Upload
jessica
View
347
Download
11
Embed Size (px)
Citation preview
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 1/107
REPLIKASI, PERBAIKAN DAN
REKOMBINASI 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
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 !!
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.
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.
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
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 7/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 8/107
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’.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 10/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 11/107
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.
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 14/107
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
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
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 17/107
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 19/107
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.
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 22/107
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.
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
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
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 26/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 27/107
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’
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 29/107
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
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 32/107
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)
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 34/107
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.
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 37/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 38/107
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 40/107
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.
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 43/107
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 45/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 46/107
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.
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 49/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 50/107
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.
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 53/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 54/107
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 56/107
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
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 58/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 59/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 60/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 61/107
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
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).
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
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 65/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 66/107
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.
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
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 70/107
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 72/107
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 74/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 75/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 76/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 77/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 78/107
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)
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
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 81/107
lik i
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
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
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
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 85/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 86/107
R lik i 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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 88/107
R lik i l
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
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
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
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 93/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 94/107
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
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 96/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 97/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 98/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 99/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 100/107
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.
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 102/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 103/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 104/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 105/107
7/26/2019 Replikasi Dan Perbaikan DNA
http://slidepdf.com/reader/full/replikasi-dan-perbaikan-dna 106/107
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.