mutan avr A disebut avr A+. Wild type dari mutan uvr A+ ini mampu memperbaiki dimer dalam gelap.

Sistem perbaikan melalui pemotongan pada E. Coli tidak hanya memperbaiki dimer pirimidin, tetapi juga berbagai distorsi lain dari helix DNA. Distorsi helix ditemukan oleh enzim endonuklease avr ABC. Enzim tersebut merupakan gabungan enzim-enzim yang masing-masing dikode oleh gen avr A, B, dan C. enzim tersebut memotong unting DNA yang rusak pada posisi 8 nukleotida ke arah ujung 5’ dari titik kerusakan dan nukleotida kea rah ujung 3’ dari titik posisi dimer tadi. Dengan demikian terlihat bahwa penggalan DNA yang dipotong adalah seukuran 12 nukleotida dan di dalam penggalan yang terpotong tersebut memang terdapat kerusakan. Selanjutnya pada celah sepanjang 12 nukleotida berlangsung polimerisasi DNA yang dikatalis oleh enzim polymerase I DNA, penggalan yang baru terbentuk itu selanjutnya disambung ke penggalan lama dengan bantuan enzim ligase DNA. Terkadang saat berlangsungnya polimerisasi DNA dalam rangka perbaikan itu terjadi pula kesalahan dan kesalahan tersebut merupakan sumber lain dari mutasi yang terjadi karena radiasi UV, sebagian besar sebab dari kesalhan tersebut adalah perpasangan yang tidak benar antara nukleotida baru dengan nukleotida yang terdapat pada unting template.

Perbaikan Dengan Bantuan Glikosilase            Basa yang rusak (cacat) dapat juga disingkirkan dari molekul DNA dengan bantuan enzim glikosilase. Enzim tersebut mendeteksi basa yang tidak lazim dan selanjutnya megkatalisasi penyingkiran dari gula deoksiribosa. Aktivitas katalik enzim tersebut (yang menyingkirkan suatu basa cacat) menimbulkan suatu lubang pada DNa. Lubang ini disebut sengan tapak AP atauAp site. Tpak AP merupakan tapak apurinik (tidak ada purinberupa guanine dan adenine) atau tapak pirimidinik (tidak ada pirimidin yang berupa triosin dan timin). “Lubang” tadi juga terbentuk akibatnya lepasnya basa secara spontan alami. “Lubang” ini kemudian ditemukan oleh suatu enzim khusus yang disebut endonuklease AP. Enzim tersebut selanjutnya memotong ikatan fosfodiester disamping basa yang lepas tadi. Pemotongan tersebut memungkinkan bekerjanya enzim polymerase I DNA. Selanjutnya enzim polymerase I DNA menyingkirkan beberapa nukleotida di depan basa yang lepas itu dengan menggunakan aktivitas eksonuklease dalam arah 5’-3’ dan sebaliknya melakukan polimerisasi mengisi celah yang terbentuk dengan menggunakan aktivitas polimerisasinya. Pada akhirnya enzim ligase DNA menyambung penggalan nukleotida baru itu kea rah ujung 3’ dengan penggalan nukleotida yang lama.

Perbaikan Melalui Koreksi Pasangan Basa yang Salah            Meskipun aktivasi dari polymerase DNA efisien memperbaiki  banyak kerusakan polimerisasi dengan segera, namun hal ini masih menyisakan suatu oermasalahn dimana terdapat sejumlah kesalahan yang tetap belum diperbaiki di saat replikasi sudah selesai. Kesalahan-

Page 17: Replikasi DNA

kesalahan yang masih tersisa itu biasanya berupa psangan basa yang tidak berpasangan dan pada proses replikasi berikutnya  kondisi tersebut ddapat berakibat terjadi mutasi spontan.            Pada E. Coli sudah ada perkiraan kasar menunjukkan bahwa kesalahan yang belum diperbaiki oleh enzim polymerase DNA adalah sebanyak satu per 108 pasangan basa per generasi.  Kesalahan-kesalahnan yang banyak tersisa akan diperbaiki oleh sistem perbaikan lain yaitu perbaikan pasangan yang salah atau mismatched correction.            Sistem perbaikan tersebut didukung oleh koreksi pasangan yang salah, yang dikode oleh tiga gen, yaitu mut H, L, dan S. Enzim tersebut mencari pasangan basa yang salah dan setelah ditemukan, enzim itu mengkatalisasi penyingkiran suatu segmen DNA (unting tunggal) yang mengandung pasangan basa salah. Selanjutnya enzim polymerase DNA akan mengkatalisasi polimerisasi pada celah yang terbentuk dan penyambungan hasil polimerisasi itu ke ujung 3’ dengan penggalan yang lama, dikatalisasi leh enzim ligase DNA.            Enzim koreksi pasangan yang salah bekerja dengan pertama kali dengan mengenali unting DNA yang baru, karena unting yang baru tersebut belum mengalami metilasi. Setelah mengenali unting DNA yang baru, dilakukan penyingkiran basa yang salah dari unting baru itu oleh enzim, selanjutnya berlangsung polimerisasi yang dikatalis oleh enzim polymerase I DNA, dan pada akhirnya hasil dari perbaikan unting baru DNA tersebut disambung oleh enzim ligase DNA.            Pada molekul DNA, termasuk di sekitar pasangan basa yang salah terdapat urutan-urutan basa nukleotida berupa GATS yang bersifat palindromik. Basa A pada palindrome biasanya mengalami metilasi yang dikatalisasi oleh enzim metilase dam. Pada unting DNA yang baru terbentuk, selama beberapa saat setelah polimerisasi, basa A pada palindrome tadi belum mengalami metilasi dan keadaan inilah yang dikenali oleh enzim koreksi atas pasangan yang salah. Fungsi lain ari enzim pengkoreksi adalah memperbaiki delesi maupun adisi sejumlah kecil pasangan basa.

