PERBEDAAN ANTARA SEL EUKARIOTIK DAN SEL PROKARIOTIK

Replikasi pada Sel Eukariotik

Replikasi sangat berhubungan dengan pembelahan sel pada semua organisme  termasuk pada sel prokariotik dan sel eukariotik. Pembelahan sel pada eukariotik terjadi melalui siklus sel. Tidak seperti sel prokariotik dimana sel tersebut dua kali lebih cepat dibawah batas optimal sekurang-kurangnya sama dengan 20 menit sedangkan pada siklus sel eukariotik membutuhkan beberapa waktu selama 18 sampai 24 jam untuk menyelesaikannya.

life cycle of cell

Siklus sel terdiri dari beberapa fase yakni G1, S, G2 dan M.

  • G1 : pertumbuhan dan persiapan dari kromosom duntuk proses replikasi
  • S    : Sintesis DNA (dan sentrosom)
  • G2 : Persiapan untuk M
  • M : Mitosis

G1, S dan G2 bekerja bersama – sama dalam interfase. Apabila sel-sel tidak membelah lagi, itu berarti diferensiasi sel telah berakhir, mereka dianggap telah menjadi G0. karena sel harus melewati setiap fase dari siklus sel tentunya harus dilakukan dengan benar. Bagian – bagian yang rentan/sensitif pada tingkat protein sitoplasma khusus yang dikenal sebagai cyclins rise kemudian menghasilkan satu sel yang telah melewati seluruh fase. Terdapat juga beberapa sekumpulan enzim – enzim yang diketahui sebagai cyclin dependent kinases (cdks) dimana. sasaran protein foforilat melibatkan pengendalian siklus sel. Kemudian menangkapnya, walaupun cyclin dependent kinases memberikan sedikit kestabilan konsentrasi dalam sel. Fase dari siklus sel menunjukkan bahwa mereka hanya bisa aktif ketika sel – sel tersebut mengikat cyclin yang cocok.S

Indikator kunci yang pasti yang digunakan pada setiap tempat pemeriksaan. Pemeriksaan untuk menyelesaikan pada fase S (replikasi) yaitu dengan memberikan fragment okazaki. Ketika replikasi diselesaikan tanpa adanya fragmen Okazaki. Kerusakan DNA akan di periksa pada G1 sebelum masuk ke tahap S (replikasi). Benang – benang spindel akan diperiksa sebelum sel yang sebenarnya memisahkan diri (fase mitosis).

Persamaan antara pembelahan prokariotik dan eukariotik

  • Keduanya merupakan proses 2 arah
  • DNA polymerase bekerja dari ujung 5’ ke 3’
  • Mengantar dan meninggalkan untaian
  • Memerlukan primer

Satu masalah yang ditemukan pada sel eukariotik tidak ditemukan pada sel prokariotik

  • Linear dengan ujung kromosom
  • Materi genetic lebih banyak ; sel hewan memiliki DNA 50 kali lebih banyak dari pada bakteri ( E. coli memiliki 4,6 juta pasang basa, manusia mempunyai 3000 juta pasang basa atau 650 kali lipat.)
  • Lebih banyak pembungkus; inti sel (DNA  yang mengelilingi histon). Dan semua penggantung dan pembungkus yang lebih tinggi.

Ditambah dengan factor-faktor polymerase DNA yang ditemukan pada sel eukariotik yang  bekerja jauh lebih lambat, tidak cepat!! Mereka bekerja membutuhkan waktu 30 hari untuk menggandakan genom manusia jika hal itu dilepaskan pada 2 cabang replikasi !.  Rata-rata cabang replikasi pada E. coli bekerja antara 105 basa permenit. Beberapa sel eukariotik hanya bias mengelola antara 500 dan 5000 basa per menit.

Satu-satunya jalan untuk menghindari seperti kebiasaan bekerja lambat dengan menggunakan lebih banyak enzim.! Ada banyak bagian tempat beberapa initasi tersebar dari 30 sampai 300 kilobasa. Drosophila, atau lalat buah memiliki 5000 sedangkan mamalia memiliki 20.000. Peristiwa initiasi ini menjadi terkoordinasi secara cepat dan begitu banyak tempat logistic terpisah yang tampaknya besar. Ini telah diatur dan kami tidak tahu bagaimana!!  Sebagian besar dari apa yang kami ketahui tentang replikasi sel eukariotik telah diperoleh dari mempelajari jamur dan replikasi DNA SV-40. Drosopila dan kodok juga dipelajari sebagai kultur sel manusia.

