DNA PROKARIOTIK DAN EUKARIOTIK

Pada eukariota, DNA kebanyakan ditemukan dalam inti sel, tetapi beberapa pada mitokondria dan kloroplas sementara pada prokariota, ditemukan dalam sitoplasma. DNA biasanya terjadi dalam kromosom yang melingkar pada Prokariota sedangkan kromosom linear pada Eukariota.

Semua organisme diklasifikasikan sebagai prokariotik atau eukariotik. Organisme yang tidak memiliki nukleus atau membran pembatas organel disebut prokariota sementara eukariota memiliki inti ‘sejati’ yang berisi organel DNA dan terikat membran. Eukariota mungkin organisme uniseluler atau multiseluler. DNA (deoxyribonucleic acid) adalah asam nukleat yang berisi informasi genetik, yang digunakan dalam pengembangan dan fungsi dari semua organisme hidup (virus RNA adalah pengecualian). Dalam DNA, urutan membawa informasi genetik yang disebut gen, urutan lain untuk tujuan struktural atau untuk mengatur informasi genetik.

DNA prokariotik

Bakteri adalah contoh yang terkenal untuk prokariota. Meskipun, sebagian besar prokariota adalah uniseluler, beberapa memiliki tahap multiseluler dalam siklus hidup mereka. Umumnya, sitoplasma prokariot mengandung ribosom dan nulleoid dengan untai DNA tidak teratur. Hanya ada satu loop dari DNA pada nukleoid tersebut. Tidak memiliki protein histon dan terjadi sebagai kromosom melingkar.

DNA eukariotik

Semua hewan, tumbuhan, dan jamur adalah organisme eukariotik; selubung inti adalah karakter yang paling menentukan bagi semua organisme eukariotik. Pada eukariota, sebagian besar DNA disimpan di dalam inti sel, namun ada juga yang ditemukan dalam organel seperti kloroplas dan mitokondria. Protein histon dan DNA terorganisir yang dipadatkan dalam kromosom.

Dalam organisme hidup, DNA ada sebagai sepasang molekul yang dibuat erat bersama-sama dan membentuk struktur heliks ganda.

Perbedaan DNA prokariotik dan eukariotik

Secara struktural DNA terdiri dari dua polimer panjang yang terbuat dari unit berulang yang disebut nukleotida. Tulang punggung untai DNA dibuat oleh residu gula fosfat bolak-balik. Gula yaitu 2-deoksiribosa, yaitu gula lima -Karbon disebut sebagai pentosa. Setiap gula bergabung bersama oleh gugus fosfat yang membentuk ikatan fosfodiester antara atom karbon ketiga dan kelima cincin gula yang berdekatan.

Dalam struktur heliks ganda, arah nukleotida pada satu untai berlawanan dengan arah berdiri mereka yang lain (yaitu anti-paralel). Ujung asimetris dari untaian DNA terdiri 5 ‘(prime lima) dan 3’ (prime tiga) berakhir di mana ujung 5 ‘ memiliki gugus fosfat terminal, dan ujung 3’ memiliki gugus hidroksil terminal. DNA heliks ganda distabilkan oleh ikatan hidrogen antara nukleotida dan interaksi susun basa- antara nukleobasa. Ada empat basa yang ditemukan dalam DNA seperti adenin (A) sitosin (C), guanin (G), dan timin (T). A dan G disebut purin dan C dan T disebut pirimidin. Keempat basa mengikat gula atau fosfat dan membentuk nukleotida lengkap. Setiap nukleobasa pada satu untai berinteraksi dengan satu jenis nukleobasa dalam untai lainnya. Purin membentuk ikatan hidrogen untuk pirimidin. Di sini, A berikatan hanya untuk T oleh dua ikatan hidrogen, dan ikatan C hanya untuk G dengan tiga ikatan hidrogen.

Apa perbedaan antara DNA prokariotik dan DNA eukariotik ?

1.    Pada eukariota, DNA kebanyakan ditemukan dalam inti sel, tetapi beberapa pada mitokondria dan kloroplas sementara pada prokariota, ditemukan dalam sitoplasma.

2.    DNA biasanya terjadi dalam kromosom yang melingkar pada Prokariota sedangkan kromosom linear pada Eukariota.

3.    DNA eukariot memiliki protein histon, tapi prokariota tidak memiliki itu.

4.    Prokariota hanya berisi satu loop DNA kromosom, sedangkan DNA eukariot ditemukan pada kromosom terikat erat dan terorganisir.

5.    Dalam Prokariota, banyak gen penting yang disimpan dalam DNA satelit, yang disebut sebagai plasmid, tetapi hanya beberapa eukariota memiliki plasmid ini.

perbaikan DNA (DNA reparasi DNA)

            Kita tidak dapat menganggap bahwa ketepatan replikasi DNA hanya karena spesifisitas pemasangan basa semata. Meskipun kesalahan-kesalahan di dalam molekul DNA yang sudah sempurna hanya satu dalam 1 miliar nukleotida. Kesalahan pemasangan awal antara nulkelotida baru masuk dengan nukleotida yang sudah ada dalam untaian cetakkan 100.000 kali lebih umum terjadi.