MUTASI dan ADAPTASI            Mutasi terjadi tanpa ada kaitannya dengan mutasi bermanfaat atau tidak bermanfaat atau bahkan merugikan bagi yang memiliki perangkat mutan tersebut. mutasi yang saat ini banyak terjadi lebih banyak merugikan. Gen-gen yang terkandung didalam tiap populasi yang sudah lolos dari proses seleksi alam, individu yang hidup dalam tiap populasi adalah yang sudah berhasil lolos dari proses seleksi alam. Dalam hal ini varian-varian alela dalam suatu populasi bersifat adaptif, dan setiap mutan baru memang lebih berpeluang merugikan sekalipun dapat juga menguntungkan. Contoh menguntungkan dan merugiakn adalah peningkatan pigmen melanin yang dibuthkan untuk melindungi tubuh dari sinar UV yang terkandung didalam sinar matahari menguntungkan bagi populasi manusia yang hidup diwilayah Afrika tropic tetapi tidak menguntungkan bagi populasi manusia penghuni Skandinavia. Pada dasarnya setiap mutasi yang terjadi tidak ada kaitannya dengan mutasi bermanfaat atau tidak bermanfaat atau bahkan merugikan. Efek mutasi itu baru dikualifikasi menguntungkan atau merugikan setelah dihubungkan dengan habitat lingkungan tempat hidup individu yang mengalami mutasi.

MUTASI dan KANKER            Sebagian besar agen mutasi yang kuat seperti radiasi pengion dan radiasi UV maupun berbagai zat kimia juga bersifat karsinogenik atau penginduksi kanker. Uji ames dapat digunakan untuk melakukan pemeriksaan. Ames dan kolegannya mengungkap adanya kolerasi sebesar lebih

Page 18: Replikasi DNA

dari 90% antara daya mutagen atau mutagenitas dan daya karsinogen atau karsinogenitas dari zat-zat yang diuji. Karsinogen-karsinogen sekalipun pada dasarnya tidak bersifat mutagenic ternyata pada sel-sel eukariotik mengalami metabolisme menjadi derivat-derivat yang bersifat muatgenik kuat.            Muatsi somatic dapat menyebabkan timbulnya kanker. Sifat umum dari semua tipe kanker adalah bahwa sel-sel kanker yang ganas terus-menerus membelah padahal sel-sel normal tidak membelah. Semua sel kanker kehilangan control terhadap pembelahan sel secara normal dan sebagai akibatnya terbentuklah tumor. Pembelahan sel berada dibawah control gen dan mutasi yang menimpa gen yang bertanggung jawab terhadap control pembelahan sel, dapat menghilangkan fungsi control dari gen tersebut terhadap pembelahan sel.

APLIKASI PRAKTISI MUTASI            Adanya mutasi orang dapat menggunakan alela-alela dalam analisis genetic. Kajian hasil persilangan  yang melahirkan hokum pemisahan dan hokum pilihan bebas mendel memang telah mungkin dilakukan berkat adanya alela-alela mutan.

MUTASI YANG BERMANFAAT DALAM PERAKITAN BIBIT            Perakit bibit tanaman sudah menghasilkan bibit rakitan gandum, kedelai, tomat, padi, serta pohon buah-buahn. Tanaman yang tumbuh dari bibit rakitan terbukti dapat menghasilkan  panen yang meningkat, kandungan zat yang semakin sesuai. Salah satu contoh lain adalah mutasi terinduksi pada bibitPenielllium yang menghasilkan penisilin yang lebih banyak. Bibit tersebut diperoleh dari radiasi spora. Dalam hal ini ribuan spora diradiasi dan beberapa diantaranya kemudian tumbuh menghasilkan lebih banyak penisilin yang telah bermutasi akibat perlakuan radiasi tersebut.

SAKIT GENETIK MANUSIA YANG DITIMBULKAN OLEH KESALAHAN REPLIKASI DNA DAN KESALAHAN PERBAIKAN DNA

Sel –sel manusia dapat mengidap beberapa sakit genetik yang terjadi secara alami bersangkut paut dengan cacat pada replikasi DNA khususnya kegagalan perbaikan. Beberapa mutan ditunjukkan pada Tabel dibawah ini.Sakit Gejala Fungsi yang diserangXeroderma pigmentosum (XP) Gatal, kulit bercak-bercak

seperti tahi lalat, kanker kulitPerbaikan kerusakan DNA oleh radiasi UV atau oleh senyawa kimia.

