BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Thomas Carell dan Eva Bürckstümmer di Ludwig Maximillan University of Munich, Jerman, telah membuat rantai-rantai DNA pendek yang mengandung lesi (cacat/luka). Carell menjelaskan bahwa ini adalah kunci untuk memahami reparasi DNA. Lesi-lesi yang terdapat pada DNA ini analog dengan lesi yang timbul apabila sinar UV mengenai DNA yang tersimpan dalam spora seperti spora bakteri Bacillus. Di alam, spora-spora ini bisa menjadi tidak aktif (dorman) selama bertahun-tahun, dengan menyimpan DNA, tetapi kemudian hidup kembali. Carell dan Bürckstümmer membuat rantai-rantai DNA mereka dengan mensintesis
dua
isomer
dari
sebuah
analog
lesi
dinukleotida
dan
memasukkannya ke dalam DNA. Mereka menemukan bahwa salah satu DNA lebih stabil dibanding yang lainnya, sehingga menandakan bahwa lesi alami bisa memiliki struktur yang mirip dengan analognya dalam DNA yang lebih stabil. Carell menyebutkan bahwa analog-analog lesi yang serupa adalah substrat untuk enzim reparasi DNA spora sehingga rantai-rantai DNA yang baru bisa membantu dalam meneliti lebih lanjut tentang mekanisme enzim ini. Glen Burley, seorang ahli di bidang nanoteknologi DNA di Universitas Leicester, Inggris, mengatakan bahwa penelitian ini menarik karena menemukan sebuah metode untuk meneliti bagaimana spora bakteri mereparasi DNA yang rusak. "Mekanisme yang terlibat perlu segera diketahui karena proses kerusakan DNA pada spora berbeda dengan yang terjadi pada mamalia," kata dia. "Metode-metode ini kemungkinan akan membuka pemahaman yang lebih besar tentang bagaimana spora bisa bertahan hidup selama periode waktu yang lama dan pada kondisi-kondisi yang tidak cocok – misalnya pada sumber mata air panas atau dibawah keterpaparan sinar UV." Carell menjelaskan bahwa walaupun proses reparasi pada spora berbeda, tetapi fenomena pengenalan lesi oleh enzim bersifat umum. Enzim-enzim
seperti ini juga bekerja dalam sel-sel kita, sehingga pemahaman yang lebih mendalam tentang kelompok enzim yang membingungkan ini diperlukan. Kegagalan-kegagalan reparasi DNA ini bertanggungjawab untuk terjadinya mutasi yang selanjutnya mengarah pada situasi seluler berbahaya yang bisa menghasilkan kanker. 1.2 Rumusan Masalah
1. Apa yang pengertian Mutasi, jenis-jenis dan contoh mutasi DNA? 2. Mengapa perbaikan DNA sangat penting? 3. Bagaimana mekanisme perbaikan DNA? 1.3 Tujuan Penulisan 1. Untuk mengetahui pengertian, jenis-jenis dan contoh mutasi DNA 2. Untuk mengetahui alasan perbaikan DNA sangat penting 3. Untuk mengetahui mekanisme perbaikan DNA 1.4 Manfaat Penulisan
A. Teoritis Untuk menambah ilmu dan wawasan mengenai Mutasi dan Perbaikan DNA B. Praktis Menambah rasa ingin tahu mahasiswa mengenai Mutasi dan Perbaikan DNA
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Mutasi
1. Pengertian Mutasi Mutasi adalah perubahan yang terjadi pada bahan genetik (DNA maupun RNA), baik pada taraf urutan gen maupun pada taraf kromosom. Mutasi pada tingkat kromosom disebut aberasi. Mutasi pada gen dapat mengarah pada munculnya alel baru dan menjadi dasar bagi kalangan pendukung evolusi mengenai munculnya variasi-variasi baru pada spesies. Perubahan pada sekuens basa DNA akan menyebabkan perubahan pada protein yang dikode oleh gen. Contohnya, bila gen yang mengkode suatu enzim mengalami mutasi, maka enzim yang dikode oleh gen mutan tersebut akan menjadi inaktif atau berkurang keaktifannya akibat perubahan sekuens asam amino. Namun mutasi dapat pula menjadi menguntungkan bila enzim yang berubah oleh gen mutan tersebut justru meningkat aktivitasnya dan menguntungkan bagi sel. 2. Jenis-jenis Mutasi a. Menurut Kejadiannya
Spontan (spontaneous mutation)
Mutasi spontan adalah mutasi (perubahan materi genetik) yang terjadi akibat adanya sesuatu pengaruh yang tidak jelas, baik dari lingkungan luar maupun dari internal organisme itu sendiri. Mutasi ini terjadi di alam secara alami (spontan), dan secara kebetulan.
