Bab 12 Sintesis DNA

f 2 Sintesis D N A Garpu Sintesis DNA berlangsung melalui proses replikasi. Selama replikasi, masing- replikasi masing dari kedua untai DNA induk berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis se- buah untai yang bersifat komplementer. Dengan demikian, setiap molekul DNAUntai Untai Untai Untai yang dibentuk melalui proses replikasi mengandung satu untai induk yang utuhinduk baru baru induk dan satu untai yang baru disintesis (Gbr. 12.1). Pada eukariot, replikasi DNA terjadi selama fase S pada siklus sel. Kemudian sel membelah selama fase M. danGbr. 12.1. Heliks D N A yang sedang mengada- masing-masing sel anak menerima salinan DNA yang persis sama dengan yangkan replikasi. Untai induk terpisah di garpu dimiliki oleh sel induk.replikasi. Masing-masing untai induk ber-fungsi sebagai cetakan untuk sintesis untai Pada prokariot dan eukariot, tempat terjadinya replikasi pada setiap saat dise-baru. but garpu replikasi (replication fork). Seiring dengan berjalannya proses replikasi, kedua untai induk terpisah di depan garpu replikasi. Di belakang garpu, setiap un- tai DNA yang baru terbentuk membentuk pasangan basa dengan untai cetakan in- duk yang bersifat komplementer. Dengan demikian, garpu replikasi berbentuk huruf Y. Terdapat suatu kompleks protein yang berperan selama replikasi. Helikase dan topoisomerase membuka/menguraikan untai induk, dan protein pengikat untai- tunggal mencegah untai-untai tersebut menyatu kembali (reannealing). Enzim utama yang berperan dalam replikasi DNA adalah DNA polimerase yang menyalin untai cetakan induk dalam arah 3' ke 5', menghasilkan untai baru dalam arah 5' ke 3'. Deoksiribonukleosida trifosfat berfungsi sebagai prekursor. Satu untai DNA yang baru disintesis tumbuh secara kontinu (tiada hentinya), se- mentara untai lainnya disintesis secara diskontinu dalam segmen pendek yang dike- nal sebagai fragmen Okazaki. Fragmen-fragmen ini kemudian disatukan oleh DNA ligase. DNA polimerase tidak dapat memulai sintesis untai baru. Oleh karena itu, dibentuk suatu oligonukleotida pendek yang terdiri dari RNA dan berlaku sebagai primer. RNA ini kemudian dikeluarkan dan diganti oleh deoksiribonukleotida. Kesalahan yang terjadi selama replikasi dapat menimbulkan mutasi yang meru- sak. Namun, banyak dari kesalahan tersebut diperbaiki oleh enzim yang berikatan dengan kompleks pada garpu replikasi. Dengan demikian, angka kesalahan selama replikasi dijaga tetap sangat rendah. Kerusakan pada molekul DNA juga dapat menimbulkan mutasi. Mekanisme perbaikan akan memperbaiki DNA yang rusak, biasanya dengan mengeluarkan dan mengganti bagian yang rusak. Untai utuh yang tidak rusak berfungsi sebagai ce- takan untuk DNA polimerase yang terlibat dalam proses perbaikan. Walaupun sel memiliki mekanisme untuk memperbaiki kesalahan replikasi dan untuk memperbaiki kerusakan DNA, masih diharapkan terjadinya beberapa peru- bahan genetik. Perubahan tersebut menghasilkan protein baru atau variasi protein yang dapat meningkatkan angka ketahanan hidup spesies. Perubahan genetik diha- silkan oleh mutasi yang tidak diperbaiki, dan oleh suatu mekanisme yang dikenal sebagai rekombinasi di mana terjadi pertukaran bagian kromosom. Colin Tuma menyelesaikan pemberian 5-fluoroiirasil ( 5 - F U ) intravena yang pertama di nmiah sakit. Ia dapat mentoleransi terapi tersebut dengan hanya anoreksia ringan dan diare serta penurunan ringan hitung sel darah putih. Tigapuluh hari setelah pemberian terapi yang pertama selesai, gejala tersebut menghilang dan ia akan m u l a i mendapat kemoterapi kedua dengan 5-fluorourasil se- bagai penderita rawat-jalan.162

BAB 12 / SINTESIS DNA 1 6 3i?^—HJ^I I v y S h a r e r dapat m e n t o l e r a n s i t e r a p i a z i d o t i m i d i n ( A Z T ) d e n g a n c u k u pi L i - )] baik tetapi berkeringat m a l a m tetap ada. I apernah mendengar bahwa ddlJttttL d a n d d C s e d a n g d i g u n a k a n u n t u k m e n g o b a t i s i n d r o m i m u n o d e f i s i e n s i d i d a -pat ( A I D S ) dan meminta apakah ia dapat diterapi dengan obat tersebut.p^^NJIjl D i B e a t t y berespons terhadap terapi u n t u k ketoasidosis diabetes tetapi i aI M L * 11 k e m u d i a n m e n g a l a m i d e m a m r i n g a n , r a s a i n g i n b e r k e m i h , s e r i n g b e r k e m i h ,U H K dan rasa terbakar pada saat pembukaan muara saluran k e m i h (uretra) se-waktu berkemih (disuria). Urinalisis memperlihatkan sel darah putih dan basilnegatif-Gram dalam j u m l a h besar. Biakan urin memperlihatkan banyak koloniEscherichia coli, y a n g p e k a t e r h a d a p b e b e r a p a a n t i b i o t i k t e r m a s u k k u i n o l o n n o r -floksasin. W i l l i a m H a r t m a n mengunjungi dokter untuk pemeriksaan berkala setelah mengalami serangan jantung. Pada kunjungan ketiga, sewaktu memeriksa• paru T n . Hartman, dokter melihat sebuah nodul superfisial berwama hitam-kecoklatan berukuran 5 m m dengan tepi tidak beraturan (ireguler) pada kulit yangmenutupi bagian bahu kanan. I a dirujuk k e bagian bedah sebagai penderita rawat-jalan dan menjalani biopsi eksisi lebar. Pemeriksaan terhadap nodul memperlihatkankelainan histologikyang khas untuk melanoma maligna dengan ketebalan hanya 0,7m m dari permukaan kulit (StadiumI). Nick O T y n e adalah seorang pria berusia 62 tahim yang bekerja sebagai tu- kang listrik. Ia telah merokok dua bungkus sigaret sehari selama 40 tahun.• Baru-baru ini ia menyadari bahwa batuk kroniknya semakin memburuk.Dokter menyuruhnya menjalani pemeriksaan radiografi toraks yang memperlihatkansebuah nodul berukuran 2 c m di lobus atas paru kanan. Pemeriksaan sitologis terha-dap sputimi dengan teknik Papanicolaou memperlihatkan adanya sel yang konsistendengan adenokarsinoma paru yang berdiferensiasi baik.SINTESIS DNA PADA PROKARIOT JBanyak hal mendasar pada mekanisme replikasi D N A paling jelas apabila digambar-k a n o l e h p r o s e s y a n g t e r j a d i p a d a b a k t e r i E. coli, b a s i l y a n g h i d u p s e c a r a s i m b i o t i s d idalam k o l o n manusia. Organisme i n i telah diteliti secara mendalam dan berfungsi se-bagai model untuk proses yang lebih kompleks (dan karenanya lebih sulit dipahami)yang terjadi pada sel eukariotik.Replikasi Bersifat Dua ArahR e p l i k a s i D N A u n t a i - g a n d a s i r k u l a r p a d a k r o m o s o m E. coli d i m u l a i d e n g a n p e n g i k a t -a n p r o t e i n ( D n a A ) p a d a s a t u t i t i k a w a l , y a n g d i t a n d a i oriC ( G b r . 1 2 . 2 ) . D u a u n t a i i n -duk terpisah dalam regio ini, dan kedua untai disalin secara serempak. Sintesis dimu-lai di titik awal dan berlangsung pada dua garpu replikasiyang bergerak menjauhi titika w a l d a l a m d u a a r a h (hidirectional), ( k e k e d u a a r a h p a d a s a a t y a n g s a m a ) . R e p l i k a s iberakhir pada sisi lain dari kromosom di titik terminasi. Satu putaran sintesis, yangmelibatkan penggabimgan lebih dari 4 juta nukleotida pada masing-masing untaiD N A baru, diselesaikan dalam waktu sekitar 40 menit.Replikasi Bersifat Semikonservatif Gbr. 12.2. Replikasi dua arah pada kromosom sirkular. Replikasi dimulai di titik awal danMasing-masing kromosom anak memiliki satu imtai D N A induk dan satu untai kom- bergerak ke kedua arah dalam waktu bersa-plementer yang baru disintesis. Oleh karena itu, replikasi dikatakan sebagai semikon- maan.servatif, yaitu, imtai-imtai induk dipertahankan tetapi tidak lagi bersama-sama.Masing-masing imtai induk berpasangan dengan imtai yang baru disintesis (lihat Gbr.12.1 dan12.2).

