Bab I

Latar Belakang

DNA sebagai materi genetik 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.

Pemeliharaan integritas informasi di dalam molekul DNA sangat penting bagi

kelangsungan hidup organisme serta kelangsungan hidup spesies. Jadi, dapat

disimpulkan bahwa spesies yang bertahan hidup berhasil mengembangkan mekanisme

untuk memperbaiki kerusakan DNA-nya yang terjadi akibat kesalahan replikasi atau

gangguan dari lingkungan.

Ketepatan suatu replikasi ditentukan oleh pembentukan pasangan spesifik

basa-basa nukleoitida. Pembentukan pasangan DNA yang benar memerlukan

tautomer yang sesuai untuk nukleotida purin dan pirimidin, tetapi kesetimbangan

dengan satu tautomer yang lebih stabil dibanding tautomer lainnya hanyalah sekitar

104 atau 105 lebih besar pada tautomer yang stabilitasnya lebih baik. Meskipun hal ini

kurang memadai untuk menjamin ketepatan yang diperlukan, memilih tautomer yang

disukai dan dengan demikian pembentukan pasangan basa yangn sesuai dapat

dipastikan dengan memantau pembentukan pasangan basa dua kali. Kesalahan

replikasi, bahkan dengan sistem perbaikan yang sangat efisien, menyebabkan

akumulasi mutasi.

Bab II

Isi

A. Definisi

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 kesalahan-kesalahan 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).

B. Komponen yang terlibat dalam proses DNA repair

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

Enzim/protein Repair

sistem

Enzim/protein

Base

excision

DNA glycosylase

mismatch

Dam metilase

AP Endonuklease MutS,MutL,MutH

DNA Polymerase I Exonuclease

DNA ligase DNA Helicase II

Nucleotid

exicion

UVrA,UVrB,UVrC SSB Protein

DNA polymerase IDNA plomerase

III

DNA Ligase DNA Ligase

C. Mekanisme DNA repair

Jenis kerusakan DNA

1. Perubahan satu basa

a) A.Depurinasi

b) B.Deaminasi sitosin menjadi urasil

c) C.Deaminasi adenin menjadi hipoxantin

d) D.Alkilasi basa

e) E.Insersi atau delesi nukleotida

f) F.Penyertaan analog basa

2. Perubahan dua basa

a) Dimer antartimin (pirimidin ) yang diinduksi oleh sinar UV

b) Ikatan silang agen pengalkil bifungsional

3. Pemutusan rantai

a) Radisai pengion

b) Disintegrasi elemen rangka ( tulang punggung) oleh radioaktivis

c) Pembentukan radikal bebas oksidatif

4. Ikatan silang

a) Antara basa di untai yang sama atau berlawanan

b) Antara DNA dan molekul protein (mis, histon).

Mekanisme perbaikan DNA

Mekanisme Masalah Solusi

Mismatch repair

( perbaikan

ketidakcocokan)

Kesalahpenyalinan

(lengkung tak

berpasangan dengan

dua sampai lima

basa atau satu basa)

Pemotongan untai yang

diarahkan oleh metil,

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 untai

ganda)

Radiasi pengion,

kemotrapi, radikal

bebas oksidatif

Sinapsis,penguraian,penyusunan

, dan ligasi.

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.

D. Tipe demage removal

Ada 3 tipe demage removal yaitu :

1. Mismatch repair memperbaiki kesalahan yang dibuat ketika DNA disalin.

Contohnya, C dapat terselip berhadapan dengan A, atau polimerase dapat

“tergelincir” atau “tersendat” dan menyisipkan dua sampai lima basa tambahan

yang tak-berpasangan. Protein-protein spesifik memindai DNA yang baru

dibentuk menggunakan metilasi adenin di dalam sekuens GATC sebagai titik

referensi. Untai cetakan mengalami metilasi, dan untai yang baru dibentuk tidak

demikian. Perbedaan ini memungkinkan enzim perbaikan mengidentifikasi untai

yang mengandung kesalahan nukleotida dan memerlukan penggantian.

