DNA Repair - DocShare.tips
advertisement
DNA Repair 26 Apr 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 kesalahankesalahan 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). Proses perbaikan DNA itu harus melibatkan berbagai macam komponen, yang sangat berperan penting dalam mekanisme perbaikan DNA tersebut. Komponen-komponen yang terlibat dalam mekanisme perbaikan DNA dapat dijelaskan secara rinci pada penjelasan berikut ini. Komponen yang Terlibat dalam Proses DNA Repair Repair system Base excision Enzim/protein DNA glycosylase AP Endonuklease DNA Polymerase I DNA ligase Repair sistem mismatch Enzim/protein Dam metilase MutS,MutL,MutH Exonuclease DNA Helicase II Nucleotid exicion UVrA,UVrB,UVrC DNA polymerase I DNA Ligase SSB Protein DNA plomerase III DNA Ligase Mekanisme DNA repair Pada 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 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 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 kesalahankesalahan 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 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. Base Excision Repair Nucleotide Excision Repair Mismatch Repair Tulisan ini disusun oleh ISNADA http://kamriantiramli.wordpress.com/2011/04/26/dna-repair/ DNA Repair DNA merupakan sasaran untuk berbagai kerusakan: baik eksternal agent maupun spontaneous endogenous processes. Given agent process dapat menimbulkan: radikal bebas, single & double strand breaks, merusak residu deoxyribose, menginduksi base alterations: mis. Metilasi, perubahan basa karena proses kimia tertentu. Kerusakan DNA dapat terjadi karena: metabolismes seluler, eksposur dengan sinar UV, radiasi ion, eksposur dengan bahan kimia, kesalahan replikasi. Perbaikan dengan: aktivasi cekpoin pada siklus sel, aktivasi program transkripsi, DNA repair (direct reversal, base excision repair, nucleotide excision repair, mismatch repair, double strand break repair, homolog recombination), apoptosis. Kerusakan DNA diklasifikasikan dalam beberapa cara, yi: • Modifikasi basa: - Perubahan kimia - Ikatan kovalen antara basa yang berdekatan - Kehilangan basa • Intrastrand cross-linking, mencegah replikasi dan transkripsi DNA • Kerusakan DNA tipe tiga - Kerusakan strand DNA, yang paling hebat yaitu kerusakan double-strand DNA (DSBs) --> DNA-nya putus. Pada deaminasi C. C mengalami deaminase sehingga menjadi U. Maka pada saat DNA replikasi G diganti A. Setelah replikasi terjadi mutasi (seharusnya G diganti U). Pasangannya mengalami deaminasi sehingga pasangannya diganti. Atau dengan merubah U menjadi C sementara G tetap. -->Poin mutation: perubahan 1 basa. Depurinasi A. Kehilangan A: mutasinya dengan memotong (kehilangan 1 basa) atau mengganti pasangan yang hilang. Abnormalitas dari DNA repair bisa menyebabkan cancer dan penuaan. Beberapa cara untuk repair - Single step reactions, direct reversal (langsung diganti) dengan single enzyme seperti photolyase atau O-6-methyl-DNA-alkyltransferase. - Single and multi-step base excision repair mechanisms. (glikosilasis) - Multi-step reaction DNA repair dikelompokkan menjadi 3 cara: - Damage reversal: langsung digantikan - Damage removal: dihilangkan - Damage tolerance: mentoleransi kesalahan Damage reversal - Cara mudah untuk memperbaiki DNA - Enzim yang mereparasi tidak perlu memotong DNA tetapi hanya menggantikan saja (pada proof reading). - Photorectivation merupakan contoh damage reversal . Kalau terjadi kesalahan, missal DNA polymerase melakukan kesalahan sehingga timbul misincorporated nucleotide sehingga kalau tidak sesuai (mis. Harusnya G dipasang A) maka akan timbul tonjolan, sehingga proof reading akan mundur karena memiliki exonuclease activity, membetulkan