1 64 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEINBasa yang DNA girase Pembukaan Untai Induk tidak ber- O (suatu topoisomerase) pasangan Pada replikasi diperlukan pemisahan untai-untai D N Ainduk mendahului garpu Basa r e p l i k a s i . H e l i k a s e m e m b u k a / m e n g u r a i k a n p i l i n a n (unwind) D N A i n d u k , d a n p r o t e i n berpasangan pengikat untai-tunggal mencegah untai-untai tersebut kembali bergabung dan me- lindungi untai-untai tersebut dari enzim yang memutuskan D N A untai-tunggal (Gbr. 12.3). Topoisomerase, enzim yang dapat memutuskan danmenyambung untai D N A , m e m b e b a s k a n supercoiling y a n g t e r b e n t u k a k i b a t p e n g u r a i a n p i l i n a n d u p l e k s i n d u k . Topoisomerase utama dalam sel bakteri adalah D N A girase. Protein pengikat untai-tunggal Kerja DNA PolimeraseGbr. 12.3. Protein yang terlibat dalam pengu- E n z i m y a n g m e n g k a t a l i s i s s i n t e s i s D N A d i k e n a l d e n g a n n a m a D N A p o l i m e r a s e . E.raian pilinan untai D N A induk di garpu co/z m e m i l i k i tiga D N A polimerase. P o lI , P o l I I , d a n P o l III. P o l I I I adalah e n z i mreplikasi pada prokariot. replikatif. Semua D N A polimerase yang telah diteliti menyalin untai cetakan D N A dalam arah 3'k e 5',menghasilkan untai baru dalam arah 5' k e 3' (Gbr. 12.4).Deoksiri- bonukleosida trifosfat berfungsi sebagai prekursor, molekul yang berfungsi sebagai substrat, untuk penambahan nukleotida k e rantai yang sedang tumbuh tersebut. Nukleotida yang baru masuk tersebut membentuk pasangan basa dengan nukleo- tida komplementer pada untai cetakan, membentuk ikatan ester dengan gugus 3'- hidroksil bebas diujung rantai yang sedang tumbuh, danpirofosfat dilepaskan. Pele- pasan pirofosfat dan pemutusan selanjutnya oleh pirofosfatase menghasilkan energi yang mendorong proses polimerisasi. D N A polimerase yang mengkatalisis sintesis untai baru selama replikasi memper- l i h a t k a n p r o s e s i v i t a s (processivity), y a i t u , e n z i m i n i t e t a p t e r i k a t k e u n t a i c e t a k a n i n - duk (bukan terlepas lalu menyatu kembali) sewaktu dilakukan penambahan nukleo- tida k erantai yang sedang tumbuh. Akibatnya, sintesis berlangsung jauh lebih cepat dibandingkan apabila enzim ini tidak memperlihatkan prosesivitas. I n f e k s i s a l u r a n k e m i h Di Beatty diobati dengan norfloksasin. CH2-CH3 COOH Fosfat Deoksiribosa ^ Pirofosfat O Gbr. 12.4. Kerja D N A polimerase. Deoksiribonukleosida trifosfat berfungsi sebagai prekursor (substrat) yang digunakan oleh D N A polimerase untuk memperpanjang rantai D N A . D N A po- Norfloksasin limerase menyalin untai cetakan D N A dengan arah 3' ke 5'. Untai baru tumbuh dengan arah 5' ke 3'.Norfloksasin adalah anggota famili kui-nolon yang mengalami fluorinasi. Golong-an obat ini menghambat D N A girase bak-teri, suatu enzim yang menguraikan pilin-an DNA mendahului garpu replikasi, se-hingga menghambat sintesis DNA. Karenatidak memiliki D N A girase, seleukariotik ti-dak dipengaruhi oleh kuinolon pada dosisyang lazim digunakan.

