Download - Replikasi Dan Perbaikan DNA

Transcript
Page 1: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 1/107

REPLIKASI, PERBAIKAN DAN

REKOMBINASI DNA

Page 2: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 2/107

Mempertahankan sekuens DNA

Perubahan genetik kadang diperlukan, tapiumumnya lebih penting mempertahankansekuens genetik.

Perubahan permanen pada DNA disebutsebagai mutasi.

Bila mutasi terjadi pada posisi penting dalamsekuens DNA, dapat bersifat letal

Page 3: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 3/107

Mutasi

Laju mutasi dalam sel sangat lamban.

Banyak mutasi bersifat sunyi sulit dideteksi.

E.coli , kecepatan mutasi kl satu nukleotida per 10

9

 nukleotida per generasi sel.

Tidak seluruh mutasi akan diekspresikan dalambentuk perubahan protein : Ada beberapa kodon

yang mengkode untuk asam amino yang sama !!

Page 4: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 4/107

Mutasi

Pada organisme yang berasal dari nenekmoyang yang sama, diperkirakan laju mutasidigambarkan dalam “unit evolutionary time”yaitu waktu yang dibutuhkan untukperubahan satu asam amino pada sekuensyang memuat residu 100 asam amino.

Page 5: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 5/107

Replikasi DNA

Akurasi pada replikasi sel penting.

Hal yang utama dalam proses replikasi danperbaikan DNA ada pasangan basa yangtetap. A selalu berpasangan dengan T, Gselalu berpasangan dengan C.

Pada setiap rantai DNA selalu dijumpai

pasangan basa komplementer pada rantaisatunya.

Page 6: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 6/107

Replikasi DNA

Setiap basa dari DNA berfungsi sebagai cetakanuntuk mengikat nukleotida bebas yangberkomplementer. Proses dibantu oleh enzim

yang DNA polymerase. Proses ini perlu DNAuntai tunggal.

Replikasi DNA terjadi secara semikonservatif

Page 7: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 7/107

Page 8: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 8/107

Page 9: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 9/107

Replikasi DNA

Walau demikian proses replikasi DNA tidakberjalan semudah itu. Proses inimensyaratkan adanya 2 jenis DNApolymerase, 1 yang bekerja dari 5’-3’ dansatunya lagi yang bekerja dari 3’-5’. 

Pada kenyataannya, di luar laboratorium, tidak

dijumpai DNA polymerase yang bekerja dari3’-5’. 

Page 10: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 10/107

Page 11: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 11/107

Page 12: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 12/107

Replikasi DNA

Percobaan dengan 3H-timidin pada bakteria DNAyang sedang membelah diri menunjukan adanya

potongan DNA yang muncul sementara 

fragmen Okazaki panjang 1000-2000 nt.Fragmen yang serupa walau lebih pendek (100-200) nt dijumpai pada eukariota.

Fragmen Okazaki ini hanya memanjang dari 5’-3’dan kemudian bersatu untuk membuat rantaiDNA panjang.

Page 13: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 13/107

Replikasi DNA

Jadi replikasi DNA tidak terjadi secara simetris. Pada rantaiyang satu terjadi sintesa yang terus-menerus dan disebutsebagai ‘leading strand’. Sedangkan rantai yang satu

disintesa secara diskontinu disebut sebagai ‘laggingstrand’. 

Sintesa dari lagging strand berjalan dari arah kebalikanpertumbuhan rantai DNA. Potongan-potongan tersebut

baru disintesa setelah untai ganda DNA dipisah olehpembentukan leading strand.

Page 14: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 14/107

Page 15: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 15/107

Replikasi DNA

Beberapa hal yang mengganggu prosespemasangan DNA komplementer:

1. Dengan perubahan struktur geometri helix,dapat terbentuk dua ikatan H antara G dan T

2. Kadang terdapat struktur tautomer yang jarang, sehingga C dapat berikatan dengan A

tanpa perubahan struktur geometri helix

Page 16: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 16/107

Replikasi DNA

Mekanisme “proof reading” mengoreksi segerabila terjadi kesalahan pemasangan basa ditahap paling awal.