kesalahan dan selanjutnya maju lagi. Damage removal Lebih kompleks karena melibatkan replacing (penggantian) dengan dipotong-potong. Ada tiga tipe damage removal, yaitu: • Base excision repair, hanya 1 basa yang rusak dan digantikan dengan yang lain. • Mismatch repair, penggantian basa yang tidak sesuai yang dilakukan dengan enzim. • Nucleotide excision repair, memotong pada salah satu segmen DNA yang mengalami kerusakan. Base Excision repair Uracil (U) dipotong (Glycosylase) --> dikeluarkan (phosphodiesterase) --> diganti (DNA polymerase) dengan C --> ditempelkan (ligase) Nucleotide Excision repair Kesalahannya pyrimidine dimer (kesalahan 2 basa tetangga), maka yang dilakukan dengan memotong pada satu tempat tertentu dan dilepas oleh DNA helicase, selanjutnya DNA polymerase dan DNA ligase bekerja untuk memperbaikinya. Pada mismatch proofreading karena kesalahan pada kedua strand sehingga harus dipotongpotong. Damage tolerance dilakukan bila kesalahan tidak dapat diperbaiki sehingga kesalahan terpaksa ditoleransi dan yang terpotong adalah kedua strand. Ada 2 cara: - Homolongous recombination (HR), menggunakan sister kromatid untuk memperbaiki kerusakan. Pada cara ini tidak akan terjadi delesi. - Non homologous end joining (NHEJ), bila putusnya tidak sama makan akan diratakan dulu dengan eksonukleuse, kemudian ada enzim tertentu yang bekerja dan akan menggabungkan. Tetapi akan terjadi delesi. Sumber: http://id.shvoong.com/medicine-and-health/genetics/2077854-dna-repair-perbaikandna/#ixzz2Wh6gVGRm Kerusakan DNA bisa saja terjadi secara tiba-tiba. Penyebabnya juga bermacam-macam, bisa berupa radiasi UV, bahan kimia mutagen, ataupun oksidasi; dan salah satu bentuk kerusakan DNA adalah terpotongnya kedua utas DNA. Hal ini bisa menjadi masalah yang serius karena sel tidak bisa menggunakan DNA yang terpotong-potong seperti itu untuk beraktivitas secara normal. Jika dibiarkan saja, maka hal ini juga bisa menjadi penyebab timbulnya kanker. Namun demikian, kita tidak perlu kuatir karena sebenarnya sel-sel kita sendiri mempunyai suatu sistem reparasi yang luar biasa canggih, efisien, dan nyaris tidak pernah salah. Nah, pertanyaannya adalah bagaimana cara kerjanya? Keterangan gambar: Setelah molekul DNA mengalami kerusakan, ujung-ujung DNA yang rusak akan mencari utas DNA lain yang utuh yang memiliki urutan basa yang sama dengan dirinya supaya bisa memperbaiki diri. Gambar ini merupakan pencitraan dari titik temu antara molekul protein RecA-DNA (horizontal) dengan molekul DNA lain yang utuh (vertikal), dimana keduanya akan dicocokkan apakah memiliki urutan yang sama atau tidak. Jika tidak, maka ikatan yang terbentuk tidak akan cukup kuat dan segera terpisah. Sedangkan bila urutan basa yang sesuai ditemukan maka akan terbentuk ikatan yang kuat dan stabil sehingga proses reparasi dapat berlangsung. (Credit: Image courtesy Cees Dekker lab TU Delft / Tremani) Sekelompok peneliti di Belanda dari Delft University mencoba mengungkapkannya menggunakan bakteri E.coli. Dan hasil penelitian mereka menunjukkan ada dua langkah utama dalam proses reparasi DNA ini. Langkah pertama, protein-protein reparasi yang diketahui sebagai protein RecA akan membentuk suatu struktur berfilamen pada ujung DNA yang rusak. Kemudian langkah yang kedua, filamen-filamen ini bertanggung jawab memeriksa utas-utas DNA yang baru-baru saja digandakan atau pada kromosom DNA yang kedua (kita mempunyai dua kopi untuk tiap-tiap kromosom, kan?). Tujuan pemeriksaan ini adalah untuk mencari urutan DNA yang cocok dengan ujung DNA yang rusak tadi. Tentunya terdengar cukup sederhana bukan? Tetapi coba kita lihat lagi, genom manusia ada sekitar tiga milyar pasang basa, dan mencoba menemukan seutas DNA berisi beberapa ratus pasang basa yang diinginkan, tentu bukan menjadi hal yang mudah. Ibarat mencari sebuah jarum di tengah tumpukan jerami. Tetapi coba kita lihat lagi, genom manusia ada sekitar tiga milyar pasang basa, dan mencoba menemukan seutas DNA berisi beberapa ratus pasang basa yang diinginkan, tentu bukan menjadi hal yang mudah. Ibarat mencari sebuah jarum di tengah tumpukan jerami. Tetapi sekali lagi, sel-sel tubuh kita melakukan pekerjaan yang amat luar biasa. Proses pencarian ini ternyata hanya memakan waktu beberapa menit dan tentunya dengan efisiensi dan ketepatan yang tidak kalah mengagumkan. Ketika urutan basa DNA yang sesuai sudah ditemukan maka kedua molekul akan saling berikatan dengan kuat sehingga proses perbaikanpun dapat berlangsung. http://sciencebiotech.net/proses-perbaikan-dna-yang-rusak-mencari-jarum-dalam-tumpukanjerami/ DNA dalam inti sel di tubuh kita bisa mengalami kerusakan dari berbagai agen luar (eksternal agent) maupun kerusakan secara langsung (spontaneous endogenous processes). Proses kerusakan DNA oleh agen dapat menimbulkan meliputi : radikal bebas, single & double strand breaks, merusak residu deoxyribose, menginduksi base alterations misalnya metilasi, perubahan basa karena proses kimia tertentu. Kerusakan DNA dapat terjadi karena metabolisme seluler, eksposur dengan sinar UV, radiasi ion, eksposur dengan bahan kimia, kesalahan replikasi. Perbaikan kerusakan DNA dengan cara aktivasi cek point pada siklus sel, aktivasi program transkripsi, DNA repair (direct reversal, base excision repair, nucleotide excision repair, mismatch repair, double strand break repair, homolog recombination), apoptosis. Kerusakan DNA diklasifikasikan dalam beberapa cara, yaitu : • Modifikasi basa: - Perubahan kimia - Ikatan kovalen antara basa yang berdekatan - Kehilangan basa • Intrastrand cross-linking, mencegah replikasi dan transkripsi DNA • Kerusakan DNA tipe tiga - Kerusakan strand DNA, yang paling hebat yaitu kerusakan double-strand DNA (DSBs) yang menyebabkan DNA-nya putus. Pada deaminasi C. C mengalami deaminasi sehingga menjadi U. Maka pada saat DNA replikasi G diganti A. Setelah replikasi terjadi mutasi (seharusnya G diganti U). Pasangannya mengalami deaminasi sehingga pasangannya diganti atau dengan merubah U menjadi C sementara G tetap. Poin mutation merupakan perubahan 1 basa. Depurinasi A. Kehilangan A: mutasinya dengan memotong (kehilangan 1 basa) atau mengganti pasangan yang hilang. Abnormalitas dari DNA repair bisa menyebabkan cancer dan penuaan. Beberapa cara untuk repair / memperbaiki - Single step reactions, direct reversal (langsung diganti) dengan single enzyme seperti photolyase atau O-6-methyl-DNA-alkyltransferase. - Single and multi-step base excision repair mechanisms. (glikosilasis) - Multi-step reaction Perbaikan DNA / DNA repair dikelompokkan menjadi 3 cara: - Damage reversal: langsung digantikan - Damage removal: dihilangkan - Damage tolerance: mentoleransi kesalahan keterangan: Damage reversal - Cara mudah untuk memperbaiki DNA - Enzim yang mereparasi tidak perlu memotong DNA tetapi hanya menggantikan saja (pada proof reading). - Photorectivation merupakan contoh damage reversal . Kalau terjadi kesalahan, misal DNA polymerase melakukan kesalahan sehingga timbul misincorporated nucleotide sehingga kalau tidak sesuai (misalnya harusnya G dipasang A) maka akan timbul tonjolan, sehingga proof reading akan mundur karena memiliki exonuclease activity, membetulkan kesalahan dan selanjutnya maju lagi. Damage removal Lebih kompleks karena melibatkan replacing (penggantian) dengan dipotong-potong. Ada tiga tipe damage removal, yaitu: • Base excision repair, hanya 1 basa yang rusak dan digantikan dengan yang lain. • Mismatch repair, penggantian basa yang tidak sesuai yang dilakukan dengan enzim. • Nucleotide excision repair, memotong pada salah satu segmen DNA yang mengalami kerusakan. Base Excision repair Uracil (U) dipotong (Glycosylase) --> dikeluarkan (phosphodiesterase) --> diganti (DNA polymerase) dengan C --> ditempelkan (ligase) Nucleotide Excision repair Kesalahannya pyrimidine dimer (kesalahan 2 basa tetangga), maka yang dilakukan dengan memotong pada satu tempat tertentu dan dilepas oleh DNA helicase, selanjutnya DNA polymerase dan DNA ligase bekerja untuk memperbaikinya. Pada mismatch proofreading karena kesalahan pada kedua strand sehingga harus dipotong-potong. Damage tolerance dilakukan bila kesalahan tidak dapat diperbaiki sehingga kesalahan terpaksa ditoleransi dan yang terpotong adalah kedua strand. Ada 2 cara: - Homolongous recombination (HR), menggunakan sister kromatid untuk memperbaiki kerusakan. Pada cara ini tidak akan terjadi delesi. - Non homologous end joining (NHEJ), bila putusnya tidak sama makan akan diratakan dulu dengan eksonukleuse, kemudian ada enzim tertentu yang bekerja dan akan menggabungkan. Tetapi akan terjadi delesi. Sumber : Molecular Biology of the cell Fifth Edition 2008 Sumber: KLIK SINI PROTEIN YANG BERPERAN DALAM PERBAIKAN DNA (DNA REPAIR) 1.Protein hHR23a Rad23 keluarga protein, termasuk protein manusia homologs hHR23a dan hHR23b, merangsang perbaikan eksisi nukleotida dan telah ditunjukkan untuk memberikan hubungan antara sebuah novel yang ditengahi proteasome degradasi protein dan perbaikan DNA. Proteasomal mengatur S5a subunit hHR23a struktur protein. Rad 23a berisi empat terstruktur domain dihubungkan oleh linker fleksibel daerah. Domain tersebut berinteraksi dalam mode intramolekul, dan dengan menggunakan data coupling dipolar residu dalam kombinasi dengan Usikan pergeseran kimia analisis. hHR23a konformasi yang tertutup didefinisikan oleh interaksi N-terminal ubiquitin-seperti domain dengan dua ubiquitin-terkait domain. Pengikatan S5a subunit proteasomal mengganggu hHR23a interaksi interdomain dan dengan demikian menyebabkannya untuk mengadopsi konformasi yang dibuka. Sumber LENGKAPNYA : KLIK SINI 2. protein MLH 1 Fungsi protein MLH 1 Memperbaiki kesalahan saat replikasi, termasuk dalam mismatch repair (MMR). Protein ini memiliki 3 domain, yaitu domain PSM, MutS a dan ATP ase. Mekanisme kerja : MLH1 berikatan dengan PSM2 membentuk kompleks MutL a, MutL a berikatan dengan MutS a (MSH2-MSH6), kompeks ini mengaktivasi protein lain untuk memperbaiki kesalahan (membuang sekuen DNA yang keliru & mengganti dengan sekuens yang benar / removal). Gangguan patologis protein MLH1 Mutasi pada MLH1 menyebabkan rentan terhadap kanker, yaitu pada usus besar (Hereditary nonpolyposis colorectal cancer (HNPCC)) dan risiko kanker pada rahim, ovarium, payudara, perut, usus halus dan laring. Sumber LENGKAPNYA : KLIK SINI 3. Protein MSH2 Gen MutS H2 yang disandi oleh MSH2 terletak pada kromosom 2p22-p21, dimulai dari 47.483.767 bp sampai 47.593.877 bp, terdiri dari 16 exon dan 15 intron, 80.098 bp, 110,111 basa, 932 asam amino, berat molekul 104.743 Da. MSH2 sebagai komponen dari sistem MMR pasca replikasi DNA. Protein MSH2 memiliki peran ganda dalam DNA repair dan apoptosis. 2 bentuk heterodimer berbeda yaitu MutS α (MSH2- -MSH3). http://wanenoor.blogspot.com/2011/11/perbaikan-dna-atau-dna-repair.html#.UcINYtj9VsQ TAHAPAN, KERUSAKAN SERTA PERBAIKAN REPLIKASI DNA Posted in Uncategorized by Anindy Okta Harisandy @ Jan 2, 2013 Tahapan Replikasi 1. Kedua pasangan rantai DNA dibuka dan dipisah oleh enzim pembuka, yang berfungsi memecah ikatan hidrogen lemah di antara pasangan basa. 2. Enzim polimerase DNA, dengan memakai keempat jenis nukleotida pelengkap yang ada dengan bebas dalam nukleus, memasangkan dan melekatkan nukleotida tersebut pada basa yang terlihat di setiap rantai tunggal DNA yang terbuka. 3. Setelah pemasangan nukleotida selesai, maka didapatkan dua dobel heliks DNA yang terbentuk lengkap, masing-masing DNA identik dengan rangkaian nukleotida pada heliks DNA aslo yang berfungsi sebagai pola. Dengan demikian, informasi genetik telah berhasil tersalin dengan tepat. 4. Replikasi seperti itu disebut semikonservatif karena replikasi tersebut mempertahankan setiap rantai dobel heliks DNA yang asli, sementara setiap rantai juga menerima rantai pasangan sintesis baru yang sesuai. Kesalahan dalam replikasi DNA 1. Mesin replikasi dapat melakukan kesalahan dengan melewatkan suatu basa, menambahkan satu jenis basa atau lebih, atau menganti dengan jenis basa yang salah. Misalnya kesalahan pasangan antara adenin dengan guanin atau timin dengan sitosin. 2. Perubahan dalam molekul DNA juga dapat terjadi akibat pajanan agen fisik dan kimia yang berpotensi merusak susunan struktur alami dari DNA seperti sinar-x atau karsinogen dalam lingkungan. 3. Perubahan yang dihasilkan dalam rangkaian nukleotida tersebut dikenal dengan nama mutasi, yang akan terus disalin dalam replikasi selanjutnya dan dapat mengakibatkan konsekuensi yang membahayakan sel itu sendiri bahkan dapat merubah susunan sel yang telah sesuai. Perbaikan DNA adalah suatu proses yang konstan dan dapat meminimalkan perubahan aksidental yang terjadi akibat kesalahan selama proses maupun mutasi gen. Beragam jenis enzim perbaikan DNA secara terus menerus akan memindai molekul DNA dan mengeluarkan nukleotida yang rusak. http://blog2.tp.ac.id/anindyoktaharisandy/2013/01/02/tahapan-kerusakan-serta-perbaikanreplikasi-dna/ Perbaikan DNA DNA adalah molekul yang terus-menerus dapat mengalami kerusakan atau perubahan kimia. Perubahan kimia ini dapat disebabkan oleh radiasi yang berenergi tinggi, ketidakstabilan kimiawi basa sitosin di dalam sistem cairan dan kerusakan oleh senyawa kimia reaktif di lingkungan. Seperti radiasi ultraviolet, radiasi pengion, sinar kosmik, sinar X, dan pancaran radio aktif dari pengujian bom atom serta hasil buangan radio aktif dari tenaga nuklir. Radiasi ultraviolet dan pengion menimbulkan kerusakan DNA sampai kira-kira 10 % dari kerusakan yang disebabkan oleh agen-agen non biologis. Selain itu, kerusakan DNA juga dapat disebabkan oleh stress. Kerusakan tersebut dapat segera diperbaiki oleh sel, melalui mekanisme enzimatik spesifik. Perbaikan kerusakan DNA oleh sel dapat dilakukan melalui mekanisme: a) perbaikan bebas kesalahan, yaitu DNA yang diperbaiki persis seperti keadaan semula, b) perbaikan dengan fotoreaktivasi, yaitu dengan menggunakan enzim fotoreaktivasi yang dapat memutuskan ikatan kovalen basa timin-timin (dimer timin), c) perbaikan eksisi, yaitu DNA yang rusak dipotong pada bagian yang rusak lalu disambung kembali oleh enzim polymerase dan ligase, d) perbaikan rekombinasi postreplikatif, yaitu utas DNA induk yang rusak akan menghasilkan DNA tiruan yang mempunyai celah setelah duplikasi, dan e) perbaikan tidak bebas kesalahan, yaitu bagian DNA yang rusak diperbaiki dengan komponen yang mungkin tidak sama dengan komponen yang hilang. Perbaikan kerusakan DNA juga dapat terjadi dengan cara rekombinasi homolog. Untuk menghindari kerusakan kromosom dan memungkinkan perbaikan, daerah yang mengalami kerusakan harus mendapatkan strand komplemeter. Jalur rekombinasi membuat penggunaan DNA homolog pada cabang lain dari cabang replikasi. Protein rec-A memediasi reaksi pertukaran strand yang menjalankan perbaikan DNA dengan bantuan energy ATP hidrolisis. Ketika kerusakan dibuat menjadi bagian dupleks, kerusakan dapat berangsur-angsur diperbaiki. Kerusakan karena ultraviolet Jika bakteri dikenai sinar ultraviolet, dapat terjadi penggabungan kovalen dan residu pirimidin pada untai DNA, (seringkali dua residu timin) membentuk suatu basa dimer. Jika tidak dilepaskan dan diperbaiki, dimer timin ini menghalangi proses replikasi oleh DNA polimerase terhadap untai di belakang daerah kerusakan ini. Dimer timin dikeluarkan dan tempat kosong yang ditinggalkan disambung kembali oleh kerja empat enzim secara berurutan. Enzim pertama dinamakan ultraviolet endonuklease atau endonuklease UV. Enzim ini memotong untaian DNA yang mengalami kerusakan pada tempat 5’ dimer timin. Pada tahap kedua, DNA polimerase I menambahkan deoksiribonukleotida yang benar ke ujung 3’ untai rusak yang terbuka, membuat potongan pendek DNA yang bersifat komplementer dengan untai cetakan. Selama proses ini, baik DNA yang mengandung dimer timin akan terlepas. Pada tahap ketiga, endonuklease memotong bagian yang rusak ini. Pada tahap terakhir potongan DNA baru dengan pasangan basa yang benar disisipkan ke dalam untaian keseluruhan oleh DNA ligase. Dimer primidin dapat dibentuk dan diperbaiki bukan hanya pada bakteri yang terkena radiasi ultraviolet, tetapi juga pada sel-sel mulut manusia yang terbuka terhadap sinar matahari yang tidak tersaing. Kerusakan oleh Deaminasi Spontan Sitosin menjadi Urasil DNA juga dapat mengalami perubahan oleh karena ketidakstabilan kimiawi basa sitosin di dalam sistem cairan. Residu sitosin secara perlahan-lahan mengalami kehilangan spontan gugus aminonya oleh hidrolisis menjadi residu urasil, yang biasanya tidak dijumpai pada DNA. Bilaman untai DNA yang mengandung residu urasil melangsungkan replikasi, urasil tidak dapat membentuk ikatan yang kuat dengan residu Guanin (G) yaitu pasangan normal sitosin. Sebaliknya urasil akan cenderung berpasangan dengan residu adenin. Bilaman untai DNA baru yang mengandung residu A yang salah melakukan replikasi tentunya keduanya akan memperoleh T pada untai komplementer. Hasilnya adalah dupleks DNA anak yang mengandung pasangan basa A-T dan bukan pasangan G-C seperti ditentukan oleh DNA induk semula yang tidak rusak. Jenis kerusakan ini diperbaiki dengan suatu cara baru. Enzim khusus urasil –DNA glikosidase, menghidrolisis basa urasil yang salah ini dari untai rusak tersebut. Residu deoksiribosa fosfat yang tertinggal, yang sekarang kehilangan basa, kemudian dipotong pada sisi 5’ ikatan fosfodiesternya oleh DNA polimerase I yang selanjutnya menyisipkan unit sitidin fosfat yang benar pada ujung 3’ yang sekarang terbuka pada untai rusak tadi, untuk berpasangan basa dengan residu G pada untai yang tidak rusak. Untai ini lalu disambung secara kovalen oleh DNA ligase untuk menyempurnakan proses perbaikan ini. Kerusakan oleh Senyawa Kimia Eksternal DNA juga dapat mengalami kerusakan oleh senyawa kimia reaktif yang terbawa ke lingkugan sebagai produk aktivitas industri. Produk tersebut tidak selalu merusak dalam keadaan aslinya, tetapi dapat mengalami metabolisme oleh sel menjadi bentuk yang merusak. Senyawa kimia reaktif tersebut dapat digolongkan menjadi tiga golongan utama, yaitu 1) senyawa penyebab deaminasi, terutama asam nitrat (HNO2) atau senyawa yang dapat mengalami metabolisme menjadi asam nitrit atau turunan nitrit lainnya, 2) senyawa penyebab alkilasi, misalnya senyawa dimetilsulfat yang sangat reaktif dapat menyebabkan metilasi residu guanine dan menghasilkan O-metilguanin yang tidak dapat melakukan pasangan basa dengan sitosin yang merupakan pasangan normal guanin, dan 3) senyawa kimia yang dapat merangsang atau bersifat basa yang biasanya terdapat pada DNA.