BAB 12 / SINTESIS DNA 165Eliminasi Kesalahan Pembentukan Pasangan Basa Colin Tuma d i o b a t i d e n g a n 5- fluorourasil (5-FU), suatu basaP a d a E. coli, e n z i m r e p l i k a t i f P o l I I I j u g a m e l a k u k a n f u n g s i m e n y u n t i n g a t a u pirimidin yang secara struktural\" m e n g o r e k s i c e t a k a n p e r c o b a a n \" (proofreading). E n z i m i n i m e m i l i k i a k t i v i t a s 3'-»5'- serupa dengan urasil dan timin. DNA me-eksonuklease selain aktivitas polimerase (Tabel 12.1). Apabila nukleotida di ujung merlukan basa timin untuk replikasi. Timinrantai yang sedang tumbuh membentuk pasangan basa yang salah dengan untai ce- dihasilkan dari reaksi yang dikatalisis olehtakan, Pol III mengeluarkan nukleotida ini sebelum melanjutkan pemanjangan rantai timidilat sintetase di mana deoksiuridinyang sedang tumbuh tersebut. Aktivitas pengkoreksian cetakan percobaan ini menge- monofosfat (dUMP) diubah menjadi deok-liminasi sebagian besar kesalahan pembentukan pasangan basa sewaktu kesalahan sitimidin monofosfat (dTMP). Di dalam tu-tersebut terjadi. Dalam produk D N A akhir, hanya sekitar satu pasangan basa dalam buh, 5-FU dapat diubah menjadisejuta yang tidak sepadan; angka kesalahan sekitar 10'^. Apabila aktivitas pengkorek- nukleotida F-dUMP. Apabila berikatansian cetakan percobaan inisecara eksperimental dikeluarkan dari enzim ini, angka ke- dengan kofaktor pada enzim, F-dUMPsalahan meningkat menjadi sekitar 10\"^ membentuk suatu kompleks yang mirip dengan kompleks stadium transisi (\"X\" Setelah replikasi, mekanisme perbaikan dapat mengganti basa yang tidak sepadan pada diagram di bawah). Kompleks yangyang lolos dari pengkoreksian cetakan percobaan tersebut. Kedua proses ini (pengko- mengandung F-dUMP menyebabkan inhi-reksian cetakan percobaan dan perbaikan pasangan yang tidak sepadan) menghasil- blsi reaksi yang dikatalisis oleh timidilatk a n angka kesalahan k e s e l u r u h a n sekitar 10\"^^, y a i t u k u r a n g dari satu pasangan basa sintetase. Akibatnya, tidak dihasilkan ti-yang tidak sepadan dalam 10 milyar. Oleh karena itu, tingkat kebenaran/kejituan midin trifosfat untuk sintesis DNA, dan ke-replikasi D N A sangatlah tinggi. cepatan proliferasi sel menurun.Fungsi P r i m e r RNA 5-FU ^ F-dUMP iKarena D N A polimerase tidak dapat memulai sintesis untai baru, diperlukan suatuprimer. Primer i n i a d a l a h o l i g o n u k l e o t i d a R N A . Primer d i s i n t e s i s d a l a m a r a h 5 ' k e 3 ' dUMP ->X- 1 ^ dTMP ->dTTP ->DNAoleh suatu R N A polimerase (primase) yang menyalin untai cetakan D N A . D N A po-limerase pada awalnya menambahkan sebuah deoksiribonukleotida ke gugus 3'-h i d r o k s i l p a d a primer l a l u m e l a n j u t k a n u n t u k m e n a m b a h k a n d e o k s i r i b o n u k l e o t i d a k eujung-3' untai yang sedang tumbuh.Sintesis DNA di Garpu ReplikasiKedua untai induk disalin pada waktu yang sama dalam arah garpu replikasi, suatu Ivy Sharer s e d a n g d i o b a t i d e -pengamatan yang sulit disesuaikan dengan aktivitas D N A polimerase yang diketahui, ngan A Z T (azidotimidin), jugayang dapat menghasilkan rantai hanya dalam arah 5' k e 3'. Karena kedua untai induk disebut zldovudin, suatu nukleo-berjalan dalam arah berlawanan relatif satu sama lain, sintesis seharusnya berlang- sida yang mengandung sebuah gugussung dalam arah 5' k e3' menuju garpu pada satu untai cetakan dan d a l a m arah 5'k e 3' azido pada karbon-3' ribosa.menjauhi garpu pada u n t a i cetakan y a n g satunya. o Okazaki memecahkan dilema ini dengan membuktikan bahwa sintesis pada satuu n t a i , y a n g d i s e b u t u n t a i p e n d a h u l u (leading strand), b e r l a n j u t d a l a m a r a h 5 ' k e 3 ' IIm e n u j u g a r p u . U n t a i y a n g l a i n , y a n g d i s e b u t lagging strand ( u n t a i y a n g t e r t i n g g a l ) ,disintesis secara diskontinu dalam fragmen pendek (Gbr. 12.5). Fragmen ini, diberi II Inama fragmen Okazaki, dibentuk dalam arah 5' k e 3' (menjauhi garpu), tetapi kemu-dian disatukan sehingga, secara keseluruhan, sintesis berlangsung menuju k e garpu HC. ^ C ^r e p l i k a s i . P a d a E. coli, f r a g m e n O k a z a k i m e m i l i k i p a n j a n g a n t a r a 1 . 0 0 0 s a m p a i 2 . 0 0 0nukleotida.Tabel 12.1. Fungsi DNA Polimerase Bakteri Aktivitas Eksonuklease*\" CfH 5 ' ke 3 ' d a n 3 ' ke 5 ' AlPolimerase Fungsi* :N3: HPol I 3 ' ke 5 ' M e n g i s i c e l a h s e t e l a h pengeluaran primer RHA 3'ke 5' Di dalam tubuh, A Z Tdapat mengalamiPol II Perbaikan DNA fosforilasi d a n ditambahkan ke ujung-3'Pol ill Pengeluaran p r i m e r R N A bersamaan dengan RNase H rantai D N A yang sedang tumbuh. Namun, Perbaikan DNA pemanjangan rantai lebih lanjut tidak da- Replikasi—sintesis DNA pat terjadi karena polimerisasi rantai DNA memerlukan gugus 3'-hidroksil.'Sintesis untai DNA baru selalu berlangsung dari 5' ke 3'.'Eksonuklease mengeluarkan nukleotida dari untai DNA dan bekerja pada ujung-5' (memutuskan dari 5' ke 3') atau pada ujung-3'(memutuskan dari 3' ke 5').

1 66 B A G I A N I I I / E K S P R E S I G E N D A N S I N T E S I S P R O T E I N5' 3' 5' 3' Fungsi DNA Ligase S' 3' Putaran perta- S e i r i n g d e n g a n b e r l a n g s u n g n y a p r o s e s r e p l i k a s i , primer R N A d i k e l u a r k a n d a n f r a g - ma sintesis (O) men Okazaki, mungkin akibat kerja gabungan dari D N A polimerase I (Pol I) danUntai yang RNase H (lihat Gbr. 12.5). Pol I mengisi celah-celah yang terjadi akibat pengeluarantertinggal Penguraian pilinan primer. K a r e n a D N A p o l i m e r a s e t i d a k d a p a t m e n y a t u k a n d u a r a n t a i p o l i n u k l e o t i d a untai induk dan putaran menjadi satu, diperlukan suatu enzim tambahan, yaitu D N A ligase, untuk melakukan Fragmen fungsi ini. Gugus 3'-hidroksil d iujung fragmen diligasi k e gugus fosfat di ujung 5' Okazaki kedua sintesis ( 0 ) fragmen berikutnya (Gbr. 12.6). 5' 3' SINTESIS DNA PADA EUKARIOT Untai Proses replikasi pada eukariot serupa dengan yang terjadi pada prokariot. Perbedaan pendahulu yang terdapat dalam proses ini terutama berkaitan dengan jimilah D N A yang jauh le- b i h b e s a r p a d a s e l e u k a r i o t i k ( l e b i h 1 . 