Mekanisme proof reading yang pertamadilakukan oleh DNA polymerase danberlangsung pada saat awal beberapa basa

ditambahkan ke rantai yang sedang tumbuh

Page 17: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 17/107

Page 18: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 18/107

Replikasi DNA

Mekanisme kedua adalah exonucleolytic proofreading,terjadi bila basa sudah terikat secara kovalen pada rantaiyang sedang tumbuh. DNA polymerase tidak dapat

memperpanjang rantai polinukleotida hanya denganmenghubungkan dua dNTP, tetapi membutuhkan basayang dipasangkan pada posisi 3’-OH dari rantai primeruntuk menambahkan nukleotida. Molekul DNA yangmismatch tidak akan efektif berfungsi sebagai cetakan

karena polymerase tidak dapat memperpanjang rantaitsb.

Page 19: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 19/107

Page 20: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 20/107

Replikasi DNA

Molekul DNA polymerase mengatasinya dengan caramempunyai tempat katalitik baik sebagai subunitterpisah atau tempat terpisah dari molekul polymerasetersebut. Eksonuklease ini (3’-5’ proofreading

exonuclease) akan memotong residu basa yang tidakdapat dipasangkan sampai mencapai terminus 3’-OHyang dapat mensintesa DNA.

Mekanisme proofreading ini tidak dijumpai pada RNA

polymerase karena kesalahan pada RNA ini tidak akanditeruskan kepada generasi berikutnya.

Page 21: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 21/107

Replikasi DNA

Kesalahan pada sintesa RNA sekitar 100.000 kali lebihsering dibandingkan dengan kesalahan pada replikasiDNA

Mekanisme proof reading ini hanya terjadi bila replikasiDNA berjalan dari arah 5’-3’. Bila berjalan sebaliknya,ujung 5’ akan mengaktivasi triphosphate sehinggakesalahan tidak dapat dihidrolisa.

Walau dengan mekanisme diatas, kadang replikasi DNA

 juga masih mengalami kesalahan. Untuk itu terdapatproses yang disebut sebagai strand-directed mismatchrepair.

Page 22: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 22/107

Page 23: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 23/107

Replikasi DNA

Pada saat replikasi, leading strand hanyamembutuhkan primer awal pada saatdimulainya proses replikasi, DNA polymerase

selanjutnya dapat melaksanakan fungsinyasecara kontinu.

Pada lagging strand, sebaliknya selalu

dibutuhkan primer baru setiap DNApolymerase menyelesaikan satu fragmenOkazaki.

Page 24: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 24/107

Replikasi DNA

Untuk itu DNA polymerase membutuhkanmekanisme khusus yang memakai enzimDNA primase. DNA primase ini memakairNTP untuk mensintesa rantai pendek RNAprimer pada lagging strand. Pada eukariotaprimer ini kurang lebih panjangnya 10

nukleotida dan dibuat pada interval 100-200nukleotida pada lagging strand

Page 25: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 25/107

Replikasi DNA

Primer RNA mempunyai basa nukleotida yang dipasangkansecara baik dan mempunyai gugus 3’-OH pada ujungnyasehingga dapat diperpanjang oleh DNA polymeraseuntuk membentuk fragmen Okazaki.

Proses pembentukan fragmen Okazaki akan berhenti bilauntai fragmen bertemu dengan primer RNA dari fragmenujung 5’. Pada saat itu terdapat proses yang membuangprimer RNA dan menggantinya dengan DNA.

Selanjutnya kedua potongan DNA tadi disatukan denganenzim DNA ligase

Page 26: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 26/107

Page 27: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 27/107

Page 28: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 28/107

Replikasi DNA

Kondisi normal DNA double helixharusdibuka untuk replikasi.