Seperti halnya dengan sel prokariotik setiap asal replikasi dimulai dengan pengikatan protein kompleks. Dalam kasus sel eukariotik  itu merupakan imajinatif dinamakan The Origin Recognition Complex (ORC). Kompleks  ini akan tetap pada DNA  selama replikasi. Factor lain yaitu bergabungnya  protein dengan ORC ( seluruh pristiwa sebenarnya) dan protein yang yang mengambil lapisan/kulit  DNA. kompleks berikutnya untuk menghubungkan yaitu kompleks MCM. Kompleks ini berisi helikase antara enzim lainnya. Ini akan dibutuhkan untuk menguraikan  DNA. Untuk memfasilitasi pengikatan kompleks MCM, pemuat helikase juga harus terikat. Anda dapat melihat proses ini semakin rumit dan sangat cepat. Mari kita menyederhanakan proses dengan memahami bahwa bebrapa complex protein mengikat secara terkoordinasi dan kini kami telah berhasil memiliki kompleks pra-replikasi. Protein aksesori atau factor lisensi terakumulasi selama G1 dari siklus sel. kompleks intiasi sekarang digambarkan sebagai lisensi untuk memulai replikasi. Factor-faktor lisensi juga mencegah initiasi kembali.

Anda tidak bisa berharap protein mencoba  untuk kembali memulai replikasi selama satu putaran replikasi. Hal yang terpenting adalah bahwa hanya satu salinan DNA  yang dibuat pada saat replikasi.

Seluruh genom tidak direplikasi secara bersamaan. Tampak bahwa 20 sampai 80 tempat memulai replikasi. Potongan menghubungkan kedua sisi dari setiap tempat inisiasi dan bergerak kearah yang berlawanan sampai mereka menyatu dengan potongan yang mendekat dari tempat yang berdekatan. Kelompok baru di aktifkan tanpa melalui fase S dari siklus sel dan membutuhkan beberapa jam untuk menyalin seluruh genom.

Enzim yang digunakan oleh sel eukariotik itu berbeda

Terdapat banyak nama permisalan, seperti pol α, pol ϒ, pol δ, dan pol ε ( apa yang akan kita lakukan tanpa huruf  Yunani).  DNA pol δ ikut serta dalam penggandaan kromosom. DNA ini hanya ditemukan di dalam nukleus, yang memperpanjang DNA ke arah 5’ sampai 3’; rangkaian diatur oleh untaian cetakan tunggal DNA. Enzim ini, tidak sama dengan yang dimiliki oleh sel prokariotik, ia tidak mempunyai aktifitas eksonuklease. Ia selalu berhubungan dengan primase.

DNA pol δ juga merupakan enzim nuklear dengan aktivitas polymerase 5’ sampai 3’, dan 3’ berfungsi sebagai eksonuklease. Tidak hanya itu, namun, memiliki pasangan primase. DNA pol δ memiliki proses yang lebih besar (kemampuan untuk melekat pada cetakan DNA dan memelihara salinan) dibandingkan dengan DNA pol α. DNA pol α memiliki kemampuan kerja dari ~100 nukleotida sedangkan pol δ tua yang bagus akan mereplikasi semua cetakan yang disediakan yang berhubungan dengan protein PCNA (antigen sel yang berkembang biak). Kompleks terbentuk  dari DNA pol δ dan PCNA penting dimana keduanya mengantar dan meninggalkan untaian sintesis. Tampaknya  pol α/ primase mensitesis RNA dari 7-10 nt kemudian memperpanjang 15 nt lainya dengan DNA sebelum menggantinya menjadi PCNA dan pol δ untuk mengakhiri tugas.