0 0 0 k a l i d a r i p a d a j u m l a h d a l a m E. coli) d a n Pengeluaran hubungan D N A eukariotik dengan histon dalam nukleosom. Enzim dengan aktivitas primer RNA D N A polimerase, primase, ligase, helikase, dan topoisomerase semua terdapat pada eukariot, walaupun enzim-enzim tersebut dalam beberapa hal berbeda dengan yang ditemukan pada prokariot. Siklus Sel Eukariotik Pengisian celah oleh Siklus sel (daur hidup) pada sel eukariotik terdiri dari empat fase (Gbr. 12.7). Tiga DNA polimerase fase pertama merupakan interfase. Sel sebagian besar menghabiskan waktunya dalam ketiga fase tersebut, melakukan aktivitas metabolik normal. Fase keempat adalah m i - — I fragmen Okazaki tosis, proses pembelahan sel. Fase ini sangat singkat. oleh ligase F a s e p e r t a m a s i k l u s s e l , G i ( f a s e \" c e l a h \" (\"gap \") p e r t a m a ) , m e r u p a k a n f a s e y a n g2 rantai lamanya paling bervariasi. Pada akhir fase G i , sel mempersiapkan diri untuk mendu-polinukleotida plikasikan kromosomnya (misal, dengan membentuk prekursor nukleotida). Pada fase kedua atau S, D N A bereplikasi. Seiring dengan majunya garpu replikasi, nukleo- som terurai. D i sepanjang fase S, sintesis histon dan protein lain yang berkaitan de- ngan D N A sangat meningkat. Jumlah D N A dan histon melipat dua, dan kromosom mengalami duplikasi. Histon membentuk kompleks dengan D N A , dan nukleosom terbentuk dengan sangat cepat di belakang garpu replikasi yang bergerak maju. S e l a m a fase k e t i g a s i k l u s s e l , G2, (fase \" c e l a h \" C'gcq)\") k e d u a ) , sel b e r s i a p u n t u k m e m - b e l a h , m e n s i n t e s i s t u b u l i n u n t u k p e m b e n t u k a n m i k r o t u b u l u s a p a r a t u s g e l e n d o n g (spindle apparatus). A k h i m y a , t e r j a d i p e m b e l a h a n p a d a fase M a t a u fase m i t o s i s y a n g s i n g k a t . Setelah mitosis, sel dapat masuk kembah ke G i ,kembali mengulang fase-fase siklus sel dan membelah. Setelah mitosis, sel juga dapat keluar dari siklus, tidak pemah lagi membelah, atau sel masuk ke fase G i yang diperpanjang (kadang-kadang disebut Go), di mana sel ini mungkin menetap untuk jangka w a k t u lama. Dengan sinyal yang sesuai, sel dalam Go dapat dirangsang untuk masuk kembali k e dalam siklus dan membelah.Gbr^ 12.5. Sintesis D N A d i garpu r e p l i k a s i . Gugus 5'-fosfat t}ebas(Lihat Gbr. 12.6 untuk reaksi ligasi). Gugus 3'-OH bebas \ T Sel HeLa, yang berasal dari kar- sinoma serviks manusia, adalah S' •OH 0 - P - sel yang cepat membelah dandapat ditumbuhkan dalam labu biakan. yLama siklus sel HeLa adalah sekitar 2 0jam. Hanya satu jam yang digunakan un- Otuk mitosis. Sel di dalam tubuh yang lebih jarang DNA ligamembelah, misalnya sel hati, mungkinmenggunakan waktu beberapa hari, Ikatan fosfodiester Ominggu, atau bulan dalam interfase sebe-lum masuk ke fase mitosis yang singkat. -O Gbr. 12.6. Kerja D N A ligase. D u a rantai polinukleotida, satu dengan gugus 3'-OH bebas dan satu dengan gugus 5'-fosfat bebas, disatukan oleh D N A ligase, yang membentuk ikatan fosfodi- ester.

BAB 12 / SINTESIS DNA 167 Q 12.1: Walaupun Prometheus di- rantai ke sebuah batu sebagai hukuman karena mencuri api dari dewa-dewa, dan seekor burung bang- kai mematuk-matuk hatinya setiap hari, ia dapat bertahan hidup. Mengapa?G b r . 12.7. S i k l u s sel e u k a r i o t i k . Dalam tubuh manusia, banyak sel menjalani siklus berulang-Tabel 12.2. Fungsi DNA Polimerase Eukariotik Aktivitas Eksonuklease ulang, misal, folikel rambut, sel Tidak ada kulit, d a n kriptus duodenum. Sel lain, m i -|*ollmerase Fungsi' salnya prekursor sel darah merah, mem-a Replikasi (dengan p o l i m e r a s e S): s i n t e s i s D N A Tidak ada belah beberapa kali, lalu kehilangan inti Perbaikan DNA 3' ke 5 ' dan meninggalkan siklus sel untuk mem-P Perbaikan DNA 3' ke 5 ' bentuk sel darah merah matang. Sel iniy Replikasi dalam mitokondria 3' ke 5' melakukan transpor oksigen dan karbon5 Replikasi (dengan polimerase a): sintesis DNA dioksida antara paru dan jaringan lain se-e Perbaikan DNA lama sekitar 120hari, lalu mati. S e l lain (misal, hepatosit) secara normal berada dalam keadaan diam (dalam GJ. Namun, sel ini dapat dirangsang untuk membelah. Umumnya, yang menjadi perangsang ada- lah hormon atau faktor pertumbuhan. Pada kasus sel hati, rangsangan dicetus- kan oleh kematian sebagian dari sel hati.'Sintesis DNA (dalam replikasi dan perbaikan) selalu berlangsung dari 5' ke 3'.Titik Awal ReplikasiBerlainan dengan kromosom bakteri, kromosom eukariotik memiliki banyak titika w a l ipoint of origin) t e m p a t r e p l i k a s i d i m u l a i . D i t i t i k a w a l i n i p a d a k r o m o s o m m u n -cul \"gelembung,\" dan dari masing-masing titik berlangsung sintesis D N A dalam duaarah (Gbr. 12.8). Seiring dengan membesarnya gelembung, sintesis-sintesis tersebutbergabung, dan replikasi selesai. Karena kromosom eukariotikmemiliki banyak titikawal replikasi (sehingga memiliki banyak replikon—satuan replikasi),duplikasi kro-mosom yang paling besar pun dapat berlangsimg dalam waktu yang cukup singkat.Dalam tubuh, sel yang membelah menyelesaikan fase S siklus sel dalam periode 10-14 j a m ,DNA Polimerase EukariotikD a l a m sel e u k a r i o t i k terdapat p a l i n g sedikit l i m a D N A polimerase (a, P, y , 6 , d a n e) J ,L(Tabel 12.2). D N A polimerase a dan 5 adalah enzim primer yang berperan dalamreplikasi. Polimerase 5 menghasilkan imtai pendahulu yang kontinu, sementara a +m e n g h a s i l k a n u n t a i y a n g t e r t i n g g a l {lagging strand) d i s k o n t i n u ( G b r . 1 2 . 9 ) . P o l i m e -rase 6 memiliki helikase. Gbr. 12.8. R e p l i k a s i k r o m o s o m e u k a r i o t i k . S i n t e s i s b e r j a l a n d a l a m d u a dJdiii {bidirec- Polimerase 5 memiliki prosesivitas yang tinggi. D ipihak lain, polimerase a tional) d a r i m a s i n g - m a s i n g t i t i k a w a l (point ofmemiliki prosesivitas yang rendah. Polimerase ini dilepaskan dari D N A setelah pe- origin. O) d a n bersifat s e m i k o n s e r v a t i f ,n a m b a h a n h a n y a s e k i t a r 2 0 0 n u k l e o t i d a , y a i t u p a n j a n g fragmen O k a z a k i p a d a s e l masing-masing heliks D N A anak terdiri darieukariotik. Selain prosesivitas yang rendah, polimerase a memiliki aktivitas primase, satu untai induk utuh (garis tebal) dan satu un-y a n g d i p e r l u k a n u n t u k p e m b e n t u k a n primer R N A y a n g m e n c e t u s k a n s i n t e s i s frag- tai yang baru disintesis (garis terputus-putus).men Okazaki.