Struktur double helix DNA sangat kuat dan

stabil sehingga dibutuhkan suhu mendekatititik didih untuk memisahkan kedua untaiDNA pada tabung reaksi (proses denaturatingPCR!!). Untuk itu diperlukan dua protein,

yaitu DNA helicase dan ‘single-strand DNA-binding protein’ 

Page 29: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 29/107

Page 30: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 30/107

Replikasi DNA

DNA helicase pertama kali diisolasi sebagai protein yangmenghidrolisa ATP bila berikatan dengan DNA untaitunggal. Hidrolisa dari ATP akan merubah bentuk

molekul protein sehingga memungkinkan proteinmelakukan proses mekanik. Helicase menggunakanprinsip ini pada DNA untai tunggal. Bila helicase dalamproses menemukan struktur double helix, prosesmekanik ini akan berlanjut dan memecah struktur helix

tersebut dengan laju sampai 1000 nukleotida per detik

Page 31: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 31/107

Replikasi DNA

Proses merombak struktur helix inimembutuhkan dua helicase yang bekerjasama (karena kedua untai DNA mempunyaipolaritas yang berbeda, helicase yang bekerja

 juga harus berbeda). Pada sel eukariotadijumpai ternyata helicase yang bekerja pada

lagging strand mempunyai peran yangdominan.

Page 32: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 32/107

Page 33: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 33/107

Replikasi DNA

Single-strand DNA-binding protein (SSB) kadang disebut juga sebagai helix-destabilizing protein, akan mengikatdan memaparkan untai tunggal DNA tanpa menutup

basanya sehingga DNA tadi dapat tetap berfungsisebagai cetakan. Protein ini tidak dapat membukastruktur helix, tetapi berfungsi untuk menstabilkanstruktur untai tunggal hasil kerja helicase. Protein ini jugaberfungsi untuk menstabilkan dan meluruskan regio dari

DNA untai tunggal pada lagging strand sehingga bisadicegah terbentuknya struktur jepit rambut (hair-pin)

Page 34: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 34/107

Page 35: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 35/107

Replikasi DNA

DNA polymerase hanya mampu mensintesa untai pendeknukleotida sebelum lepas dari cetakan DNA. Proses iniberguna untuk mensintesa fragmen Okazaki yang

memang pendek, tetapi akan menyulitkan untukmensintesa rantai panjang DNA. Untuk itu terdapatprotein asesoris yang berfungsi sebagai jepit pengatur.Protein ini membantu agar polymerase tetap beradapada DNA ketika dia bergerak, tetapi segera dilepas bila

polymerase berada pada struktur untai ganda.

Page 36: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 36/107

Replikasi DNA

Protein ini berbentuk seperti cincin disekitar helix DNA,satu ujung terikat pada bagian belakang DNApolymerase dan seluruh cincin ini meluncur secara bebaspada rantai DNA seiring dengan pergerakan polymerase.

Pembentukan jepit protein ini membutuhkan hidrolisaATP oleh kompleks protein khusus. Pada leading strandikatan antara protein-polymerase ini kuat dan terikatuntuk jangka waktu yang lama. Pada lagging-strand,ikatan ini berakhir setiap polymerase menjumpai ujung 5’

dari fragmen Okazaki sebelumnya, polymerasedilepaskan dan selanjutnya akan diikat oleh protein baruyang terbentuk di sekitar primer RNA fragmen Okazakiberikutnya.

Page 37: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 37/107

Page 38: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 38/107

Page 39: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 39/107

Replikasi DNA

Mekanisme lainnya untuk mengatasi mutasi adalah strand-directed mismatch repair. Sistem ini mendeteksikemungkinan distorsi pada helix DNA yang diakibatkanoleh ketidakcocokan basa yang berpasangan. Sistem ini

mampu mengenali dan membuang bagian nukleotidayang salah (mismatch) hanya pada rantai yang barudibentuk.

Pada E.coli pengenalan ini bergantung pada metilasi dariResidu A di sekuens GATC yang terjadi segera setelah Adiinkorporasikan ke rantai DNA yang baru dibentuk.

Page 40: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 40/107

Page 41: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 41/107

Replikasi DNA

Mekanisme hampir serupa juga dijumpai padasel manusia. Orang dengan gangguan padamismatch repair gen mempunyai

kecenderungan untuk menderita kanker,misalnya hereditary nonpolyposis coloncancer (HNPCC).

