View
167
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
5/12/2018 46151321 Dna Repair Nita - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/46151321-dna-repair-nita-55a4d0b8424ba 1/12
DNA REPAIR
Pemeliharaan integritas informasi di dalam molekul DNA sangat penting bagi
kelangsungan hidup spesies. Jadi dapat disimpulkan bahwa spesies yang
bertahan hidup berhasil mekanisme untuk memperbaiki kerusakan DNA-nya
yang terjadi akibat kesalahan replikasi atau gangguan dari lingkungan.
DNA bukanlah substansi yang lemah, telah dilengkapi dengan mekanisme
tertentu yang mampu menetralisasi “gangguan-gangguan” yang terjadi
sehingga tidak membawa efek negatif. Mekanisme yang dimiliki DNA
tersebut adalah mekanisme DNA repair (perbaikan DNA) yang terjadi pada
fase tertentu dalam siklus sel.
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, kesalahan tersebut diperbaiki dengan cara mengaktifkan DNA
repair.
Namun, apabila kesalahan yang ada sudah tidak mampu lagi ditanggulangi,
sel memutuskan untuk mengambil pilihan kedua yaitu “dimatikan” daripada
hidup membawa pengaruh buruk bagi lingkungan sekelilingnya. 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).
Kerusakan DNA akibat bahan kimia, fisik, dan lingkungan diklasifikasikan
menjadi empat tipe, yaitu:
5/12/2018 46151321 Dna Repair Nita - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/46151321-dna-repair-nita-55a4d0b8424ba 2/12
I. Perubahan satu basa
A. Depurinasi
B. Deaminasi sitosin menjadi uraasil
C. Deaminasi adenine menjadi hipoxantin
D. Alkilasi basa
E. Insersi atau delesi nukleotida
F. Penyertaan analog basa
II. Perubahan dua basa
A. Dimmer antartimin (pirimidin) yang diinduksi oleh sinar UV
B. Ikatan silang agen pengalkil bifungsional
III. Pemutusan rantai
A. Radiasi pengionan
B. Disintegrasi elemen rangka (tulang punggung) oleh
radioaktivitas
C. Pembentukan radikal bebas oksidatif
IV. Ikatan silang
A. Antara basa di untai yang sama atau berlawanan
B. Antara DNA dan molekul protein (mis. Histon)
MEKANISME PERBAIKAN DNA
Region abnormal DNA, baik karena kesalahan penyalinan atau kerusakan
DNA, diganti melalui empat mekanisme, yaitu:
1. Mismatch repair (perbaikan ketidakcocokan)
2. Base excision repair (perbaikan dengan memotong basa)
3. Nucleotide excision repair (perbaikan dengan
mengeluarkan/memotong nukleotida)
4. Double strand break repair (perbaikan kerusakan untai ganda)
Tabel. Mekanisme perbaikan DNA
5/12/2018 46151321 Dna Repair Nita - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/46151321-dna-repair-nita-55a4d0b8424ba 3/12
Mekanisme Masalah Solusi
Mismatch repair
(perbaikan
ketidakcocokan)
Kesalahan penyalinan
(lengkung tak
berpasangan dengan
dua sampai lima basa
atau satu basa)
Pemotongan untai
yang diarahkan oleh
metal, pencernaan oleh
eksonuklease, dan
penggantian
Base excision repair
(perbaikan dengan
memotong basa)
Kerusakan satu basa
yang timbul spontan
akibat bahan kimia atau
radiasi
Pengeluaran basa oleh
N-glikosilase,
pengeluaran gula
tanpa basa,
penggantian
Nucleotide excision
repair
(perbaikan dengan
memotong
nukleotida)
Kerusakan suatu
segmen DNA secara
spontan akibat bahan
kimia atau radiasi
Pengeluaran oligomer
sekitar 30 nukleotida
dan penggantian
Double strand
break repair
(perbaikan
kerusakan untaiganda)
Radiasi pengionan,
kemoterapi, radikal
bebas oksidatif
Sinapsis, penguraian,
penyusunan, dan ligasi.
5/12/2018 46151321 Dna Repair Nita - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/46151321-dna-repair-nita-55a4d0b8424ba 4/12
1. Mismatch repair (Perbaikan yang tidak berpasangan/ketidakcocokan)
Mismatch repair memperbaiki kesalahan yang dibuat ketika DNA
disalin. Contohnya, C dapat terselip berhadapan dengan A, atau
polymerase dapat “tergelincir” atau “tersendat” dan menyisipkan dua
sampai lima basa tambahan yang tidak berpasangan. Protein-protein
yang spesifik memindai DNA yang baru dibentuk menggunakan
metilasi adenine di dalam sekuens GATC sebagai titik referensi. Untai
cetakan mengalami metilasi, dan untai yang baru dibentuk tidak
demikian. Perbedaan ini tidak memungkinkan enzim perbaikan
mengidentifikasi untai yang mengandung kesalahan nukleotida dan
memerlukan pergantian. Jika ditemukan ketidakcocokan atau lengkungkecil, suatu GATC endonuklease memotong untai yang mengandung
mutasi di tempat yang berkorespondensi dengan GATC. Suatu
eksonuklease kemudianmencerna untai ini dari GATC dan melalui
mutasi sehingga DNA yang cacat tersebut dapat dibuang. Hal ini dapat
berlangsung dari kedua ujung jika cacat tersebut diapit oleh dua
tempat GATC. Cacat ini kemudian di isi oleh enzim sel normal sesuai
aturan pembentukan pasangan basa.