1 68 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN 5* 3' 5' « untai DNA bam Gbr. 12.9. Kompleks replikasi pada eukariot. Untai yang tertinggal diperlihatkan membentuk lengkungan di sekitar kompleks replikasi. Protein pengikat untai-tunggal (tidak diperlihatkan) terikat ke D N A yang belum berpasangan. Pada eukariot, fragmen Okazaki jauh lebih pendek daripada pada prokariot (seki- tar 200 nukleotida vs. 1.000 nukleotida). Karena ukuran fragmen Okazaki eukariotik sama dengan ukuran D N A yang dijumpai dalam nukleosom, mungkin satu nukleo- som pada satu saat melepaskan D N A n y a untuk replikasi. Pengkoreksian cetakan percobaan terjadi baik pada prokariot maupun eukariot. Polimerase 6, yang merupakan bagian dari kompleks replikasi, memiliki aktivitas 3'->5'-eksonuklease yang diperlukan untuk aktivitas ini. Juga terdapat enzim yang mengkatalisis perbaikan basa yang tidak sepadan. Akibatnya, replikasi eukariotik berlangsung dengan tingkat ketepatan yang tinggi; hanya sekitar satu kesalahan pem- bentukan pasangan yang terjadi u n t u k setiap 10^ sampai 10^^ nukleotida yang di- masukkan kedalam rantai D N A yang sedang tumbuh. D N A polimerase p dan 8 eukariotik, serta polimerase a , tampaknya berperan da- lam perbaikan D N A . Polimerase yterletak di dalam mitokondria sehingga fungsinya kemungkinan besar berkaitan dengan replikasi D N A mitokondria. IfPERBAIKAN DNA ;;^:;y-;, ; Kerja Mutagen 12.1: Sel hati berada dalam fase Walaupun terdapat mekanisme pengkoreksian cetakan percobaan dan perbaikan pem- Go- S a m p a i 9 0 % hati m a n u s i a bentukan pasangan basa yang tidak sepadan selama replikasi, sebagian basa yang ti- dapat dibuang. Sel hati sisanya dak sepadan tersebut tetap ada. Selain itu, D N A dapat mengalami kerusakan akibatdirangsang untuk kembali memasuki mutagen yang dihasilkan di dalam sel atau yang dihirup atau diserap dari lingkungan.siklus sel dan membelah, menghasilkan Mutagen adalah agen yang merusak D N A , menyebabkan mutasi yang dapat menim-massa yang sama dengan massa hatise- bulkan efek yang merusak sel. Mutagen yang menyebabkan selnormal menjadi selmula dalam beberapa minggu. kanker dikenal dengan nama karsinogen. Sayangnya, setiap hari terjadi kesalahan Mitos Prometheus menunjukkan bah- pembentukan pasangan basa dankerusakan D N A menghasilkan ribuan lesi berpo-wa kapasitas hati untuk melakukan rege- tensi mutagenik di dalam setiap sel. Tanpa mekanisme perbaikan, kita tidak dapat ber-nerasi telah diketahui bahkan sejak zaman tahan hidup dari berbagai serangan terhadap gen kita.purba. Kerusakan D N A dapat disebabkan oleh radiasi atau oleh zat kimia (Gbr. 12.10). Bahan-bahan inidapat secara langsung mempengaruhi D N A atau bekerja secara tidak langsung. Misalnya, sinar-X, suatu jenis radiasi pengion, bekerja secara tidak lang- sung dengan merangsang molekul di dalam sel yang berinteraksi dengan D N A , mengu- bah struktur basa atau memutuskan untai D N A .

BAB 12 / SINTESIS DNA 1 69 •o Nick O T y n e telah merokok se- jak 40 tahun yang lalu walaupun terdapat peringatan pada setiap bungkus sigaret bahwa kebiasan ini ber- bahaya dan bahkan dapat mematikan. Pembakaran tembakau, dan, sebetulnya, pembakaran setiap bahan organik, Guanin pada DNA menghasilkan bermacam-macam karsino- Pasangan basa G C gen, misalnya benzo[a]piren. Karsinogen pada DNA ini menyelimuti jalan napas dan paru.G b r . 12.10. O k s i d a s i b e n z o [ ( 3 ] p i r e n dan p e n g i k a t a n k o v a l e n d e n g a n D N A . B e n z o [ a ] p i r e n t i -dak bersifat karsinogenik sampai dioksidasi di dalam sel. Kemudian benzo[a]piren ini dapat Karsinogen dapat menembus membranberikatan secara kovalen dengan residu guanin pada D N A , mengganggu pengikatan hidrogenpada pasangan basa G-C dan menyebabkan distorsi (penyimpangan) heliks. sel dan berinteraksi dengan DNA, menye- babkan \"kerusakan\" basa yang meng- ganggu pembentukan pasangan basa normal. Apabila lesi DNA ini tidak dapat diperbaiki atau kurang cepat diperbaiki, dapat dibentuk mutasi permanen sewaktu sel membelah diri. Sebagian mutasi menyebabkan pertumbuhan sel yang ab- normal, dan timbullah kanker. Sementara pajanan k e sinar-X jarang terjadi, menghindari pajanan asap sigaretjauh lebih sulit, dansebenarnya hampir tidak mungkin kita dapat menghindari pa-janan sinar matahari. Asap sigaret mengandung karsinogen misalnya hidrokarbonpolisiklik aromatik benzo[a]piren (lihat Gbr. 12.10). Apabila senyawa ini dioksidasioleh enzim sel, yang secara normal berfungsi agar senyawa asing lebih larut air danmudah diekskresikan, senyawa ini menjadi mampu membentuk produk kimia tam-b a h a n (adduct) y a n g b e s a r s e k a l i d e n g a n r e s i d u g u a n i n p a d a D N A . S i n a r u l t r a v i o l e tdari matahari juga menimbulkan distorsi (penyimpangan) pada heliks D N A . Sinar ul-traviolet merangsang basa pirimidin yang berdekatan pada untai D N A , menyebabkanuntai tersebut membentuk dimer kovalen (Gbr. 12.11).Mekanisme PerbaikanMekanisme yang digunakan untuk memperbaiki D N A memiliki banyak kesamaan(Gbr. 12.12). Pertama, distorsi (penyimpangan) pada heliks D N A dikenali dan regioyang mengandung distorsi tersebut disingkirkan. Celah pada untai yang rusak digantiatau diisi oleh kerja D N A polimerase yang menggunakan untai utuh yang tidak rusaksebagai cetakan. Akhimya, ligase menutup \"torehan\" pada untai yang telah menjalaniperbaikan. ,PERBAIKAN EKSISI NUKLEOTIDA Melanoma timbul akibat pajanan kulit pada sinar ultraviolet mata-Endonuklease yang mengenali distorsi (penyimpangan) lokal pada heliks D N A , m i - hari. Radiasi ini menyebabkans a l n y a p a s a n g a n b a s a y a n g t i d a k s e p a d a n a t a u p r o d u k k i m i a t a m b a h a n (adduct) y a n g pembentukan dimer pirimidin pada DNA.besar sekali, memutuskan rantai yang abnormal dan mengeluarkan regio yang menga- Dapat timbul mutasi yang menimbulkanlami distorsi (lihat Gbr. 12.12 dan 12.13). Celah kemudian diisi oleh sebuah D N A po- melanoma. Melanoma tampak sebagailimerase yang menambahkan deoksiribonukleotida, satu setiap saat, ke ujung-3' D N A pertumbuhan atau tumor berwarna coklatyang putus, menggunakan untai D N A komplementer yang utuh sebagai cetakan. Seg- gelap pada kulit.men yang baru disintesis digabung ke ujung-5' pada sisa dari imtai D N A semula oleh Untungnya, melanoma William Hart-D N A ligase. man ditemukan pada stadium dini se- waktu pemeriksaan fisik setelah ia menga-PERBAIKAN EKSISI BASA lami serangan jantung. Tumor tersebut dieksisi secara bedah, dan kemungkinanD N A glikosilase mengenali distorsi (penyimpangan) kecil pada D N A ,yaitu lesi yang kekambuhan lesi ini sangat kecil.disebabkan oleh kerusakan pada satu basa. Glikosilase memutuskan ikatan A^-gliko-

1 70 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN• Dimer pirimidin, di mana yang tersering adalah dimer timin, da- pat diperbaiki oleh enzim foto-reaktif yang memutuskan ikatan antarabasa-basa dengan menggunakan energidari sinar tampak. Pada proses ini, nukleo-tida tidak dikeluarkan dari DNA yang ru-sak. Proses perbaikan ini digunakan olehbakteri dan dapat berfungsi sebagaimekanisme perbaikan yang paling ringanpada sel manusia. DcNcAcnoorcmoal Gbr. 12.11. S e b u a h d i m e r t i m i n pada u n t a i D N A . S i n a r u l t r a v i o l e t dapat m e n y e b a b k a n d u a ooccoo pirimidin yang berdekatan membentuk suatu dimer kovalen. DNA normal DNA rusak Endonuklease dan E eksonuklease k s ^ Celah I DNA dengan s bagian yang rusdk I iiiiimiiiiiiiiiii N disingkirkan u DNA polimerase melakukan perbaikanB DNA polimerase ka I Torehan Torehan e /s o-a t Qcx:xxx:;> d a DNA ligase DNA ligase QGCXXX:> DNA yang DNA yang telah diperbaiki (normal) telah diper- baiki (normal)Gbr. 12.13. J e n i s k e r u s a k a n d a n berbagaimekanisme perbaikan. Gbr. 12.12. L a n g k a h u m u m p a d a m e k a n i s m e p e r b a i k a n D N A .

BAB 12 / SINTESIS DNA 1 7 1sidat yang menghubungkan basa yang rusak tersebut k e deoksiribosa (lihat Gbr. Dimer pirimidin sering terbentuk12.13). Rangka gula-fosfat pada D N A sekarang tidak memiliki sebuah basa di tempat di kulit. Biasanya kerusakan iniini (dikenal sebagai tempat apurinat atau apirimidinat, atau tempat A P ) . Kemudian diperbaiki oleh.mekanisme per-A P endonuklease memutuskan untai gula-fosfatdi tempat ini.Selanjutnya, jenis en- baikan, dan jarang timbul kanker. Namun,zim yang sama yang berperan pada mekanisme perbaikan jenis lain memulihkan regio pada individu yang menderita xerodermaini k e normal. pigmentosum, sangat sering timbul kanker. Individu initerbukti mengalami ca-PERBAIKAN BASA YANG TIDAK SEPADAN cat pada sistem perbaikan D N A . Cacat pertama yang diketahui adalah defisiensiBasa yang tidak sepadan (basa yang tidak membentuk pasangan basa Watson-Crick endonuklease yang berperan pada penge-yang normal) dikenali oleh enzim pada sistem perbaikan basa yang tidak sepadan luaran dimer pirimidin dari D N A . Dengan{mismatch repair system). K a r e n a t i d a k a d a k e r u s a k a n b a s a y a n g t i d a k s e p a d a n , e n - menghindari sinar secara cermat, individuzim perbaikan ini harus m a m p u menentukan basa mana yang harus diperbaiki. ini dapat mengurangi jumlah kanker kulit yang timbul. Kesalahan yang terjadi selama replikasi diperbaiki oleh kompleks enzim perbaik-a n b a s a y a n g t i d a k s e p a d a n (mismatch repair enzyme) ( G b r . 1 2 . 1 4 ) . P a d a b a k t e r i , u n - Kanker kolorektum nonpoliposistai D N A induk mengandung gugus metil pada basa dalam urutan spesifik. Selama herediter (suatu kanker padareplikasi, untai yang baru disintesis tidak segera mengalami metilasi. Sebelum terjadi manusia yang tidak timbul darimetilasi, protein yang berperan pada perbaikan yang tidak sepadan dapat membeda- polip usus) disebabkan oleh mutasi padakan untai induk dari untai yang baru disintesis. Bagian pada untai baru yang belum gen untuk protein yang berperan dalammengalami metilasi, termasuk basa yang tidak sepadan, dikeluarkan dan diganti. perbaikan pembentukan pasangan basa yang tidak sepadan (hMSH1, hMSH2, Enzim manusia juga dapat membedakan untai induk dari untai yang baru disinte- hPMS1,atauhPMS2).sis dan m e m p e r b a i k i basa y a n g tidak sepadan. N a m u n , m e k a n i s m e i n i b e l u m diketa-hui sejelas mekanisme pada bakteri.PERBAIKAN TRANSKRIPSI-BERPASANGAN (TRANSCRIPTION-COUPLED REPAIR)Gen yang secara aktif ditranskripsikan untuk menghasilkan m R N A diperbaiki secaraistimewa. R N A polimerase yang sedang melakukan transkripsi suatu gen (lihat Bab13 m e n g e n a i penjelasan proses i n i ) a k a n berhenti apabila m e n e m u i daerah y a n g rusakpada cetakan D N A . Protein perbaikan eksisi mendekati tempat ini dan memperbaikidaerah yang rusak. Selanjutnya, R N A polimerase dapat melanjutkan proses trans-kripsi. PENYUSUNAN ULANG GENETIK CH3 Untai induk yang 3' mengalami metilasiPertukaran segmen antara molekul D N A cukup sering terjadi dan merupakan penye- 5'bab perubahan genetik yang m u n g k i n berakibat menguntungkan atau merugikan indi- CHovidu yang terkena dan, pada beberapa keadaan, keturunan mereka. Segmen D N A CH3yang dipertukarkan m u n g k i n bersifat homolog (yaitu, urutannya sangat mirip) atau intai yang baru disin-mungkin sama sekali tidak berkaitan. Ukuran fragmen dapat berkisar dari beberapa tesis dan tidaknukleotida sampai puluhan ribu d a ndapat mencakup banyak g e natau bagian g e nyang berlainan. B a n y a k dari e n z i m y a n g berperan d a l a m pertukaran i n i sama atau se- mengalami metilasirupa dengan enzim yang digunakan untuk replikasi dan perbaikan dan mencakup en-d o n u k l e a s e , e k s o n u k l e a s e , e n z i m p e m b u k a a n (unwinding), t o p o i s o m e r a s e , D N A CHopolimerase, dan ligase. Segmen DNA Salah satu jenis penyusunan ulang yang telah diamati selama beberapa tahun ada- digantil a h \" p i n d a h - s i l a n g \" (\"crossing-over\") a n t a r a k r o m o s o m h o m o l o g s e l a m a m e i o s i s .J e n i s l a i n t e r j a d i p a d a s e l a s a l (stem cell) s e w a k t u s e l i n i b e r d i f e r e n s i a s i m e n j a d i l i m - Gbr. 12.14. Perbaikan pembentukan pasanganfosit. Segmen gen pada sel asal mengalami penyusunan ulang sehingga sel matang b a s a y a n g t i d a k s e p a d a n (mismatch repair).hanya m a m p u menghasilkan satu jenis antibodi. Jenis pertukaran genetik yang lain Basa normal yang tidak rusak namun berpa-terdiri dari transposon, yaitu elemen yang dapat berpindah dari satu tempat pada ge- sangan dengan tidak sepadan mengikat proteinn o m ke tempat lain atau menghasilkan salinan yang dapat disisipkan ke dalam tempat dari sistem perbaikan pasangan basa yang tidakbaru. Terjadi translokasi sewaktu k r o m o s o m putus dan bagian k r o m o s o m secara acak sepadan yang menggantikan suatu segmenberikatan dengan k r o m o s o m lain, menghasilkan perubahan yang m e n y o l o k yang da- D N A (termasuk basa yang salah pasang terse-pat terlihat d i bawah mikroskop cahaya. Perubahan genetik bahkan dapat terjadi but). Enzim bakteri mengganti basa yang salahantara spesies, misalnya sewaktu D N A asing disisipkan ke dalam g e n o m manusia aki- pasang pada untai yang tidak termetilasi. Me-bat infeksi virus. kanisme untuk membedakan antara untai induk dan untai baru pada manusia masih belum di- ketahui dengan jelas.

1 7 2 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN Lengkung u Rekombinasi Umum atau Homolog12 3 4 Berbagai model, yang ditunjang oleh bukti eksperimental, telah diajukan untuk men- A jelaskan mekanisme rekombinasi antara urutan D N A homolog. Walaupun meka- nisme ini rumit, dari salah satu jenis rekombinasi dapat dibuat sebuah skema seder- Penorehan hana (Gbr. 12.15). dan invasi ^ Pada awalnya, dua kromosom homolog atau segmen D N A heliks-ganda (dupleks) untai yang memiliki urutan yang sangat mirip, tetapi tidak harus identik, berikatan (lihat Gbr. 12.15). Satu untai pada satu dupleks ditoreh oleh suatu enzim dan menyerbu du- v pleks D N A yang lain, membentuk pasangan basa dengan regio urutan komplementer. 2 molekul Kesepadanan antara urutan tidak harus sempurna, tetapi sejumlah basa harus berpa-DNA homolog sangan sehingga untai yang disingkirkan dari mitranya dapat membentuk lengkung p e m i n d a h a n ( D ) (Displacement). L e n g k u n g D i n i m e n g a l a m i t o r e h a n , d a n u n t a i y a n g dipindahkan sekarang membentuk pasangan basa dengan mitra semula pada untai yang menyerbu. Terjadi ligasi, dan terbentuk struktur HoUiday (lihat Gbr. 12.15).T i - tik percabangan struktur Holliday dapat bermigrasi d a n dapat bergerak sejauh be- berapa ribu nukleotida dari posisi awalnya. Struktur Holliday, yang diberi nama berdasarkan nama ilmuwan yang menemukannya, akhirnya diputuskan dandiligasi- ulang, membentuk d u a k r o m o s o m h o m o l o g yang telah mengalami pertukaran seg- men. Selain enzim yang serupa dengan enzim yang digunakan pada replikasi enzim, diperlukan enzim-enzim untuk invasi (menyerbu) untai, migrasi cabang, dan pemu- tusan struktur Holliday. Struktur Elemen yang Dapat Dipindahkan Holllday E l e m e n g e n e t i k y a n g d a p a t d i g e r a k k a n a t a u d i p i n d a h k a n , \" g e n t i t i k t o l a k \" (\"Jumping Terpotong Terpotong genes p e r t a m a k a l i d i a m a t i o l e h B a r b a r a M c C l i n t o k p a d a t a h u n 1 9 4 0 - a n . P e n e l i t i - di \"a\" di \"b\" dan disambung annya, yang semula disambut dengan skeptis, akhirnya diterima, dani a dianugerahi kembali^*^ Hadiah Nobel pada tahun 1983. dan disam-bung kembali 12^34 Transposon adalah segmen D N A yang terdapat pada semua organisme termasuk eukariot, yang dapat berpindah dari tempat asal pada genom k e lokasi baru (Gbr. ( ti 12.16). Transposon mengandung g e nuntuk enzim yang diberi nama transposase, yang berperan dalam pemutusan transposon dari genom danmemindahkannya dari 12 3 4 satu lokasi k elokasi lain.fl A Retroposon serupa dengan transposon tetapi melibatkan suatu zatantara R N A . Reverse transcriptase m e m b u a t s a l i n a n D N A u n t a i - t u n g g a l d a r i R N A . L a l u d i h a s i l - V kan D N A untai ganda yang disisipkan k edalam genom d ilokasi yang baru.Gbr. 12.15. Langkah kunci pada rekombinasi. Reverse Transcriptase Reverse transcriptase a d a l a h s u a t u e n z i m y a n g m e n g g u n a k a n c e t a k a n R N A u n t u k membuat salinan D N A (Gbr. 12.17). Cetakan R N A dapat ditranskripsi dari D N A oleh R N A polimerase atau diperoleh dari sumber lain, misalnya virus R N A . Salinan D N A d a r i R N A y a n g d i h a s i l k a n o l e h reverse transcriptase d i k e n a l s e b a g a i c D N A . R e t r o v i - r u s ( v i r u s R N A ) m e n g g u n a k a n reverse transcriptase. D i h a s i l k a n D N A u n t a i - g a n d a , yang dapat terintegrasi k edalam genom manusia. Setelah integrasi, g e nvirus mung- k i n m e n j a d i i n a k t i f , m e n a m b a h j u m l a h D N A \" s a m p a h \" (''junk'' D N A ) y a n g t e r t i m b u n dalam genom manusia, atau mengalami transkripsi, kadang-kadang menimbulkan penyakit misalnya A I D S dankanker (Lihat B a b 17). Translokasi Pemutusan pada kromosom, disebabkan oleh seperti sinar-X atau karsinogen kimia, dapat menimbulkan penyusunan ulang k r o m o s o m yang menyolok (Gbr. 12.18). Apa- bila ujung bebas D N A d ititik pemutusan kembali bersambungan dengan ujung bebas dari kromosom lain (yang juga putus), terjadilah translokasi. Pertukaran bagian- bagian besar k r o m o s o m ini dapat menimbulkan efek yang merusak dan sering d i - jumpai pada sel kanker.

BAB 12 / SINTESIS DNA 1 7 3 DNA-.-.- RNA 3s'; . ^ ^ ^ 5' resipien... 3 r Pengaturan giliran pembongkaran L.U RNA pada rangkaian sasaran DNA resipien H ' b n d ^ cDNA v ^ 3\" Transposon 5' 3' (elemen yang dapat mengubah urutan) menyisip Ribo- cDNA 5' ^ nukleotida ke dalam DNA resipien 3' DNAresipien Celah ditutup oleh DNA polimerase, menghasilkan pengulangan langsung sisi 5 ' dan 3 ' DNA—' jlllj cDNA 3' S'resipien DNA 3' untai -j DNA ganda L' 5' DNA G b r . 1 2 . 1 7 . K e r j a reverse transcriptase. E n -resipien. zim i n i mengkatalisis pembentukan salinan D N A dari sebuah cetakan R N A . R N A dari h i - pengulangan pengulangan brid D N A - R N A mengalami degradasi, danun- langsung sisi 5 ' langsung sisi 3 ' tai D N A tunggal digunakan sebagai cetakan untuk menghasilkan D N A untai-ganda. Gam- transposase bar diatas adalah penyederhanaan dari proses mengeluarkan yang jauh lebih rumit. transposon DNA — resipien Pengulangan langsung tetap sebagai \"sidik jari\"G b r . 1 2 . 1 6 . T r a n s p o s o n . D a r i W o l f e S L . Mol Cell Biol 1 9 9 3 : 7 6 4 . Kromosom Kromosom 8 normal 14 normal Translokasi- Gbr. 12.18. Translokasi. Sebagian dari lengan panjang k r o m o s o m 8 dipertukarkan dengan se- bagian dari lengan panjang kromosom 14. Translokasi kromosom ini dijumpai pada lim- foma Burkitt.