Kebanyakan sel kanker timbul akibat akumulasi

mutasi multipel dan sel tidak mempunyaikemampuan mismatch proofreading.

Page 42: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 42/107

Replikasi DNA

Walau demikian pada sel eukariota, penandarantai yang baru dibentuk bukanlah metilasidari DNA, tetapi mengalami proses yang

disebut sebagai “nicked”. Nick (single-strandbreaks/patahan pada untai tunggal)merupakan sinyal untuk sistem mismatch

proofreading agar mengenali rantai yangbenar.

Page 43: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 43/107

Page 44: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 44/107

Replikasi DNA

Karena struktur DNA yang double helix, setiap10 pasang basa yang direplikasi, posisi harusmemutar satu kali pada aksisnya.

Dibutuhkan banyak energi untuk memutar DNApada rantai yang panjang sehingga alternatiflain adalah perubahan pada DNA helix oleh

protein yang disebut sebagai DNAtopoisomerase.

Page 45: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 45/107

Page 46: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 46/107

Page 47: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 47/107

Replikasi DNA

Sebagai hasil replikasi DNA dapat terjadi hanyadengan perputaran DNA helix yang cukuppendek.

Kesulitan pada proses transkripsi DNA jugadilakukan dengan mekanisme yang sama.

Topoisomerase II membentuk ikatan kovalen

pada kedua rantai DNA helix pada saat yangsama, membuat patahan pada untai ganda dihelix.

Page 48: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 48/107

Replikasi DNA

Enzim ini diaktivasi oleh tempat di kromosom dimana duahelix ganda bersilangan satu dengan yang lainnya. Bilaberikatan dengan topoisomerase II, akan terjadi hal2sbb:

1. Double helix akan dipecah untuk membuat pintu DNA

2. Double helix kedua yang berdekatan akan melalui pintuDNA ini

3. Pintu DNA ditutup kembali dan protein lepas dari DNA.

Page 49: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 49/107

Page 50: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 50/107

Page 51: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 51/107

Replikasi DNA

Replikasi DNA awalnya dipelajari pada bakteri danbakteriofaga. Walau demikian sistem replikasi padaeukariota ternyata mirip.

Ada sedikit perbedaan pada proses replikasi, misalnya

protein SSB pada bakteri terdiri dari 1 subunit sedangkanpada eukariota terdiri dari 3 subunit.

DNA primase pada eukariota juga tergabung dalam enzimmultisubunit yang disebut sebagai DNA polymerase α

yang memulai fragmen Okazaki pada lagging stranddengan RNA dan memperpanjang RNA primer denganrantai pendek DNA, sebelum meneruskan primer ini keenzim polymerase δ.

Page 52: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 52/107

Replikasi DNA

Polymerase δ ini yang meneruskan prosessintesa dari fragmen Okazaki denganbantuan jepit protein.

Karena pada DNA eukariota terdapatnukleosom pada interval sekitar 200nukleotida, maka fragmen Okazaki padaeukariota juga disintesa pada interval 100-

200 nukleotida. Nukleosom jugamemperlambat laju polymerase sehinggakecepatan replikasi DNA pada eukariotikhanya sepersepuluh pada bakteri.

Page 53: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 53/107

Page 54: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 54/107

Page 55: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 55/107

Replikasi DNA

Proses inisiasi pada replikasi DNA bakterisangat penting dan sangat teratur. Proses tsbdimulai saat protein inisiator terikat pada

tempat spesifik di asal replikasi danmembungkus DNA disekitar proteinmembentuk kompleks besar protein-DNA.Kompleks ini kemudian akan terikat pada

DNA helicase dan menaruhnya pada DNAuntai tunggal yang timbul akibat prosespembentukan kompleks protein-DNA tadi.

Page 56: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 56/107

Page 57: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 57/107

Replikasi DNA

DNA primase akan bersatu dengan helicase danmembentuk primosom yang akan bergerak menjauh daritempat asal terbentuknya dan membuat primer RNAuntuk memulai pembentukan rantai DNA. Hal ini segeradiikuti oleh protein lainnya untuk membentuk dua reaksireplikasi dengan kompleks protein juga bergerak daritempat asal ke arah yang berlawanan.