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. Pada E. coli, diperlukan tiga protein (Mut S, MutC, dan Mut H) untuk mengenali mutasi dan memotong untai. Enzim
lain di dalam sel, termasuk ligase, plimerase, dan SSB mengeluarkan
dan mengganti untai.
5/12/2018 46151321 Dna Repair Nita - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/46151321-dna-repair-nita-55a4d0b8424ba 5/12
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 .
5/12/2018 46151321 Dna Repair Nita - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/46151321-dna-repair-nita-55a4d0b8424ba 6/12
Gambar. Mismatch repair DNA.
Mekanisme ini memperbaiki
kesalahan pembentukan satu
pasangan basa (mis. C dengan
A, bukannya T dengan A) atau
sepotong pendek DNA yang
tidak berpasangan. Bagian yang
cacat dikenali oleh suatu
endonuklease yang melakukan
pemotongan untai-tunggal di
sekuens GATC termetilasi. Untai
DNA dikeluarkan melalui mutasi,
diganti, lalu disambung kembali.
2. Base excision repair (Perbaikan dengan memotong Basa)
Depurinasi DNA, yang terjadi secara spontan karena labilitas termal
ikatan N-gglikosida purin, terjadi dengan kecepatan 5.000-
10.000/sel/hari pada suhu 370 C. enzim-enzim spesifik mengenali
bagian yang mengalami depurinasi dan menggantikannya dengan
purin yang secara langsung, tanpa interupsi pada tulang punggung
phospodiester.
Basa sitosin, adenine, dan guanine di DNA secara spontan membentuk,
masing-masing, urasil, hipoxantin, xantin. Karena tidak ada satupun
dari ketiga basa tersebut yang terdapat di DNA pada keadaan normal,
tidaklah mengherankan jika N-glikosilase spesifik dapat mengenali
basa-basa abnormal ini yang mengeluarkan sendiri basa dari DNA.
Pengeluaran ini menandai letak kecacatan dan memungkinkan
5/12/2018 46151321 Dna Repair Nita - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/46151321-dna-repair-nita-55a4d0b8424ba 7/12
endonuklase apurinik atau apirimidinik memotong gula tanpa basa.
Basa yang sesuai kemudian memotong gula tanpa basa ini. Basa yang
sesuai kemudian dipasang oleh DNA polymerase, dan ligase
memperbalikkan DNA ke keadaannya semula. Rangkaian kejadian ini
disebut base excision repair (perbaikan dengan memotong basa).
Dengan rangkaian langka serupa yang mula-mula melibatkan defek,
basa teralkilasi dan analog basa dapat dikeluarkan dari DNA dan DNA
dipulihkan kebentuknya semula. Mekanisme ini cocok untuk
menggantikan basa tunggal, tetapi tidak efektif untuk mengganti
region DNA yang rusak.
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.
5/12/2018 46151321 Dna Repair Nita - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/46151321-dna-repair-nita-55a4d0b8424ba 8/12
Gambar. Base Excison-repair DNA, enzim urasil DNA glikosilasil membuang
urasil yang terbentuk dari deaminasi spontan sitosin di DNA. Suatu
endonuklease memotong kerangka utama untai di dekat defek; lalu setelah
endonuklease mengeluarkan beberapa basa, defek tersebut diisi melalui
kerja polimerasi dan untai tersebut kembali dihubungkan oleh suatu ligase.