Kemudian sel eukariotik memiliki pol ε. Enzim pol ε ini bisa mempolimerase DNA dan terlibat dalam tugas dengan sangat baik tetapi mungkin memiliki peran cukup dari pada katalis berat. DNA pol α membatasi mitokondria dan memperhatikan tanggung jawab terhadap replikasi genomnya. Kloroplas juga memilki DNA ϒ. Diatas pol α, δ dan ε sel eukariotik terdapat banyak enzim perbaikan : pol β, ŋ, ι, κ dan Ḉ.

Tidak hanya karena mempunyai enzim yang berbeda tetapi sel eukariotik memiliki lebih banyak salinan enzim dari pada sel prokariotik. Sel hewan memiliki 20.000-60.000 molekul α dibandngkan dengan bakteri pada umumnya, E.Colli memiliki 10-20 molekul DNA pol III.

Suatu waktu ketika DNA mengalami replikasi ia harus dibungkus. Ini terjadi secara cepat. Setelah replikasi sel harus mensintesis histon yang diperlukan sebagaai hasil replikasi (tidak memiliki perbekalan histon yang cukup untuk melakukan pembungkusan).

Ringkasan hubungan protein dengan replikasi DNA pada kedua sel prokariotik dan sel eukariotik.

Protein Prokariotik/eukariotik Kegiatan/ peran
DNA Polimerase I Prokariotik 5’ke 3′ polymerase, 3¢ke 5’exonuklease, 5’ke 3’exonuclease
DNA Polimerase III Prokariotik 5’ke 3′ polymerase, 3’ke 5’exonuclease
DNA Polimerase a Eukariotik 5’ke 3′ polymerase, kompleks dengan primase kemudian  mulai sintesis DNA dari RNA primer, pengolahannya rendah( sekitar 100 nt ) ada aktivitas exonuklease.
DNA Polimerase  d Eukariotik 5’ke 3′ polymerase, 3’ke 5’exonuclease( proof reading ),pengolahannya tinggi ketika dikomplekskan dengan PCNA.
DNA Polimerasee Eukariotik 5’ke 3′ polymerase, pengolahannya tinggi, kemungkinan karena pengaturan peran.
DNA Polimeraseg Eukariotik DNA Mitokondria polymerase (5’ke 3′)
Primase Keduanya Polymerase RNA (5’ke 3′)membuat primer.
DNA helicase Keduanya DNA untwists
Single stranded Binding

Protein (SSBP)KeduanyaMelapisi DNA untuk mencegah helai reannealingTopoisomerases (type I and

II)KeduanyaMeredakan tekanan supercoiling ( tipe I ), memperkenalkan supercoiling negative ( tipe II )DNA giraseProkariotikTipe topoisomerase IIDNA ligaseKeduanyaSegel  DNA terputus
antara 3’OH dan 5 ‘PO4 yang membutuhkan sumber energiprotein InisiatorKeduanyaBind pada asal replikasiTelomeraseEukariotikMembalikkan aktivitas transkripsi (5 ‘ke 3 “)
menggunakan template RNA endogen

 

     Apa yang Terjadi di Ujung?

Ujung-ujung DNA di sebut  telomer. setiap kromosom yang  satu akan terus bertambah  panjang  dan menjadi DNA  ganda yang memiliki 2 telomer (bukan ilmu roket). Replikasi  berakhir dan masalahnya apa yang akan terjadi di  ujung-ujungnya. Ada masalah tertentu dengan  untai yang tertinggal . 3 ‘ke 5′ untai induk di ganti   sebagai leading untai tanpa ada kesulitan. Untai yang tertinggal itu (induk 5 ‘ke 3′) memiliki primer kecil yang membuatnya  sering terisi. Disini tidak ada template di  akhir untuk mengikat sehingga ketika primer dihapus akan ada serambi.Hal ini tidak dapat diisi oleh untai yang tertinggal dengan mekanisme yang normal karena 3′ Oh diperlukan dan tidak ada di akhir.  Hal ini tidak baik, itu menunjukkan  DNA untuk pencernaan yang akhirnya akan di makan menjadi gen (erosi gen). Masalah lainnya adalah bahwa setiap siklus pembelahan sel DNA akan menjadi lebih pendek. Hal ini dikenal sebagai masalah”ujung-replikasi”.