Sintesa ini berhenti bila seluruh DNA telah direplikasi

Page 58: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 58/107

Page 59: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 59/107

Page 60: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 60/107

Page 61: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 61/107

Page 62: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 62/107

Replikasi DNA

3. Dalam unit replikasi, setiap titik berjarak 30.000-300.000 nukleotida

4. Seperti juga pada bakteri, replikasi juga terjadi secaraberpasangan dan membentuk gelembung replikasi

ketika meeka bergerak ke arah yang berlawanan darititik awal bersama. Proses ini hanya berhenti bilamereka bertemu garpu replikasi yang bergerak dari arahberlawanan atau mencapai ujung kromosom.

Dengan cara ini replikasi dapat terjadi secara serentak danterpisah dalam setiap kromosom tapi tetap membentukdua anak helix DNA yang lengkap

Page 63: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 63/107

Replikasi DNA

Pada bakteri replikasi DNA terjadi terus-menerus dan siklus baru dimulai sebelumsiklus sebelumnya berakhir.

Pada eukariota, replikasi DNA hanya terjadipada fase tertentu dari pembelahan sel yangdisebut sebagai fase sintesis DNA atau fase S.Pada sel mamalia, fase S berlangsung kl

selama 8 jam. Pada sel ragi fase S lebihpendek (40 menit).

Page 64: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 64/107

Replikasi DNA

Pada akhir fase S, setiap kromosom akanmenghasilkan 2 kromosom anak yang lengkapyang tetap bersatu pada sentromernya, sampai

timbul fase berikutnya yang disebut sebagai faseM (mitosis).

Diantara kedua fase tadi terdapat gap, antara faseM dan S disebut sebagai fase G1, sedangkan

antara fase S dan M disebut sebagai G2. Selamafase G1, S dan G2, sel bertumbuh, tetapi selamafase M, sel berhenti bertumbuh dan akanmengalami pembelahan inti

Page 65: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 65/107

Page 66: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 66/107

Page 67: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 67/107

Replikasi DNA

Untuk menjelaskan hal ini, dipakai analogtimidin, yaitu bromodeoksiuridin (BrdU)untuk melabel DNA hasil sintesa pada

sekelompok sel dan ditambahkan padaperiode2 tertentu sepanjang fase S. Pada faseM, regio2 yang mengandung BrdU dapatdikenali dengan pewarnaan antibodi

terhadap BrdU. Hasilnya menunjukan bahwaproses replikasi kromosom terjadi tidak secara random selama fase S.

Page 68: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 68/107

Replikasi DNA

Bagian heterokromatin yang mempunyai kepadatan tinggidireplikasi lebih lambat dalam fase S, sedangkankromatin yang sangat aktif ditranskripsi dan mempunyaikepadatan yang rendah direplikasi lebih dahulu.

Pada kromosom X mamalia betina, hanya satu yang aktifdalam transkripsi DNA dan lainnya tidak. Hampir seluruhkromosom X yang inaktif akan dipadatkan menjadiheterokromatin dan proses replikasinya terjadai padafase S akhir. Homolognya lebih aktif dan prosesreplikasinya terjadi pada seluruh fase S

Page 69: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 69/107

Replikasi DNA

Demikian juga untuk gen “housekeeping” yangaktif pada semua sel, proses replikasi padasemua sel terjadi awal dari fase S, sementara

gen-gen yang hanya aktif pada sel tertentumengalami proses replikasi yang berbedapada setiap sel tergantung aktif tidaknya gen

tsb di dalam sel tadi.

Page 70: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 70/107

Page 71: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 71/107

Replikasi DNA

Sel-sel ragi ini hanya dapat bertahan dalam medium selektifhanya bila mereka diberi DNA yang membawa kopi darigen yang hilang melalui plasmid. Walau demikian bilaplasmid diberikan secara langsung, tidak akan ada

replikasi sebab tidak adanya titik asal yang original.Sebaliknya bila potongan ragi diselipkan ke dalamplasmid, hanya beberapa molekul DNA plasmid yangmengandung asal replikasi ragi yang dapat bereplikasi.Sel ragi ini dapat bereplikasi sebab mereka mempunyai

gen penting yang didapat dan dapat diteruskan kepadasel keturunannya.