3. Nucleotide excision repair (perbaikan dengan memotong
nukleotida)
Mekanisme ini digunakan untuk menggantikan suatu regio DNA
dengan panjang30 bp yang mengalami kerusakan. Penyebab umum
kerusakan DNA semacam ini adalah sinar ultraviolet (UV), yang
memicu pembentukan dimmer antarpirimidin siklobutan, dan merokok,
yang menyebabkan pembentukan adduct (addition product) benzo
[a]piren-guanin. Radiasi pengion, obat kemoterapi kanker, dan
5/12/2018 46151321 Dna Repair Nita - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/46151321-dna-repair-nita-55a4d0b8424ba 9/12
berbagai bahan kimia yang terdapat dilingkungan yang dan dapat
menyebabkan modifikasi basa, putusnya untai, ikatan silang antara
basa di untai yang berhadapan atau DNA dan protein, dan berbagai
defek lain. Cacat-cacat ini diperbaiki oleh suatu proses yang disebut
perbaikan yang disebut eksisi nukleotida. Proses rumit, yang
melibatkan lebih banyak produk gen dibandingkan dengan dua tipe
perbaikan sebelumnya, pada dasar mencakup hidrolisis dua ikatan
phospodiester di untai yang mengandung kecacatan. Suatu nuclease
eksisi khusus (eksinuklease), yang terdiri dari paling sedikit tigan
subunit pada E. coli dan 16 polipeptida pada manusia, melaksanakan
tugas ini. Di sek eukariot, enzim-enzim memotong antara ikatan
phospodiester ketiga dan kelima 3’ dari lesi, dan dari sisi 5’ potongan
terletak di suatu tempat antara ikatan keduapuluh satu dan
keduapuluh lima. Karena itu, terjadi eksisi suatu fragmen DNA dengan
panjang 27-29 nukleotida. Untai yang dikeluarkan kemudian diganti,
juga pembentukan pasangan basa yang tepat, melalui kerja
polymerase lain yang belum diketahui (δ /ε pada manusia), dan
ujung-ujung untai disatukan dengan untai yang sudah ada oleh DNA
ligase.
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, dan lain-lain.
5/12/2018 46151321 Dna Repair Nita - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/46151321-dna-repair-nita-55a4d0b8424ba 10/12
Gambar. Perbaikan-eksisi nukleotida (nukleotida excision repair). Mekanisme
ini digunakan untuk memperbaiki defek besar DNA dan umumnya
melibatkan lebih banyak protein disbanding mismatch repair atau perbaikan
eksisi basa. Setelah kelainan dideteksi (ditandai oleh XXXX) dan DNA yang
mengandung kelainan tersebut diraikan/(unwinding), suatu nuclease eksisi
(eksinuklease) memotong DNA disebelah hulu dan hilir dari bagian yang
cacat. Celah ini kemudian diisi oleh polymerase dan disambung kembali.
4. Double strand break repair (perbaikan kerusakan untai ganda)
Perbaikan kerusakan untai ganda merupakan bagian dari proses
fisiologis tata ulang gen imunoglobulin. Perbaikan ini merupakan
mekanisme penting untuk memperbaiki DNA yang rusak, seperti yang
terjadi akibat radiasi pengion atau pembentukan radikal bebas
oksidatif. Sebagian obat kemoterapi merusak sel dengan merusak
untai ganda atau perbaikannya.
5/12/2018 46151321 Dna Repair Nita - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/46151321-dna-repair-nita-55a4d0b8424ba 11/12
Mula-mula terdapat dua protein yang berperan dalam penyatuan
kembali non homolog suatu kerusakan untai ganda. Ku, suatu
heterodimer subunit 70 kDa dan 86 kDa, berikatan dengan ujung-ujung
bebas DNA aktivitas helikase dependen-ATP laten. Heterodimer Ku
yang berikatan dengan DNA merekrut suatu protein kinase unit,
protein kinase dependen DNA (DNA PK). DNA-PK memiliki satu ikatan
bagi ujung-ujung bebas DNA dan satu tempat ikatan untuk dsDNA
tepat di bagian dalam ujung-ujung unit. Karena itu, enzim-enzim ini
memungkinkan aproksimasi kedua ujung yang terpisah. Ujung bebas
kompleks DNA-Ku-DNA-PK membangkitkan aktivitas kinnase pada
ujung-ujung yang terpisah. DNA-PK secara timbale balik
memphosporilasi KU dan molekul DNA-PK lain di untai yang
berlawanan, ditrans. DNA-PK kemudian kemudian terlepas dari DNA
dan KU, menyebabkan aktivasi Ku helikase. Hal ini menyebabkan
penguraian kedua ujung DNA. DNA yang telah di urai dan sudah
diaproksimasi kemudian membentuk pasangan basa; kelebihan ekor
nukleotida dibuang oleh eksonuklease; dan celah yang ada di isi dan
ditutup oleh DNA ligase.
5/12/2018 46151321 Dna Repair Nita - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/46151321-dna-repair-nita-55a4d0b8424ba 12/12
Gambar. Perbaikan kerusakan
untai ganda DNA. Protein Ku dan
protein kinase dependen-DNA
berikatan untuk mendekatkan
kedua untai dan menguraikannya.
Fragmen-fragmen yang telah
berjajar membentuk pasangan
basa; kelebihan ujung dikeluarkan,
mungkin oleh endonuklease atau
eksonuklease terkait DNA-PK, dan
celah kemudian diisi; dan
kontinuitas untai dipulihkan oleh
ligase.
Recommended