Salah satu mekanisme perbaikan DNA yaitu Perbaikan salah pasang, memperbaiki kesalahan-kesalahan yang terjadi ketika DNA disalin. Selama replikasi DNA, DNA polimerase lah yang melakukan perbaikan salah-pasang. Polimerase ini mengoreksi setiap nukleotida terhadap cetakkan begitu nukleotida ditambahkan dalam untaian. Dalam mencari nukleotida yang pasangannya tidak benar . polimerase memindahkan nukleotida tersebut lalu menlanjutkan sintesis kembali.

Protein-protein lain selain DNA polimerase juga melakukan perbaikan salah pasang. Para peneliti mempertegas pentingnya protein-protein tersebut ketika mereka menemukan suatu cacat lahir herediter pada salah satu dari protein-protein ini terkait dengan salah satu bentuk dari kanker usus besar. Rupanya cacat ini mengakibatkan  kesalahan.

Selain perbaikan kesalahan  replikasi, pemeliharaaan informasi genetik yang di kode dalam DNA  juga menuntut perbaikan kerusakkan pada DNA yang ada. Perubahan atau mutasi biasanya dapat di perbiaki. Karena perbaikan kerusakan DNA  sangat penting agar organisme dapat bertahan hidup.

Setiap sel terus menerus memonitor dan memperbaiki

Salah satu fungsi –fungsi enzim perbaikan DNA dalam sel kulit kita adalah memperbaiki kerusakkan genetik yang disebabkan oleh sinar ultraviolet yang  berasal dari cahaya matahari. Sebagian besar proses perbaikan DNA melibatkan DNA polimerase tapi mereka tidak dapat memperbaiki kecacatan yang disebbakan oleh keterbatasan mereka sendiri.

Suatu DNA polimerase hanya dapat menambahkan nukleotida pada ujung-3’  dari suatu polinukletida yang sebelumnya sudah ada menciptakan masalah serius. Perangkat replikasi biasa sama sekali tidak memberi jalan untuk melengkapai ujung-ujung- 5’ pada untai DNA anak, akibatnya replikasi yang berulang menghasilkan DNA yang makin lama makin pendek. Jika  sel membelah ini berkali-kali, gen-gen yang penting mungkin saja bisa hilang.

Eksperimen alamiah memberikan dukungan terhadap model ‘pakai dan lepas’ terdapat suatu mekanisme di dalam sel yang berkaitan dengan kerusakkan, terutama kerusakkan DNA. Mekanisme perbaikan DNA ada beberapa macam tetapi sangat sedikit status defisiensi yang diketahui.

Gen perbaikan DNA tidak berkontribusi langsung terhadap pertumbuhan suatu proliferase sel. Gen itu bekerja secara tidak langsung mengoreksi kesalahan dalam DNA yang terjadi spontan selama pembelahan sel atau yang terjadi setelah terpajan zat kimia atau oradiasi mutagenik. Pasien yang terlahir dengan mutasi pada protein perbaiakn DNA yang diturunkan sangat berisiko yang menderita kanker (sindrom instabilitas genom). Disamping itu defek pada lintasan perbaikan DNA juga terdapat dalam kanker manusia yang sporadik. Gen perbaikan DNA tidak bersifat secara onkogenik secara langsung; tetapi kecacatan gen tersebut memungkinkan terjadinya mutasi  dalam gen lain selama pembelahan sel yang normal.

Defek dapat terjadi pada 3 tipe perbaikan sistem DNA :

1.      Perbaikan ketidak cocokkan

2.      Perbaiakn eksisis nukleotida

3.      Perbaikan rekombinasi

Sindrom kanker kolon nonpoliposis herediter.

Pasien sindrom ini terlahir dengan satu salinan yang cacat dari salah stau gen perbaikan DNA yang terlibat dalam mismatch repair.

BRCA-1 BRCA 2 terlibat dalam perbaikan keretakan DNA untai ganda lewat rekombinasi homolog.

Kesalahan dalam replikasi DNA.

1.            Mesin replikasi dapat melakukan kesalahan dengan melewatkan satu basa, menambahakn satu jenis basa atau lebih, atau mengganti dengan jenis basa yang salah.

2.            Perubahan dalam molekul DNA juga dapat terjadi aklibat pajanan agen fisik dan kimia yang berpontensi merusak sepeti sinar X atau karsinogen dalam lingkungan.

3.            Perubahan yang dihasilkan dalam rangkaian nukleotida disebut mutasi yang akan terus disalin dalam replikasi.

4.            Selanjutnya, DNA dapat mengakibatkan konsekuensi  yang membahayakan sel.

Perbaikan DNA adalah suatu proses yang konstan dan dapat meminimalkan perubahan aksidental. Berbagai jenis enzim perbaikan DNA secara terus menerus akan memindai molekul DNA dan mengeluarkan nukleotida yang rusak.