1 7 4 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN K O M E N T A R K L I N I S . Walaupun degenerasi maligna pada polip adeno- m a t o s a u s u s besar Colin Tuma s e b a g i a n , p a l i n g sedikit, d i t e n t u k a n secara wi^im g e n e t i s , p e n i n g k a t a n a s u p a n p r o t e i n h e w a n d a n l e m a k d a l a m m a k a n a n orang Barat juga meningkatkan risiko. Makanan i n im u n g k i n memudahkan tum- buhnya flora bakteri yang m a m p u meningkatkan perubahan sterol asam dan netral menjadi karsinogen (senyawa yang menyebabkan kanker). Feses (tinja) yang berasal dari diet tinggi daging sapi mengandung karsinogen misalnya nitrosamida. Ivy Sharer t e r j a n g k i t A I D S s e w a k t u i am e n g g u n a k a n j a r u m s u n t i k y a n g t e r c e m a r oleh H I V untuk menyuntikkan obat secara intravena. Penyalahguna obat intravena merupakan penyebab 1 5 % sampai 2 0 % kasus A I D S baru d iA m e r i k a Serikat. Penu- laran parenteral juga terjadi pada penderita hemofilia yang mendapat konsentrat fak- tor pembekuan. Tetapi dengan prosedur pemanasan terhadap konsentrat Faktor V I I I yang sekarang dilakukan, H I V dapat diinaktifkan, sehingga insiden A I D S pada penderita hemofilia seyogyanya turun secara tajam. Penggunaan Faktor V I I I yang di- hasilkan dari teknik D N A rekombinan mungkin akhirnya mengeliminasi risiko A I D S bagi kelompok penderita ini. D i a b e t e s m e l i t u s Di Beatty y a n g t i d a k t e r k o n t r o l m e n y e b a b k a n i a m u d a h t e r k e n a infeksi saluran k e m i h karena glukosa dalam urin (air kemih) berfungsi sebagai \"me- dium biakan\" bagi pertumbuhan bakteri. Unit glomerulotubulus ginjal mampu men- jaga glukosa agar tidak masuk k eurin sampai kadar glukosa serum melebihi 175-185 m g / d L (ambang tubulus untuk glukosa). Pada kasus D iBeatty, kadar glukosa darah sering melebihi ambang ini. Orang biasa rata-rata memiliki sekitar 2 0tahi lalat d i tubuhnya, n a m u n hanya 7 orang dari setiap 100.000 yang terkena m e l a n o m a maligna. N a m u n , insiden mela- n o m a maligna meningkat dengan cepat. Karena 3 5 - 4 0 % penderita melanoma maligna meninggal akibat kanker ini, keputusan dokter untuk melakukan biopsi pada tahi lalat berpigmen dengan batas ireguler dan warna bervariasi tersebut m u n g k i n menyelamat- kan n y a w a William Hartman. Kanker paru saat inimerupakan penyebab pada seperlima dari semua kanker pada pria dan sepersepuluh dari semua kanker pada wanita. A n g k a ketahanan hidup 5- tahun keseluruhan masih kurang dari 15%. U n t u k mereka yang merokok duaatau le- bih b u n g k u s sigaret p e rh a r i , seperti y a n g d i l a k u k a n o l e h Nick OTyne, a n g k a k e m a - tian adalah 265 per 100.000 populasi. Untungnya, m e r o k o k sigaret telah berkurang d i Amerika Serikat. Sementara 5 0 % pria dan 3 2 % wanita merokok pada tahun 1965, angka-angka ini sekarang telah turun masing-masing menjadi 2 6 % dan 24%. K O M E N T A R B I O K I M I A . Pertumbuhan selmanusia, yang melibatkan replikasi D N A dan pembelahan sel, diatur oleh zatseperti h o r m o n dan fak- • tor pertumbuhan. Zat-zat ini, y a n g dihasilkan oleh sekelompok tertentu sel, mendorong pertumbuhan pada populasi selsasaran melalui mekanisme yang belum sepenuhnya dipahami. Namun, telah jelas bahwa mekanisme inipenting untuk mema- hami pertumbuhan abnormal sel kanker. Faktor pertumbuhan adalah polipeptida yang tidak masuk k edalam sel tetapi beri- katan dengan reseptor d ipermukaan sel, mencetuskan proses d idalam selyang me- rangsang pertumbuhan danpembelahan. Apabila faktor pertumbuhan berikatan de- ngan r e s e p t o r , r e s e p t o r i t u s e n d i r i d a p a t b e r f u n g s i s e b a g a i p r o t e i n k i n a s e , m e m f o s f o - rilasikan residu tirosin pada protein intrasel. Reseptor lain mengaktifkan enzim d i m e m b r a n s e l y a n g m e n g h a s i l k a n \" p e r a n t a r a k e d u a \" C'second messenger \") . H o r m o n steroid d a ntiroid dapat juga berperan dalam pengaturan siklus sel. Zat- zat i n imenembus membran sel d a nberinteraksi dengan reseptor d i dalam sel. Akhirnya, kompleks hormon-reseptor berikatan dengan kromatin, mengaktifkan gen yang m e n g k o d e p r o t e i n y a n g b e r p e r a n d a l a m m e n g a t u r p e m b e l a h a n sel. Banyak l a n g k a h d a l a m m e k a n i s m e y a n g m e n i n g k a t k a n p e r t u m b u h a n i n i m u l a i d i j e l a s k a n , t e r u t a m a s e b a g a i hasil p e n e l i t i a n m e n g e n a i o n k o g e n . O n k o g e n a d a l a h

bentuk mutasi dari g e n sel normal yang mengatur pertumbuhan sel. Produk proteindari onkogen menyebabkan sel membelah tanpa kendali yang membatasi pertumbuh-an selnormal.Bacaan Anjuran ^Hanawalt P. Transcription-coupled repair and human disease. Science 1994;266:1957-1958.Kunkel T. DNA repiication fidelity. J Biol Chem 1992;267:18251-18254.Modrich P. Mismatch repair, genetic stability, and cancer. Science 1994;266:1959-1960.Sancar A. Mechanisms of DNA excision repair. Science 1994;266:1954-1956.SOALIvy Sharer bertanya kepada dokter apakah iadapat diterapi dengan ddl atau ddC. K e -dua obat ini adalah dideoksinukleosida. ^ Basa HH DideoksinukleosidaBagaimana kedua obat ini menghambat replikasi virus?JAWABANDideoksinukleosida tidak memiliki gugus hidroksil pada karbon-2' atau karbon-3'.Dideoksinukleosida dapat diubah menjadi nukleosida trisfosfat d i dalam sel, d a nseperti azidotimidin ( A Z T ) , dideoksinukleosida menghentikan pertumbuhan rantaiD N A . Sekarang dianjurkan bahwa penderita A I D S yang mendapat azidotimidindiubah k edideoksinukleosida seiring dengan perkembangan penyakit atau apabilapenderita menjadi intoleran terhadap azidotimidin.D i d e o k s i n u k l e o t i d a j u g a d i g u n a k a n s e b a g a i p e n g h e n t i r a n t a i {chain terminator) d a -lam metode Sanger untuk penentuan urutan D N A (lihat B a b 16).