Induksi (induced mutation)
Mutasi terinduksi adalah mutasi yang terjadi akibat paparan dari sesuatu yang jelas, misalnya paparan sinar UV. Secara
mendasar tidak terdapat perbedaan antara mutasi yang terjadi secara alami dan mutasi hasil induksi.
b. Berdasarkan jenis sel yang bermutasi
Mutasi somatik adalah mutasi yang terjadi pada sel-sel somatik. Mutasi somatik dapat diturunkan dan dapat pula tidak diturunkan. Mutasi somatik dapat dialami oleh embrio/janis maupun orang dewasa. Mutasi somatik pada embrio/janin menyebabkan cacat bawaan. Mutasi somatik pada orang dewasa cenderung menyebabkan kanker.
Mutasi gametik germinal adalah mutasi yang terjadi pada sel gamet. Karena terrjadinya di sel gamet, maka akan diwariskan oleh keturunannya. Mutasi gametik disebut mutasi germinal. Bila mutasi tersebut menghasilkan sifat dominan, akan terekspresi pada keturunannya. Bila resesif maka ekspresinya akan tersembunyi.
c. Berdasarkan jenis kromosom yang mengalami mutasi pada sel gamet
Mutasi autosomal Mutasi sel kelamin yang terjadi pada kromosom autosom. Mutasi jenis ini menghasilkan mutasi yang dominan dan mutasi yang resesif.
Mutasi tertaut kelamin Mutasi sel kelamin yang terjadi pada kromosom seks (kromosom kelamin), berupa tertautnya beberapa gen dalam kromosom kelamin.
d. Berdasarkan Bagian yang Bermutasi
Mutasi Gen
Mutasi gen pada dasarnya merupakan mutasi titik. Mutasi titik (point mutation) merupakan perubahan kimiawi pada satu atau beberapa pasangan basa dalam satu gen tunggal. Peristiwa yang terjadi pada mutasi gen adalah perubahan urutan-urutan DNA. Berikut adalah tipe-tipe dari mutasi gen : 1. Mutasi salah arti (missense mutation), yaitu perubahan suatu kode genetik (umumnya pada posisi 1 dan 2 pada kodon) sehingga menyebabkan asam amino yang terkait pada rantai 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. Contoh missense mutation : TACAACGTCACCATT Untai sense mRNA AUGUUGCAGUGGUAA Metionin-fenilalanin-glisin-triptofan TACAACtTCACCATT AUGUUGaAGUGGUAA Metionin-fenilalanin-lisin- triptofan
2. Mutasi diam (silent mutation), yaitu 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. Contoh Silent mutation : TACAACGTCACCATT Untai sense mRNA
AUGUUGCAGUGGUAA Metionin-fenilalanin-glisin-triptofan TACAAgGTCACCATT Untai sense mRNA AUGUUcCAGUGGUAA Metionin-fenilalanin-glisin-triptofan
3. Mutasi tanpa arti (nonsense mutation), yaitu perubahan kodon asam amino tertentu menjadi kodon stop, yang mengakhiri
rantai,
mengakibatkan
berakhirnya
pembentukan protein sebelum waktunya selama translasi. Hasilnya adalah suatu polipoptida tak lengkap yang tidak berfungsi 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. 4. Mutasi Pergeseran Kerangka/perubahan rangka baca ( frameshift mutation). Mutasi ini merupakan akibat penambahan atau kehilangan satu atau lebih nukleotida di dalam suatu gen. Hal ini mengakibatkan bergesernya kerangka pembacaan. Selama berlangsungnya sintesis protein, pembacaan sandi genetis dimulai dari satu ujung acuan protein yaitu mRNA, dan dibaca sebagai satuan tiga basa secara berurutan. Karena itu mutasi pergeseran kerangka pada umumnya menyebabkan terbentuknya protein yang tidak berfungsi sebagai akibat disintesisnya rangkaian asam amino yang sama sekali baru dari pembacaan rangkaian nukleotida mRNA
yang
telah
bergeser
kerangkanya
(yang
ditranskripsikan dari mutasi pada DNA sel). Tipe mutasi ini digambarkan pada gambar di bawah ini.
Mutasi kromosom
Mutasi kromosom yaitu mutasi yang disebabkan karena perubahan struktur
kromosom
atau
perubahan
jumlah
kromosom. Istilah mutasi pada umumnya digunakan untuk perubahan gen, sedangkan perubahan kromosom yang dapat diamati dikenal sebagai variasi kromosom atau mutasi besar/ gross mutation atau aberasi. Mutasi kromosom sering terjadi karena kesalahan pada meiosis maupun pada mitosis. Pada prinsipnya, mutasi kromosom digolongkan rnenjadi dua, yaitu sebagai berikut. 1. Mutasi Komosom Akibat Perubahan Jumlah Kromosom Mutasi kromosom yang terjadi karena perubahan jumlah kromosom (ploid) melibatkan kehilangan atau penambahan perangkat kromosom (genom) disebut euploid, sedang yang hanva terjadi pada salah satu kromosom dari genorn disebut aneuploid. 2. Mutasi
Kromosom
Akibat
Perubahan
Struktur
Kromosom Mutasi karena perubahan struktur kromosom atau kerusakan bentuk kromosom disebut juga dengan istilah aberasi. Macam-macam aberasi dapat dijelaskan sebagai berikut. a.
Delesi atau defisiensi
Delesi adalah mutasi karena kekurangan segmen kromosom. Defisiensi
dapat
menyebabkan
kematian,
separuh
kematian,
atau
menurunkan viabilitas b.
Duplikasi
Mutasi karena kelebihan segmen kromosom. Mutasi ini terjadi pada waktu meiosis, sehingga memungkinkan adanya kromosom lain (homolognya)
yang
tetap
normal.
Duplikasi
peningkatan jumlah gen pada kondisi diploid.
menampilkan
cara
c.
Translokasi.
Translokasi ialah mutasi yang mengalami pertukaran segmen kromosom ke kromosom non homolog d.
Inversi
Inversi ialah mutasi yang mengalami perubahan letak gen-gen, karena selama meiosis kromosom terpilin. Inversi terjadi karena kromosom patah dua kali secara simultan setelah terkena energi radiasi dan segmen yang patah tersebut berotasi 180 o dan menyatu kembali e.
Isokromosom
lsokromosom ialah mutasi kromosom yang terjadi pada waktu menduplikasikan diri, pembelahan sentromernya mengalami perubahan arah pembelahan sehingga terbentuklah dua kromosom yang masing masing berlengan identik (sama). f.
Katenasi
Katenasi ialah mutasi kromosom yang terjadi pada dua kromosom non homolog yang pada waktu membelah menjadi empat kromosom, saling bertemu ujung-ujungnya sehingga membentuk lingkaran. 2.2 Perbaikan DNA
DNA
bukanlah substansi
yang
lemah,
telah
dilengkapi
dengan
mekanisme tertentu yang mampu menetralisasi “gangguan-gangguan” yang terjadi sehingga tidak membawa efek negatif. Mekanisme yang dimiliki DNA tersebut adalah mekanisme DNA repair (perbaikan DNA) yang terjadi pada fase tertentu dalam siklus sel. Pada fase G1 (Gap 1) terdapat check point yaitu suatu tempat dimana susunan DNA akan dikoreksi dengan seteliti-telitinya. Apabila ada kesalahan, sel mempunyai dua pilihan : Pertama, kesalahan tersebut diperbaiki dengan cara mengaktifkan DNA repair. Namun, apabila kesalahan yang ada sudah tidak mampu lagi ditanggulangi, sel memutuskan untuk mengambil pilihan kedua yaitu “dimatikan” daripada hidup membawa pengaruh buruk bagi lingkungan sekelilingnya. Saat itulah keputusan untuk berapoptosis diambil.
Sel dengan DNA normal akan meneruskan perjalanan untuk melengkapi siklus yang tersisa yaitu S (Sintesis), G2 (Gap 2) dan M (Mitosis). Untuk menanggulangi 'erosi timedependent dari genom'. Yang sedikit lebih panjang jawabannya adalah bahwa ribuan m asalah dengan DNA muncul setiap hari di setiap sel tubuh, yang masing-masing harus berhasil terdeteksi dan,
jika
perlu,
diubah.
Sistem
perbaikan
DNA
mendeteksi
dan
mengkoordinasikan respon terhadap serangan tersebut, mempengaruhi langkah-langkah untuk mencegah kematian sel atau menghapus sel-sel kanker dari sistem tubuh. Dilakukan oleh serangkaian protein sel inti, untuk mempertahankan integritas DNA, melindungi kita dari kanker, penuaan, dan berbagai macam terkait penyakit, menjaga sistem kekebalan tubuh dan lebih penting melestarikan gen kita untuk anak-anak kita.