Pada tahap ini yaitu memperbaiki kesalahan-kesalahan 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.

2. Perbaikan dengan Eksisi Basa

Depurinasi DNA, yang terjadi secara spontan karena labilitas termal ikatan

N-glikosida purin, terjadi dengan kecepatan 5.000-10.000/sel/hari pada suhu

37OC. Enzim- enzim spesifikmengenali bagian yang mengalami depurinasi dan

menggantikannya dengan purin yang sesuai secara langsung, tanpa interupsi pada

tulang-punggung fosfodiester.

Basa sitosin, adenin, dan guanin di DNA secara spontan membentuk ,

masing-masing, urasil, hipoxantin, atau 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 dan mengeluarkan sendiri basa dari DNA. Pengeluaran ini menandai letak

kecacatan dan memungkinkan endonuklease apurinik atau apirimidinik

memotong gula tanpa basa-basa ini. Basa yang sesuai kemudian dipasang oleh

DNA polimerase, dan ligase mengembalikan DNA ke keadaannya semula.

Rangkaian kejadian ini disebut base excision repair (perbaikan dengan memotong

basa). Dengan rangkaian langkah serupa yang mula-mula melibatkan pengenalan

defek, basa teralkilasi dan analog basa dapat dikeluarkan dari DNA dan DNA

dipulihkan ke bentuknya semula. Mekanisme ini cocok untuk megantikan basa

tunggal, tetapi tidak efektif untuk meganti regio DNA yang rusak.

3. Perbaikan dengan Eksisi Nukleotida

Mekanisme ini digunakan untuk megantikan suatu regio DNA dengan

panjang hingga 30 bp yang mengalami kerusakan. Penyebab umum kerusakan

DNA semacam ini adalah sinar ultraviolet (uv), yang memicu pembentukan

dimer antarpirimidin siklobutan, dan merokok, yang menyebabkan pembentukan

adduct (addition product) benzo[a] piren-guanin. Radiasi pengion, obat

kemoterapi kanker, dan berbagai bahan kimia yang terdapat di lingkungan dapat

menyebabkan modifikasi basa, putusnya untai, ikatan silang antara basa di untai

yang berhadapan atau antara DNA dan protein, dan berbagai defek lain. Cacat-

cacat ini diperbaiki oleh suatu proses yang disebut perbaikan dengan eksisi

nukleotida.

4. Perbaikan Kerusakan Untai – Ganda

Perbaikan kerusakan untai-ganda merupakan bagian dari proses fisiologis

tata-ulang gen imunoglobin. 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 cara merusak untai-ganda atau mencegah perbaikannya.

Mula-mula terdapat dua protein yang berperan dalam penyatuan-kembali

nonhomolog suatu kerusakan untaiganda. Ku, suatu heterodimer subunit 70 kDa

dan 86 kDa, berikatan dengan ujung-ujung bebas DNA dan memiliki aktivitas

helikase dependen-ATP laten. Heterodimer Ku yang berikatan dengan DNA

merekrut suatu protein kinase unik, protein kinase dependen-DNA (DNA-PK).

DNA-PK memiliki satu tempat ikatan bagi ujung-ujung bebas DNA dan satu

tempat ikatan untuk dsDNA tepat di bagian dalam ujung-ujung ini. Karena itu,

enzim ini memungkinkan aproksimasi kedua ujung yang terpisah. Ujung bebas

kompleks DNA-Ku-DNA-PK membangkitkan aktivitas kinase pada ujung-ujung

yang terpisah. DNA-PK secara timbal balik memfosforilasi Ku dan molekul

DNA-PK lain, di untai yang berlawanan, di trans. DNA-PK kemudian terlepas

dari DNA dan KU, menyebabkan aktivasi Ku helikase. Hal ini menyebabkan

penguraian kedua ujung DNA. DNA yang telah diurai dan sudah diaproksimasi

kemudian membentuk pasangan basa; kelebihan ekor nukleotida dibuang oleh

suatu eksonuklease; dan celah yang ada diisi dan ditutup oleh DNA ligase.