Masalah ini telah diselesaikan dengan penemuan transkip lawan yang dikenal dengan telomerase ( penemuan ditemukan oleh ilmuan Australian yang bernama Elizabeth Blackborn). Ujung DNA, telomer, memiliki sebuah urutan yang tidak biasa. Beberapa ribu salinan dari pengulangan tandem merupakan jenis yang khusus, tetapi banyak terjadi proses pertumbuhan. Pada tipe vertebrata susunannya yaitu TTAGGG. Pengulangan urutan ini dimasukkan pada ujung 3’ oleh telomerase bahkan kadang-kadang terselip ke ujung yang membentuk penutup. Protein penutup berasosiasi untuk mencegah erosi nukleus pada akhir proses.

Telomerase terdiri dari komponen RNA integral yang memiliki urutan untuk melengkapi urutan pengulangan dan ia bertindak sebagai tempat untukr reaksi transkripsi sementara kemudian telomerase bergerak ke ujung 3’ yang baru sekali lagi dan mengulangi hal itu lagi. Komponen protein telomerase merupakan tipe transkripsi sementara. Untaian yang lain kemudian menyalin mekanisme untaian normal yang tertinggal. Ujung 3’ dari  telomerase  memiliki sebuah serambi dan mekanisme untuk ini.

            Telomerase dan penuaan, kanker dan keabadian

Hal yang paling menarik tentang telomerase adalah keberadaan mereka yang tidak terlalu banyak seperti aktivitas mereka, sel somatic persisnya. Sedangkan, basil yakni sel garis dan beberapa sel batang perkembangbiakan yang tinggi mempunyai aktivitas telomerase dan zigot itu akan memiliki telomerase panjang yang penuh, telomerase dari sel somatic memendek dengan setiap pembelahan sel mitosis. Akhirnya mereka menjadi pendek dan sel berhenti pembelah. Fenomena ini menjelaskan observasi dimana sel normal di dalam kultur hanya bertahan 30 pembelahan sel sebelum mereka mati

Secara jelas, baris sel abadi yang diperoleh dari kanker dapat dikultur secara terus menerus. Baris sel ini yang paling terkenal adalah sel HeLa. Sel ini didapat dari Henrietta Lacks yang meninggal pada tahun 1951 karena kanker serviks.

“pada tahun 1951, dokter mengambil sel dari serviks Henrietta Lacks, wanita hitam tua yang berusia 31 tahun yang berasal dari Baltimore, kemudian selnya dikirim ke laboratorium untuk menentukan apakah selnya termasuk ganas. Ternyata selnya tergolong ganas dan Henrietta meninggal 8 bulan kemudian. Dokternya memberikan sampel dari sel kanker serviks ini kepada Universitas George and Margaret Gey of Johns Hopkins. SAmpel dari sel Henrietta Lacks diberi nama HeLa, yaitu 2 huruf awal dari nama depan dan belakangnya. Sel HeLa ini dapat bertahan dan bertambah dengan sangat baik saat dikultur sehingga akhirnya dikirim ke laboratorium penelitian di seluruh dunia untuk diteliti

Selama 45 tahun terakhir, penelitian tentang sel HeLa telah memberikan para ilmuwan sejumlah pengetahuan dasar tentang fisiologi dan genetika sel. Meskipun sel-sel HeLa  tersebut juga bertanggung jawab telah menghasilkan banyak data ilmiah yang palsu. Ternyata sel HeLa tumbuh sangat agresif pada kultur dan dengan mudah dapat menyerang kultur sel lainnya selama proses transfer laboratorium secara rutin, ketika tindakan pencegahan yang tepat tidak diambil. Akibatnya, banyak dokumen penelitian telah dipublikasikan pada biologi dari berbagai/variasi tipe/jenis kultur sel yang kemudian salah satu satunya telah terbukti menjadi sel HeLa.

“sel abadi yaitu sel-sel kanker, yang memiliki telomerases aktif (90%) atau strategi bermutasi  yang lainnya untuk menjaga panjang telomeres (10% lainnya). Ini bukanlah alasan sel tersebut menjadi sel-sel ganas, tapi sel kanker dengan telomerase-telomerase aktif dipilih sebagai yang terganas dalam dirinya sendiri . Jika mereka tidak ganas, maka mereka akan segera mati sebagai sel yang membelah dengan cepat sehingga mereka akan dengan cepat mencapai titik kontrol kerusakan dan sel-sel tersebut akan mati.

