Friday, November 21, 2014

Kemampuan enzim ligase dari E. Coli yang terinfeksi virus T4 Bakteriofage dalam proses penggabungan fragmen DNA membentuk ikatan fosfodiester



Kemampuan enzim ligase dari E. Coli yang terinfeksi virus T4 Bakteriofage dalam proses penggabungan fragmen DNA membentuk ikatan fosfodiester

oleh Wendi Anata

Pendahuluan
Ligasi adalah proses penyambungan antara satu fragmen DNA dengan fragmen DNA lainnya. Ligasi merupakan pembentukan ikatan fosfodiester dari ujung-ujung 2 untai DNA. Dalam proses pengklonan, DNA asing dari suatu makhluk hidup disambungkan dengan vector pengklonan, yakni dapat berupa plasmid, phage dan cosmid sebagai vektor untuk bakteri. Dalam proses penyambungan(ligasi), faktor yang sangat berperan adalah enzim ligase. Enzim ligase adalah enzim yang berfungsi menggabungkan fragmen DNA asing yang telah dipotong dengan enzim restriksi dengan fragmen DNA vector. DNA insert yang berasal dari fragmen DNA asing dipotong pada bagian yang sesuai dengan bagian pemotongan DNA vector, sehingga keduanya dapat saling berkomplemen.

Terdapat 2 jenis reaksi ligasi, yaitu: Intermolekuler dimana ujung kedua molekul DNA saling bergabung dan Intramolekuler dimana ujung molekul DNA yang sama saling bergabung sehingga membentuk suatu sirkular.
   

T4 DNA Ligase



Salah satu contoh bakteri yang umum digunakan dalam proses rekayasa genetik sekaligus penghasil enzim ligase adalah bakteri Escherichia coli(E. coli). E. coli menghasilkan dua jenis enzim, yakni enziim DNA Ligase, yaitu enzim ligase yang dihasilkan oleh bakteri E. coli itu sendiri dan T4 DNA Ligase, yaitu enzim ligase yang dihasilkan oleh bakteri E. coli yang telah terinfeksi virus T4 Bakteriofage. Kedua enzim tersebut mempunyai peran yang sama dalam pembentukan ikatan phosphodiester antar nukleotida pada DNA yang akan disambung. Perbedaan dari kedua enzim tersebut hanya terletak pada kofaktornya, pada E.coli DNA Ligase adalah NAD+ sedangkan pada T4 DNA Ligase adalah ATP.
 
Enzim T4 DNA ligase hanya dapat menggabungkan fragmen DNA yang mempunyai ujung tidak rata, yang disebut dengan sticky end, dengan ujung rata (blunt end). Untuk meligasi ujung rata, dibutuhkan konsentrasi enzim yang cukup besar. Enzim T4 DNA ligase mengkatalisasi pembentukan ikatan kovalen antara gula dengan phosphate dari nukleotida yang berdekatan, sehingga terbentuk ikatan phospodiester dimana satu nukleotida memiliki ujung 5’ phosphate bebas dan nukleotida yang lain memiliki ujung 3’gugus hidroksil. Dalam menggabungkan dua fragmen DNA berbeda, enzim T4 DNA Ligase tidak membedakan darimana DNA organisme tersebut berasal sehingga apapun organismenya maka fragmen DNA tersebut dapat digabungkan. Ligasi berhasil bila kedua ujung fragmen DNA yang akan disambungkan berkomplemen. Gabungan kedua fragmen ini menjadi satu disebut dengan DNA Rekombinan.

Mekanisme T4 DNA Ligase dalam Penggabungan DNA
Pertama-tama, terjadi hidrolisis kofaktor, yaitu NAD+ atau ATP, dalam kasus ini kofaktornya adalah ATP. Hidrolisis kofaktor ini menghasilkan enzim-adenylate AMP yang berikatan kovalen dengan protein lysin pada sisi aktif enzim dengan melepaskan pyrofosfat inorganic (PPi). Kemudian, sebagian AMP akan berpindah dari sisi aktif lysin ke ujung bebas 5’-fosfat yang berada pada nick DNA. Ujung 3’-OH akan menyerang ikatan AMP-5’-fosfat. Dan, terbentuklah ikatan fosfodiester antara ujung 3’-OH yang berada di ujung nick dengan 5’-fosfat dan melepaskan AMP dan enzim adenylate

Skema proses penggabungan DNA dalam suatu DNA Rekombinan adalah sebagai berikut:






Secara ringkas, mekanisme penggabungan dua fragmen DNA dengan bantuan enzim T4 DNA Ligase terdiri dari tiga tahap sebagaimana skema diatas:

1.    Pembentukan sebuah ikatan kompleks kovalen enzim-AMP yang dihubungkan dengan sebuah lysine side-chain pada sisi aktif enzim.
2.    Proses pemindahan AMP ke 5’ phosphate dari fragmen DNA
3.    Penyerangan pada ikatan AMP-DNA oleh 3’-OH menghasilkan ikatan kovalen fosfodiester dan menghasilkan AMP

Proses ligasi memiliki suhu optimum pada 37° Celsius(Primrose 2001). Suhu optimum dari enzim tersebut akan berpengaruh terhadap kondisi proses penggabungan DNA dilakukan. Pada umumnya, penggabungan DNA dengan bantuan enzim ligase dilakukan di suhu-suhu yang bervariasi. Namun, pada beberapa kasus dilakukan pada suhu-suhu tertentu. 

Daftar Pustaka

Anam, Khairul. Laporan Praktikum Rekayasa Genetika Laporan III (DNA Rekombinan). Program Studi Bioteknologi. Sekolah Pascasarjana. Institut Pertanian Bogor. 2010

Primrose. Principles of Gene Manipulation 6 Edition. Blackwell Science. UK. 2001






No comments: