GENETIKA MOLEKULER DNA MUTASI DAN PERBAIKANNYA PDF

Preview

Summary

MAKALAH GENETIKA MOLEKULER DNA MUTASI DAN PERBAIKANNYA OLEH: ELSA ROHMAH 1410422044 JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS ILMU PENGETAHUAN ALAM DAN MATEMATIKA UNIVERSITAS ANDALAS PADANG, 2017 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kelangsungan hidup jangka panjang dari spesies menuntut kestabilan genetik. Menjaga ...

Description

Accelerat ing t he world's research.

GENETIKA MOLEKULER DNA MUTASI DAN PERBAIKANNYA Sarifatul Maulidia

Related papers Makalah Mikrobiologi marsya t ulaseket

Ket ikan sigma nail PERBAIKAN DNA KL 5 MAT 8 Clara Christ y

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

MAKALAH GENETIKA MOLEKULER DNA MUTASI DAN PERBAIKANNYA

OLEH: ELSA ROHMAH 1410422044

JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS ILMU PENGETAHUAN ALAM DAN MATEMATIKA UNIVERSITAS ANDALAS PADANG, 2017

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Kelangsungan hidup jangka panjang dari spesies menuntut kestabilan genetik. Menjaga ke stabilan genetik tidak hanya membutuhkan mekanisme yang sangat akurat untuk mereplikasi DNA tetapi juga membutuhkan mekanisme untuk memperbaiki DNA. Sebagian besar perubahan spontan DNA bersifat sementara karena akan segera dikoreksi dengan proses kolektif yang disebut perbaikan DNA. Hanya jarang sekali proses perbaikan DNA sel gagal dan memungkinkan perubahan permanen dalam DNA. Perubahan seperti ini disebut mutasi (Albert, 2003). Mutasi adalah perubahan pada materi genetik suatu makhluk yang terjadi secara tiba-tiba, acak, dan merupakan dasar bagi sumber variasi organisme hidup yang bersifat terwariskan (heritable). Mutasi juga dapat diartikan sebagai perubahan struktural atau komposisi genom suatu jasad yang dapat terjadi karena faktor luar (mutagen) atau karena kesalahan replikasi. Peristiwa terjadinya mutasi disebut mutagenesis. Makhluk hidup yang mengalami mutasi disebut mutan dan faktor penyebab mutasi disebut mutagen (mutagenic agent). Perubahan urutan nukleotida yang menyebabkan protein yang dihasilkan tidak dapat berfungsi baik dalam sel dan sel tidak mampu mentolerir inaktifnya protein tersebut, maka akan menyebabkan kematian (lethal mutation) (Warianto, 2011). Selama perjalanan seluruh hidupnya, DNA menghadapi berbagai macam kerusakan: nuklease-nuklease endogen; patahan mungkin terjadi selama pengemasan kedalam kepala fage atau selama segregasi mitosis; bahan kimia sel endogen dan panas, atau sinar uv dan bahkan sinar biasa dari matihari mungkin merombaknya; dan bahan kimia lingkungan yang berbahaya mungkin berinteraksi dengannya. Oleh sebab itu bahakan tanpa tekanan tambahan mutagenesis yang disengaja, keutuhan dan ketahanan hidup genom tergantung sekali pada adanya mekanisme perbaiakan DNA (Goodenough, 1998).

1.2

Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalam makalah ini yaitu : 1.

Apa saja macam-macam DNA mutasi?

2.

Bagaimana mekanisme perbaikan terhadap DNA mutasi?

1.3

Tujuan

Adapun tujuan dari makalah ini yaitu : 1.

Mengetahui macam-macam DNA mutasi.

2.

Mengetahui mekanisme perbaikan terhadap DNA mutasi.

BAB II ISI

A. DNA Mutasi 1. Point mutation Mutasi titik (point mutation) merupakan perubahan kimiawi pada satu atau beberapa pasangan basa dalam satu gen tunggal. Mutasi gen adalah mutasi yang terjadi dalam lingkup gen. Peristiwa yang terjadi pada mutasi gen adalah perubahan urutan-urutan DNA. Mutasi gen pada dasarnya merupakan mutasi titik (Warianto, 2011). Mutasi titik terdiri dari perubahan tunggal dalam urutan nukleotida. Asam amino yang sama memiliki kodon yang sama. Ketika perubahan dasar menghasilkan asam amino baru, protein baru. Protein baru dapat mengubah morfologi atau fisiologi organisme dan hasilnya kebaruan fenotip atau dapat mematikan (Tamarin, 2017). Macam-mavcam muatsi gen (point mutation): 

Mutasi salah arti (missens mutation) Perubahan suatu kode genetik (umumnya pada posisi 1 dan 2 pada kodon) sehingga menyebabkan asam amino terkait (pada polipeptida) berubah. Perubahan pada asam amino dapat menghasilkan fenotip mutan apabila asam amino yang berubah merupakan asam amino esensial bagi protein tersebut. Jenis mutasi ini dapat disebabkan oleh



peristiwa transisi dan tranversi (Warianto, 2011). Mutasi diam (silent mutation) Perubahan suatu pasangan basa dalam gen (pada posisi 3 kodon) yang menimbulkan perubahan satu kode genetik tetapi tidak mengakibatkan perubahan atau pergantian asam amino yang dikode. Mutasi diam biasanya disebabkan karena terjadinya mutasi transisi dan tranversi (Warianto, 2011).



Mutasi tanpa arti (nonsense mutation) Perubahan kodon asam amino tertentu menjadi kodon stop. Hampir semua mutasi tanpa arti mengarah pada inaktifnya suatu protein sehingga menghasilkan fenotip mutan. Mutasi ini dapat terjadi baik oleh tranversi, transisi, delesi, maupun insersi (Warianto, 2011).

Gambar 1. Mutasi silent, mutasi missense dan muatsi nonsense. Sumber: https://www.google.co.id 

Frameshift mutation Sebuah mutasi titik dapat terdiri dari penggantian (Replacement), penambahan (Addition), dan penghapusan (Deletion) basa. Mutasi titik yang menambah atau mengurangi basa yang ada memberikan yang besar pada sel atau organisme karena mereka mengubah frame pembacaan gen dari situs mutasi selanjutnya (Tamarin, 2017).

Gambar 2. Mutasi titik Replacement, Addition dan Deletion. Sumber: (Tamarin, 2017).

Sebuah mutasi frameshift menyebabkan dua masalah: -

Pertama, semua kodon dari frameshift yang berbeda memungkinkan akan menghasilkan protein tidak berguna.

-

Kedua informasi stop-sinyal akan salah membaca. Salah satu kodon baru mungkin kodon nonsense, yang menyebabkan terjemahan untuk berhenti sebelum waktunya (Tamarin, 2017).

2. Spontaneous Mutagenesis Watson dan Crick awalnya mengatakan bahwa mutasi bisa terjadi secara spontan selama replikasi DNA jika kesalahan pasangan terjadi. Jika dasar dari DNA menjalani pergeseran proton menjadi salah satu bentuk tautomerik selama proses replikasi, perubahan pasangan dari basa akan terjadi. Biasanya, adenin dan sitosin berada di bentuk amino (NH2). Mereka pergeseran tautomerik yang ke bentuk imino (NH). Demikian pula, guanin dan timin pergi dari keto bentuk (COEO) ke bentuk enol (COH) (Tamarin, 2017).

Gambar 3. Pergeseran tautomerik adenin dan sitosin yaitu bentuk imino; guanin dan timin yaitu bentuk enol. Sumber: (Tamarin, 2017).

Tabel 1. Pasangan basa baru pada tautomerik berikut pergeseran dari basa DNA. Basa

Normal

Tautomerik

A

T

C

T

A

G

G

C

T

C

G

A

Selama replikasi DNA, pergeseran tautomerik baik dasar masuk (substrat transisi) atau dasar sudah di untai (template transisi) menghasilkan salah pasangan. Salah pasangan akan permanen dan mengakibatkan pasangan basa baru setelah babak tambahan replikasi DNA. Untai asli tidak berubah (Tamarin, 2017).

Gambar 4. Template Transisi dan substrate transisi tautomerik adenin Sumber: (Tamarin, 2017).

Dalam contoh pada gambar 4, penggantian salah satu pasangan basa memelihara hubungan purin-pirimidin yang sama: AT digantikan oleh GC dan GC oleh AT. Dalam kedua contoh, kombinasi purin-pirimidin diganti dengan kombinasi purin-pirimidin. (Atau, lebih khusus, purin yang menggantikan purin lain: guanin menggantikan adenin dalam contoh pertama dan adenin menggantikan guanin di kedua.) mutasi ini disebut sebagai transisi mutasi: purin (atau pirimidin) menggantikan lain purin (atau pirimidin) melalui keadaan transisi melibatkan pergeseran tautomerik. Ketika purin yang menggantikan pirimidin atau sebaliknya, itu disebut sebagai transversi sebuah mutasi. Transversi mungkin timbul dengan kombinasi dua peristiwa, sebuah tautomerik dan rotasi dasar. Sebagai contoh, sebuah pasangan basa AT dapat dikonversi ke TA pasangan basa (transversi a) oleh AA pasangan menengah (Tamarin, 2017).

Gambar 5. Transversi pasangan basa AT dapat dikonversi ke TA pasangan basa (transversi a) oleh AA pasangan menengah. Sumber: (Tamarin, 2017).

3. Chemical Mutagenesis Muller menunjukkan bahwa sinar X dapat menyebabkan mutasi. Kimia tertentu dan suhu juga dapat menyebabkan mutasi. Menentukan modus tindakan berbagai mutagen kimia telah memberikan wawasan ke dalam proses mutasi serta proses karsinogenesis. Selain itu, mengetahui bagaimana mutagen kimia tindakan telah memungkinkan para ahli genetika untuk mengetahui sejumlah besar mutasi tertentu Sumber: (Tamarin, 2017). 

Transisi Transisi secara rutin diproduksi oleh analog dasar. Dua dari analog dasar

yang paling banyak digunakan adalah pirimidin analog 5-bromouracil (5BU) dan purin analog 2-aminopurine. Itu mekanisme mutagenik dari dua serupa Sumber: (Tamarin, 2017).

Gambar 6. Struktur basa analog 5-bromouracil dan 2-aminopurine Sumber: (Tamarin, 2017).

5-bromouracil dimasukkan ke dalam DNA di tempat timin; ia bertindak seperti timin dalam replikasi DNA dan, karena tidak mengubah ikatan hidrogen, harus mendorong tidak ada mutasi. Namun, tampaknya bahwa bromin atom menyebabkan 5-bromouracil untuk tautomerize lebih mudah dari timin tidak. Jadi, 5-bromouracil pergi dari bentuk keto ke bentuk enol lebih mudah daripada timin. Transisi sering terjadi ketika enol yang bentuk pasangan 5-bromouracil dengan guanin (Tamarin, 2017). 2-aminopurine adalah mutagenik berdasarkan fakta bahwa itu bisa, seperti adenin, bentuk dua ikatan hidrogen dengan timin. Ketika dalam keadaan yang jarang terjadi, dapat dipasangkan dengan sitosin. Dengan demikian, pada waktu

itu menggantikan adenin, dan pada kali lain guanin. Mempromosikan mutasi transisi (Tamarin, 2017).

Gambar 7. (a) Adenin berpasangan dengan timin dalam keadaan normal (b) adenin berpasangan dengan sitosin dalam keadaan mutasi Sumber: (Tamarin, 2017).

Nitrous acid (HNO2) juga mudah menghasilkan transisi dengan mengganti gugus amino pada nukleotida dengan kelompok keto (-NH2 ke OEO). Hasilnya adalah sitosin yang diubah menjadi urasil, adenin diubah menjadi hipoksantin, dan guanin diubah menjadi xanthine. Hasil transisi mutasi dari dua perubahan. pasang urasil dengan adenin bukannya guanin, sehingga mengarah ke UA pasangan basa di tempat pasangan basa CG; hipoksantin (H) berpasangan dengan sitosin, bukan timin, basis asli dipasangkan dengan adenin. Dengan demikian, dalam kasus ini, sebuah pasangan basa HC menggantikan pasangan basa AT. Kedua pasangan basa ini (UA dan HC) yang mutasi transisi. Xanthine, bagaimanapun, berpasangan dengan sitosin seperti guanin tidak. Dengan demikian, penggantian guanin dengan xanthine tidak menyebabkan perubahan basis pasangan (Tamarin, 2017).

Gambar. 8 Nitrous acid mengubah sitosin menjadi ursil, adenin menjadi hypoxantin dan guanin menjadi xantin Sumber: (Tamarin, 2017).

Seperti asam nitrat, panas juga dapat deaminate sitosin ke membentuk urasil dan dengan demikian membawa transisi (CG untuk TA). Rupanya, panas juga dapat membawa transversi oleh mekanisme yang tidak diketahui. 

Transversi

Etil metana sulfonat (CH3SO3CH2CH3) dan etil etana sulfonat (CH3CH2SO3CH2CH3) adalah agen yang menyebabkan penghapusan cincin purin dari DNA. Itu proses multi-step dimulai dengan ethylasi purin sebuah cincin dan

berakhir

dengan

hidrolisis

glikosidik

menyebabkan hilangnya basa (Tamarin, 2017).

(Purin-deoksiribosa)

obligasi,

Gambar 9. Treatment DNA dengan agen alkilasi, yang menghilangkan purin-adenin Sumber: (Tamarin, 2017).

Tempat di mana hal ini terjadi disebut sebagai AP (Apurinicapyrimidinic). Jika tempat AP tidak diperbaiki, salah satu dari empat basa DNA dapat dimasukkan ke dalam untai baru yang berlawanan kesenjangan. Jika timin ditempatkan di untai baru terbentuk, maka pasangan basa dipulihkan; penyisipan sitosin maka akan terjadi transisi mutasi; penyisipan baik adenin atau guanin hasil akan terjadi mutasi transversi. Tentu saja, gap masih ada, dan itu terus menghasilkan mutasi baru setiap generasi sampai diperbaiki. Selama DNA replikasi di E. coli, polimerase cenderung menempatkan adenin lebih sering daripada menempatkan basa lain (Tamarin, 2017). B. DNA Repair Radiasi, mutagen kimia, panas, kesalahan enzimatik, dan peluruhan spontan terus merusak DNA. Misalnya, diperkirakan bahwa beberapa ribu basa DNA hilang setiap hari di setiap sel mamalia karena busuk spontan. Beberapa jenis kerusakan DNA mengganggu replikasi DNA dan transkripsi. Hal ini menjadi tantangan evolusi yang panjang untuk meminimalkan mutasi. Banyak enzim, bertindak sendiri atau dengan enzim lain, dalam sistem perbaikan DNA (Tamarin, 2017). Perbaikan DNA umumnya ditempatkan dalam empat kategori besar: damage reversal, excision repair, untai ganda perbaikan istirahat dan perbaikan postreplicative. Enzim yang langkah-langkah perbaikan proses telah dilestarikan selama evolution.That adalah, enzim yang ditemukan dalam E. coli memiliki

homolog dalam ragi, buah fl ies, dan manusia. Namun, sistem eukariotik hampir selalu lebih kompleks (Tamarin, 2017). 1. Damage reversal 

Photoreactivation

Garis

utama

perbaikan

dimer-dimer

pirimidin

dikenal

sebagai

fotoreaktivasi, memerlukan enzim fotoreaktivasi, yang telah ditemukan pada bakteri dan eukariota (termasuk manusia). Enzim-enzim ini mengubah dimer timin (disingkat TT) menjadi monomer timin (TT) dan oleh sebab itu mengeliminasi luka dari benang induk. Enzim-enzim itu disebut demikian karena meskipun enzim-enzim itu dapat berasosiasi dengan dimer ditempat gelap, enzim-enzim itu harus menyerap foton cahaya

yang

terlihat

sebelum

dapat

menimbulkan

monomerasi

(Goodenough, 1998).

Gambar 10. Dimer timin (timin yang berdekatan) tepapar UV Sumber: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26879

2. Excision Repair 

Base Excision Repair

- Terjadi pemisahan total dalam eksisi sel prokariot dan eukariot untuk membuang sejumlah nukleotida yang disebabkan distorsi duble helik - Enzim glikosilase mengawali repair dengan mengenal adanya perubahan dan membuang basa dengan memisahkan ikatan glikosidik antara basa dan gula

-

Perubahan basa purin/pirimidin dibuang oleh endonuklease, dan celah diperbesar oleh fosfodiesterase, kemudian diisi dengan DNA polimerase. Strand ditutup /diletakan dengan DNA ligase (Kirkpatrick, 1997 dalam Yani, 2010).

Gambar 11. Mekanisme Base Excision Repair dan Nukleotida Excision Repair Sumber: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26879  -

Nukleotida Excision Repair

Mekanisme repair berupa pemotongan bagian strand DNA yang mengandung “bulky lesion” pada nukleotida atau pirimidin dimer.

-

Proses dimulai oleh enzim endonuklease, dengan membuat incisi pada backbone strand di 2 sisi lesi.

-

Oligonukleotida yang rusak ditahan dalam dupleks dengan ikatan hidrogen pada basa dari strand lainnya. Selama replikasi DNA dipisahkan oleh DNA helikase.

-

Setelah dipotong dan dibuang, maka celah diisi oleh DNA polimerase

-

Dan strand yang direpair diletakan dengan DNA ligase (Kirkpatrick, 1997 dalam Yani, 2010).

 -

Mismatch Repair

Pasangan basa mismatch menyebabkan distorsi dalam bentuk double heliks yang timbul karena adanya kesalahan replikasi. Pada E. coli basa mismatch direpair oleh enzim: 

Mut S : mengenali lesi dan mengawali penyusunan kompleks



repair



unmethylated

Mut L : memotong pada sekuen GATC pada rantai

Mut H : memindahkan bagian DNA yang mengandung GATC site / mismatch. Kemudian celah pada rantai tunggal diisi DNA polimerase III (Kirkpatrick, 1997 dalam Yani, 2001).

Gambar 12. Mekanisme Mismacth Repair. Sumber: https://www.google.co.id

3. Double-Strand Break Repair Beberapa kerusakan DNA, seperti yang disebabkan oleh radiasi pengion, yang mampu memecah kedua untai heliks ganda. Ketika itu terjadi, sel menggunakan salah satu dari dua mekanisme untuk memperbaiki ujung pecah: Ini hanya dapat membawa ujung kembali bersama-sama (suatu proses yang disebut nonhomolog akhir bergabung), atau dapat menggunakan mekanisme yang bergantung pada urutan nukleotida dari sepotong homolog DNA, seperti

kromatit atau kromosom homolog. Metode yang disebut homology directed recombination (Tamarin, 2017). Pada akhirnya nonhomolog bergabung, protein yang disebut Ku, heterodimer dari Ku70 dan Ku80, mengikat rusak ujung kromosom. Kemudian merekrut protein kinase (PKCS); interaksi mereka dan interaksi dengan protein lain distabilkan oleh protein perancah disebut XRCC4 (untuk X-ray lintas komplementasi kelompok 4). Kompleks mengarahkan pengutan dari ujung yang rusak oleh DNA ligase IV. Tidak ada informasi urutan tertentu digunakan, dan jika lebih dari dua ujung yang rusak hadir, lampiran yang tidak benar dapat berlangsung (misalnya, translokasi). Metode kedua homology directed recombination melibatkan kedua sepotong DNA homolog dengan bagian yang rusak (Tamarin, 2017).

Gambar 13. Mekanisme homology directed recombination dan nonhomology directed recombination. Sumber: https://www.google.co.id

4. Postreplicative Repair Selain menggunakan polymerase perbaikan, sel dapat menggunakan mekanisme perbaikan kedua untuk mereplikasi DNA yang rusak ketika polimerase meninggalkan celah. Garpu replikasi menciptakan dua kopel DNA. Dengan demikian, salinan rusak daerah dengan lesi ada pada duplex anak

lainnya. Sekelompok enzim, satu-spesifikasi dengan lokus recA memiliki kepentingan pusat, perbaikan kesenjangan. Sejak perbaikan berlangsung di celah yang dibuat oleh kegagalan replikasi DNA, proses ini disebut perbaikan postreplicative. The recA locus awalnya ditemukan dan dinamai dalam proses rekombinasi. Bahkan, perbaikan postreplicative kadang-kadang disebut perbaikan rekombinasi, dan banyak enzim dengan rekombinasi (Tamarin, 2017). 

Protein RecA Protein RecA memiliki dua sifat. Pertama, lapisan single-strand DNA menyebabkan single-strand DNA untuk menyerang double-strand DNA. Single-strand DNA mencoba untuk membentuk pasangan basa komplementer dengan untai antiparalel dari double-strand DNA, sementara menggusur untai lain dari mekanisme helix. RecA terus bergerak single-strand DNA sepanjang DNA untai ganda sampai daerah homologi ditemukan. Sifat kedua dari protein RecA adalah jika dirangsang oleh adanya single-strand DNA, hal itu menyebabkan penekanan autocatalysis lain, disebut Lexa, dan dengan demikian memulai beberapa urutan reaksi (Tamarin, 2017). Protein RecA bertanggung jawab untuk mengisi kesenjangan postreplicative di DNA baru direplikasi dengan untai dari rusak duplex anak. Proses Gap-mengisi kemudian menyelesaikan kedua untai. Garpu replikasi dengan celah di untai keturunan di wilayah dimer timin. Protein RecA bertanggung jawab untuk untai tunggal yang rusak menyerang aktivitas duplex anak .Endonuclease kemudian membebaskan double helix yang berisi dimer timin. DNA polimerase I dan ligase DNA kembali baik heliks anak untuk utuh. Timin dimer masih ada, tapi sekarang duplex utuh, dan siklus sel lain adalah tersedia untuk photoreactivation atau excision repair untuk menghapus dimer (Tamarin, 2017).

Gambar 14. Mekanisme The RecA Protein. Sumber: (Tamarin, 2017). 

SOS Response Perbaikan Postreplicative merupakan bagian dari reaksi sel disebut SOS response.Sel E. coli terkena jumlah yang berlebihan dari sinar UV, mutagen lainnya, atau agen yang merusak DNA (seperti alkilasi atau silang agen), atau ketika DNA replikasi dihambat, kesenjangan diciptakan di DNA. Keberadaan single-strand DNA ini, protein RecA berinteraksi dengan protein Lexa, produk dari gen Lexa. Protein Lexa biasanya merepresi sekitar delapan belas gen, termasuk dirinya sendiri. Gen lain yaitu recA...