Kurangnya aktivitas telomerase pada kebanyakan sel somatik, khususnya dapat  menyembuhkan sel yang terdiferensiasi, yang berarti sel-sel tersebut akan menua dan mati. Hal ini pada akhirnya menyebabkan penuaan. Tetapi sebelum kita menuju hal-hal yang negatif tentang telomerases atau kurangnya telomerase, ingatlah bahwa sel tersebut mungkin dapat memberikan perlindungan terhadap serangan kanker. Melakukan program pembelahan sel sebelum terjadi penuaan adalah strategi yang baik untuk melawan proliferasi yang tidak terkendali. Jadi mungkin ketika kita menjadi tua, kita harus ingat proses ini melindungi kita dari kanker.

Bukti lain yang mendukung peran telomeres dalam penuaan

Progeria

Progeria adalah penyakit penuaan dini yang sebenarnya memiliki dua bentuk: sindrom Werners, adalah bentuk serangan dewasa dengan rentang hidup rata-rata 47 tahun dan Hutchinson-Gilford progeria, adalah bentuk serangan muda dengan rentang hidup rata-rata 13 tahun. Progeria Hutchinson-Gilford merupakan topik khusus pada telomere. Hanya beberapa sel yang menua, khususnya sel-sel tulang, kulit dan sistem kardiovaskular. Sel-sel ini menunjukkan bahwa telomere jauh lebih pendek daripada sisa dari sel pada saat lahir. kulit  dari penderita progeria Fibroblast  saat lahir memiliki telomere dengan panjang 85 tahun. Website di bawah ini sangat menarik untuk ditindaklanjuti.

“Data Seluler, khususnya mengenai struktur yang disebut telomere, menunjukkan bahwa
beberapa sel dari pasien/penderita Hutchinson-Gilford rentan terhadap sel awal penuaan. Telomeres adalah struktur DNA khusus di ujung-ujung kromosom. Telomere ini secara bertahap mempersingkat waktu ke waktu, dan penyusutan ini dikaitkan dengan beberapa aspek penuaan selular. Fibroblast kulit dari penderita Hutchinson-Gilford memiliki telomere lebih pendek dari normal dan akibatnya mengalami penuaan sel awal. Saat lahir, panjang telomer rata-rata dari anak-anak  penderita ini adalah normalnya setara dengan delapan puluh lima tahun.

Pengenalan telomerase manusia ke dalam sel-sel tersebut menyebabkan reextension dari telomere  dan hasil dalam pengabadian yang normal dari kultur sel progeric. Pengamatan intervensi klinis menggunakan strategi ini pada manusia yang tertunda. Bisa ditebak, sirkulasi limfosit dari Hutchinson-Gilford memiliki panjang telomer yang normal, sesuai dengan fungsi kekebalan tubuh normal mereka. Dengan penelitian  yang lama  menunjukkan progeria yang mungkin tidak begitu banyak penyakit genetik karena merupakan “penyakit mosaik epigenetik.” Dalam progeria, ini berarti bahwa gennya normal, tapi panjang pendeknya telomer  yang abnormal hanya dalam baris sel tertentu menyebabkan pola normal dari ekspresi gen. Pola lama dari ekspresi gen dalam  jaringan tertentu dalam hasil pengamatan  penyakit klinis progeria.”

Domba Dolly

Anda mungkin ingat bahwa cloning dari domba Dolly pertama lahir pada tahun 1996. Dia dikloning dengan cara menghapus genom dari telur dan menggantinya dengan genom dari susu sel (sel somatik) dari domba lain. Meskipun Dolly, kebetulan bernama Dolly Parton  genom nya berasal dari jaringan susu, dikembangkan secara normal, mampu memiliki domba, bernama Bonnie, tetapi meninggal prematur karena infeksi paru-paru yang khas
pada domba tua. Dia menderita  euthanased pada arthritis  selama 6 tahun dan menunjukkan semua tanda-tanda usia domba sudah tua. Intinya adalah DNA telah “TUA”, yang dipersingkat telomere.

About these ads

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s