Alaxia taelangluctase (AT) Cacat koordinasi otot cenderung mengalami infeksi pernapasan, peka terhadap radiasi, cenderung terkena kanker kromosom terputus-putus.

Replikasi perbaikan DNA.

Anemi Fanconi (FA) Anemi aplastik, perubahan pigmen pada kulit, nalformasi jantung, ginjal, serta anggota gerak; leukimia.

Replikasi perbaikan DNA, dimer UV serta tambahan senyawa kimia tidak disingkirkan dari DNA.

Page 19: Replikasi DNA

Sindrom Bloom (BS) Kerdil; sakit kulit karena peka terhadap cahaya matahari, kromosom terputus-putus.

Pemanjangan rantai DNA pada replikasi.

         Individu penderita anemi aplastik tidak atau menghasilkan sedikit sel-sel darah merah.

Penderita Xeroderm pigmentosum sangat peka terhadap cahaya matahari, mengidap banyak tumor kulit teutama pada bagian tubuh yang terbuka misalnya, wajah; disamping itu kulit juga bercak hitm seperti tahi lalat.

Sakit Xeroderma pigmentosum itu disebabkan oleh mutan resesifhomozigot. Mutan resesif itu didua bersangkut paut dengan suatu gen pengkode protein yang brperan pad perbaikan kerusakan DNA. Dilain pihak pada beberapa khusus sudah diungkap bahwa yang cacat tampaknya adalah endonuklease yang berfungsi mengenal dimer timin dan mengkaralisasi tahap pertama perbaikan penyingkiran atau exicon repair.

Analisis genetik atas sel-sel pengidap Xeroderma pigmentosummenunjukkan bahwa mutasi pada sebanyak 6 gen yang berbed dapat menimbulkan sakit tersebut. Hal tersebut mudah dipahami karena banyak enzim diketahui tersusun dua atau lebih macam polipeptida dan karena mutasi pada salah satu gen pengkode polipeptida yang terlibat pada proses perbaikan yang mempunyai banyak tahap dapat menimbulkn hambatan pada sesuatu jalur perbaikan.

PENYAKIT SICKLEMIA

Page 21: Replikasi DNA

Sicklemia bisa terjadi karena mutasi gen akibat kesalahan dalam translasi sewaktu pembentukan protein , yang kemudian proses itu mempengaruhi terbentuknya asam amino yang berakibat fatal pada struktur darah. sicklemia ini diwariskan keketurunan dan memungkinkan terjadinya lethal . Sicklemia tergolong dalam llethal resesif .Dalam sintesis protein dapat terjadi kesalahan dalam menerjemahkan kode-kode yang diterima dari DNA. Jika terjadi kesalahan penerjemahan, akibatnya protein yang disusun juga keliru sehingga enzim yang dihasilkan juga salah. Jika hal ini terjadi, maka metabolisme akan terganggu. Misalnya, kodon GAA yang seharusnya diterjemahkan menjadi asam glutamat, tetapi oleh RNA-t dibaca GUA yang diterjemahkan menjadi valin, atau dibaca AAA yang diterjemahkan menjadi lisin. Hal ini, menyebabkan polipeptida yang dihasilkan tidak sesuai dengan perintah DNA.

Page 22: Replikasi DNA

Kesalahan ini berpengaruh pada proses pembentukan hemoglobin. Hemoglobin normal seharusnya mengandung asam glutamat, tetapi karena terjadi kesalahan dalam penerjemahan, hemoglobin mengandung valin atau lisin. Hal ini menyebabkan hemoglobin menghasilkan sel sabit. Sel sabit menyebabkan kelainan yang disebut siklemia. Siklemia diturunkan kepada keturunannya dan menyebabkan mutasi. Jadi, kesalahan RNA-t menafsirkan kode-kode genetik dari DNA juga merupakan salah satu mekanisme mutasi gen. Mutasi gen menyebabkan perubahan sifat yang diwariskan secara turun temurun.Sickle Cell Anemia disebabkan karena adanya mutasi pada rantai β-globin dari hemoglobin, yang menyebabkan pertukaran asam glutamat (suatu asam amino) dengan asam amino hidrofobik valin pada posisi 6. Gen yang bertanggung jawab menyebabkan SCA merupakan gen autosom dan dapat ditemukan di kromosom nomor 11. Penggabungan dari dua subunit α-globin normal dengan dua subunit β-globin mutan membentuk hemoglobin S (HbS). Pada kondisi kadar oksigen rendah, ketidakhadiran asam amino polar pada posisi 6 dari rantai β-globin menyebabkan terbentuknya ikatan non-kovalen di hemoglobin yang menyebabkan perubahan bentuk dari sel darah merah menjadi bentuk sabit dan menurunkan elastisitasnyaDalam Genetika Siklemia merupakan syndrom keturunan yang karakternya terpaut pada kromosom Autosom seperti albino , Thalasemia , Brachidactly dll.Untuk jelasnya lihat baca ini