PERBAIKAN DNA

Kerja mutagen

Walaupun terdapat mekanisme pengoreksian cetakkan dan perbaikan pembentukan pasangan basa yang tidak sepadan selama repliaksi. Sebagain basa yang tidak sepadan itu tetap ada. Selain itu DNA dapat mengalami kerusakkan akibat mutagen yang dihasilkan di dalam sel atau yang dihirup dan diserap dari lingkungan. Mutagen adalah agen yang merusak DNA. Menyebabkan mutasi yang menimbulkan efek merusak sel. Mutagen yang akan menyebabkan sel normal menjadi sel kanker bernama karsinogen. Sayangnya, setiap hari terjadi kesalahan pembetukan pasangan basa dan kerusakkan DNA menghasilkan ribuan lesi yang berpotensi mutagenik di dalam setiap sel. Tanpa perbaikan kita tidak dapat hidup dari berbagai serangan terhadap gen kita.

Kerusakkan DNA dapat disebbakan oleh radiasi atau zat kimia. Bahan-bahan ini dapat secara langsung mempengaruhi DNA atau bekerja secara tidak langusung. Misalnya sinar-X, suatu jenis radiasi pengion, bekerja secara tidak langsung dengan merangsang molekul dalam sel  yang berinteraksi dengan DNA mengubah struktur basa atau memutuskan untai DNA.

Sementara pajanan ke sinar-X jarang terjadi, menghindari pajanan asap sigaret jauh lebih sulit, dan sebenarnya kita tidak mungkin dapat menghindari pajanan sinar matahari. Sinar ultraviolet dari matahari juga menimbulkan distorsi (penyimpangan pada heliks DNA). Sinar ultaviolet merangsang basa pirimidin yang berdekatan pada untai DNA, menyebabkan untai tersebut membentuk dimer kovalen.

Mekanisme perbaikan

Distorsi (penyimpangan) pada heliks DNA dikenali dan regio yang mengandung distorsi tersebut disingkirkan. Celah pada untai yang rusak diganti  atau diisi oleh kerja DNA polimerase. Yang menggunakan untai utuh yang tidak rusak sebagai cetakkan. Akhirnya ligase menutup “torehan” pada untai yang telah menajalani perbaikan

Perbaikan eksisi nukleotida

Endonuklease yang mengenali distorsi (penyimpangan) lokal pada heliks DNA, misalnya pasangan basa yang tidak sepadan atau produk kimia tambahan yang besar sekali, memutuskan rantai yang abnormal dan mengeluarkan regio yang mengalami distorsi (penyimpangan). Celah kemudian diisi oleh DNA polimerase yang menambahkan deosiribonukleotida, satu setiap saat, ke ujung-3’ DNA yang putus, menggunakan untai DNA komplementer yang utuh sebagai cetakkan, segmen yang baru disintesis digabung ke ujung-5’ pada sisi dari untai DNA semula oleh DNA ligase.

Perbaikan eksisi basa

DNA glikosilase mengenali distorsi (penyimpangan) kecil pada DNA, yaitu lesi yang disebabkan pada satu basa,  glikosilase memutuskan ikatan N-glikosidat yang menghubungkan basa tersebut ke deoksiribosa. Rangka gula-fosfat pada DNA sekarang tidak memiliki sebuah basa ditempat ini. Kemudian AP endoklunease memutuskan untai gula-fosfat di tempat ini. , selanjutnya jenis enzim yang sama yang berperan pada mekanisme perbaikan jenis lain memulihkan regio ini ke normal.

Perbaikan  basa yang tidak spadan

Basa yang tidak sepadan (basa yang tidak membentuk pasangan basa waston-crick yang normal) dikenali oleh enzim pada sistem perbaikan basa yang tidak sepadan (mismatch repair system). Pada bakteri, untai DNa induk mengandunng gugus metil pada basa

Dalam urutan spesifik. Selama replikasi, untai yang baru disintesis tidak mengalami metilasi. Sebelum terjadi metilasi, protein yang berperan pada perbaikan yang tidak sepadan dapat membedakan untai induk dari untai yang baru disintesis . bagian pada untai baru yang belum mengalami metilasi , termasuk basa yang tidak spadan, dikeluarkan dan diganti.

Enzim manusia juga dapat membedakan untai induk dari untai yang baru disinteis dan memperbaiki basa yang tidak spadan.

Perbaikan trankripsi-berpasangan

Gen yang secara aktif ditranskipsi untuk mengahasilkan mRNA diperbaiki secara istimewa. RNA polimerase yang sedang melakukan trnskripsi suatu gen  akan berhenti apabila menemui daerah yang rusak pada cetakkan DNA. Protein perbaikan eksisi mendekati tempat ini dan memperbaiki daerah yang rusak. Selanjutnya, RNA polimerase dapat melanjutkan proses transkripsi.

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.

disarikan dari 

Judul buku : Campbell

Penulis :  Reece – mitchell edisi kelima jilid 1

Jakarta  2002 EGC