Page 72: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 72/107

Page 73: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 73/107

Replikasi DNA

Eksperimen selanjutnya pada sel ragi tadi juga menunjukanbahwa menghilangkan beberapa titik asal replikasi hanyamempunyai sedikit efek, karena garpu replikasi yangmulai pada titik asal sekitarnya akan berlanjug ke daerahyang titik asalnya hilang. Walau demikian semakinbanyak titik asal replikasi yang dihilangkan, kromosomakan perlahan-lahan hilang seiring dengan pembelahansel karena replikasi kromosom terlalu lambat.

Page 74: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 74/107

Page 75: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 75/107

Page 76: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 76/107

Page 77: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 77/107

Page 78: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 78/107

Page 79: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 79/107

Replikasi DNA

Kromosom eukariota merupakan campuran antara DNAdan protein. Pada proses replikasi, protein baru jugaharus disusun. Jumlah protein histon misalnya harus klsama dengan jumlah DNA yang baru dibentuk. Untuk

itulah pada sel vertebra, terdapat banyak kopi dari setiapprotein histon, kl 20 gen set yang berulang. Kebanyakanset mengkode untuk kelima protein histon secaralengkap (H1, H2A, H2B, H3 dan H4)

Page 80: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 80/107

Replikasi DNA

Histon terutama disusun pada fase S, ketika level dari histonmRNA meningkat lebih dari 50 kali sebagai hasilmeningkatnya transkripsi dan menurunnya degradasimRNA. Karena adanya properti khusus, mRNA histon

akan menjadi tidak stabil dan segera didegradasi padaakhir fase S, ketika sintesa DNA terhenti. Sebaliknyaprotein histon mempunyai sifat sangat stabil dan dapatbertahan sepanjang kehidupan sel. Terdapat mekanisme

umpan balik yang mengatur agar jumlah histon kl samadengan jumlah DNA baru

Page 81: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 81/107

lik i

Page 82: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 82/107

Replikasi DNA

Ketika DNA bereplikasi, kedua anak DNAawalnya menggunakan histon lama, tetapisejumlah histon baru juga dibutuhkan untuk

menyempurnakan pemaketan DNA menjadikromatin. Penambahan histon baru ke dalamDNA yang baru dibentuk dibantu oleh CAF(Chromatin assembly factors), yang terdiri

dari protein yang berasosiasi dengan garpureplikasi dan memaket DNA baru segerasetelah dia dihasilkan oleh mesin replikasi

lik i

Page 83: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 83/107

Replikasi DNA

Pada pola replikasi dengan teori garpu replikasi,terdapat masalah bila replikasi mencapaiujung dari kromosom yang linear dimana

tidak ada tempat lagi untuk memproduksiprimer RNA untuk memulai fragmen Okazakipada ujung dari molekul DNA linear.

Pada bakteri hal ini tidak masalah, karenamempunyai DNA yang sirkuler

lik i

Page 84: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 84/107

Replikasi DNA

Pada eukariota, hal ini diatasi dengan sekuens nukleotidakhusus yang terdapat pada ujung kromosom dantermasuk dalam telomer, serta menarik enzim yangdisebut sebagai telomerase.

Sekuens DNA telomer pada eukariota sangat mirip padaberbagai organisme. Biasanya mereka terdiri dariulangan (tandem repeat) sekuens pendek yangmengandung blok nukleotida G. Pada manusia sekuens

tersebut adalah GGGTTA dan memanjang sekitar 10.000nukleotida

Page 85: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 85/107

Page 86: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 86/107

R lik i DNA

Page 87: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 87/107

Replikasi DNA

Mekanisme ini menyebabkan ujung 3’ dari DNA telomersedikit lebih panjang daripada ujung 5’, sehingga adarantai tunggal yang menonjol. Dengan protein khusus,ujung yang menonjol ini dapat dibelokan dan

membentuk lekukan yang berikatan dengan ujung untaitunggalnya sendiri dan menjadi DNA duplex dari sekuensberulang telomer. Jadi ujung kromosom normalmempunyai struktur yang unik dan membedakannya

dari ujung molekul DNA yang rusak yang akan segeradiperbaiki oleh sel.

