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 EksternalDNA
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
Yogyakarta Time