2.3 Mekanisme Perbaikan DNA
Region abnormal DNA, baik karena kesalahan penyalinan atau kerusakan DNA, diganti melalui empat mekanisme, yaitu: 1. Mismatch repair (Perbaikan yang tidak berpasangan/ketidakcocokan)
Mismatch repair memperbaiki kesalahan yang dibuat ketika DNA disalin. Contohnya, C dapat terselip berhadapan dengan A, atau polymerase dapat “tergelincir” atau “tersendat” dan menyisipkan dua sampai lima basa tambahan yang tidak berpasangan. Protein-protein yang spesifik memindai DNA yang baru dibentuk menggunakan metilasi adenine di dalam sekuens GATC sebagai titik referensi. Untai cetakan mengalami metilasi, dan untai yang baru dibentuk tidak demikian. Perbedaan ini tidak memungkinkan enzim perbaikan mengidentifikasi untai yang mengandung kesalahan nukleotida dan memerlukan pergantian. Mekanisme ini memperbaiki kesalahan pembentukan satu pasangan basa (mis. C dengan A, bukannya T dengan A) atau sepotong pendek DNA yang tidak berpasangan. Bagian yang cacat dikenali oleh suatu endonuklease yang melakukan pemotongan untai-tunggal di sekuens GATC termetilasi. Untai DNA dikeluarkan melalui mutasi, diganti, lalu disambung kembali
2. Base excision repair (Perbaikan dengan memotong Basa) Depurinasi DNA, yang terjadi secara spontan karena labilitas termal ikatan N-gglikosida purin, terjadi dengan kecepatan 5.00010.000/sel/hari pada suhu 37 0 C. enzim-enzim spesifik mengenali bagian yang mengalami depurinasi dan menggantikannya dengan purin yang secara langsung, tanpa interupsi pada tulang punggung phospodiester. Basa sitosin, adenine, dan guanine di DNA secara spontan membentuk, masing-masing, urasil, hipoxantin, 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 yang mengeluarkan sendiri basa dari DNA 3. Nucleotide excision repair (perbaikan dengan memotong nukleotida) Mekanisme ini digunakan untuk menggantikan suatu regio DNA dengan panjang30 bp yang mengalami kerusakan. Penyebab umum kerusakan DNA semacam ini adalah sinar ultraviolet (UV), yang memicu pembentukan dimmer antarpirimidin siklobutan, dan merokok, yang menyebabkan pembentukan adduct (addition product) benzo [a]pirenguanin. Radiasi pengion, obat kemoterapi kanker, dan berbagai bahan kimia yang terdapat dilingkungan yang dan dapat menyebabkan modifikasi basa, putusnya untai, ikatan silang antara basa di untai yang berhadapan atau DNA dan protein, dan berbagai defek lain. Cacat-cacat ini diperbaiki oleh suatu proses yang disebut perbaikan yang disebut eksisi nukleotida 4. Double strand break repair (perbaikan kerusakan untai ganda) Perbaikan kerusakan untai ganda merupakan bagian dari proses fisiologis tata ulang gen imunoglobulin. 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 merusak untai ganda atau perbaikannya.
Tabel. Mekanisme perbaikan DNA Mekanisme
Masalah
Mismatch repair
Solusi
Kesalahan
penyalinan Pemotongan
untai
(perbaikan
(lengkung
tak
yang diarahkan oleh
ketidakcocokan)
berpasangan dengan dua
metal, pencernaan oleh
sampai lima basa atau eksonuklease,
dan
satu basa)
penggantian
Base excision repair
Kerusakan satu basa yang
Pengeluaran basa oleh
(perbaikan
timbul
dengan
spontan
akibat N-glikosilase,
bahan kimia atau radiasi
memotong basa)
pengeluaran gula tanpa basa, penggantian
Nucleotide
excision Kerusakan suatu segmen Pengeluaran oligomer
repair (perbaikan
DNA dengan
secara
spontan
akibat bahan kimia atau
sekitar 30 nukleotida dan penggantian
radiasi
memotong nukleotida)
Double strand break Radiasi
pengionan,
Sinapsis,
penguraian,
repair
kemoterapi, radikal bebas penyusunan,
(perbaikan
oksidatif
kerusakan ganda)
untai
ligasi.
dan