Page 88: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 88/107

R lik i l

Page 89: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 89/107

Replikasi sel

Setelah beberapa kali pembelahan sel, sel anak akanmewarisi kromosom yang cacat dan akibatnya akan stopdari siklus sel. Hal ini disebut sebagai proses penuaan selyang disebabkan oleh replikasi (replicative cell

senescene).

Pada kultur sel fibroblast, sel-sel tadi mengalamipembelahan sel sebanyak 60 kali sebelum masuk kedalam penuaan replikasi. Bila gen telomerase

ditambahkan, mak sel-sel tadi akan membelah tanpahenti.

R lik i DNA

Page 90: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 90/107

Replikasi DNA

Sistem telomer ini dianggap sebagai kontroldari proliferasi sel dan untukmempertahankan struktur bangunan dari

suatu jaringan serta bertanggung jawab atasproses penuaan.

Telomer pada ujung kromosom ini dianggap

 juga mampu melindungi kita daripertumbuhan kanker, walau hal ini masihdipertanyakan keabsahannya

P b ik DNA

Page 91: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 91/107

Perbaikan DNA

Walau variasi genetik diperlukan untuk prosesevolusi, genetik yang stabil sangat diperlukanuntuk proses bertahannya suatu organisme.

Stabilnya genetik tidak hanya ditentukan padasaat replikasi, tetapi juga pada mekanismeperbaikan DNA untuk lesi-lesi yang timbul

selama siklus kehidupan sel.

P b ik DNA

Page 92: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 92/107

Perbaikan DNA

Hanya satu dari seribu perubahan basa padaDNA yang disebabkan berbagai sebab(panas, radiasi serta berbagai substansi

kimia) yang akan bertahan dan menjadimutasi, lainnya dapat diperbaiki olehmekanisme perbaikan DNA di dalam sel.

Menurunnya kemampuan perbaikan DNA dari

sel akan menyebabkan insiden berbagaipenyakit seperti kanker usus besar, kankerkulit, leukimia dll, akan meningkat.

Page 93: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 93/107

Page 94: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 94/107

Perbaikan DNA

Page 95: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 95/107

Perbaikan DNA

Sinar uv juga dapat membuat ikatan antar duapirimidin yang berdekatan, al menjadi dimertimin.

Bila perubahan2 ini tidak diatasi, maka akanada penggantian atau kehilangan satu ataulebih basa pada DNA sel generasi berikutnya.

Perubahan ini akan menjadi bencana bagikelangsungan hidup suatu organisme

Page 96: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 96/107

Page 97: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 97/107

Page 98: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 98/107

Page 99: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 99/107

Page 100: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 100/107

Perbaikan DNA

Page 101: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 101/107

Perbaikan DNA

Keadaan yang lebih sulit timbul kalau keduarantai DNA rusak sehingga tidak ada cetakanuntuk memperbaiki.

Bila kerusakan ini dibiarkan, kromosom akanterpecah menjadi fragmen2 kecil.

Walau demikian terdapat 2 hal yang

mengendalikan kemungkinan kerusakan ini.

Page 102: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 102/107

Page 103: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 103/107

Page 104: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 104/107

Page 105: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 105/107

Page 106: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 106/107

Perbaikan DNA

Page 107: Replikasi Dan Perbaikan DNA

7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA

http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 107/107

Perbaikan DNA

Selain mekanisme perbaikan DNA sendiri, sel juga mempunyai mekanisme menunda siklussel sampai perbaikan DNA selesai.

Pada siklus sel, terdapat beberapa checkpointuntuk memastikan suatu langkah telahselesai sebelum langkah berikutnya dimulai.

Pada beberapa check point ini, siklus akanterhenti bila terdeteksi kerusakan DNA.