REPLIKASI DNA
REPLIKASI DNA
1.1
Latar
Belakang
Penemuan struktur dobel helix DNA
setengah abad yang lalu menunjukkan mekanisme untuk duplikasinya yaitu oleh
mekanisme duplikasi semikonservatif dari sekuens nukleotida pada dua untaian
DNA.
Dalam biologi molekuler , replikasi DNA adalah proses
biologis untuk menghasilkan dua replika identik DNA dari
satu molekul DNA asli . Replikasi DNA terjadi pada semua organisme hidup yang bertindak sebagai bagian terpenting
untuk pewarisan biologis . Sel memiliki sifat pembelahan
yang khas, yang membuat replikasi DNA menjadi penting.
Replikasi DNA: Heliks ganda dibuka dan dilepas, kemudian
setiap untai yang terpisah (pirus) bertindak sebagai pola untuk mereplikasi
untai mitra baru (hijau). Nukleotida (basa) dicocokkan untuk mensintesis untaian
mitra baru menjadi dua heliks ganda baru.
DNA terdiri dari heliks ganda dari dua untai komplementer . Selama replikasi, untaian ini dipisahkan. Setiap untai molekul DNA asli kemudian berfungsi sebagai cetakan
untuk produksi mitranya, proses yang disebut replikasi semikonservatif . Sebagai hasil dari replikasi semi-konservatif, heliks baru akan
tersusun dari untai DNA asli serta untai yang baru disintesis. Mekanisme pemeriksaan dan pemeriksaan kesalahan seluler
memastikan ketepatan yang mendekati sempurna untuk replikasi DNA.
DNA ada sebagai struktur untai
ganda, dengan kedua untai digulung bersama untuk membentuk karakteristik heliks ganda . Setiap untai DNA adalah rantai empat
jenis nukleotida . Nukleotida dalam DNA mengandung gula deoksiribosa , fosfat , dan nukleobase . Keempat jenis nukleotida tersebut sesuai dengan empat nukleobasa adenin , sitosin , guanin ,
dan timin ,
biasa disingkat A, C, G, dan T. Adenin dan guanin adalah basa purin ,
sedangkan sitosin dan timin adalah pirimidin . Nukleotida ini membentuk ikatan fosfodiester , menciptakan tulang punggung
fosfat-deoksiribosa dari heliks ganda DNA dengan nukleobasa mengarah ke dalam
(yaitu, ke arah untai yang berlawanan). Nukleobasa dicocokkan antara untaian
melalui ikatan hidrogen untuk membentuk pasangan basa . Pasangan adenin dengan timin (dua ikatan
hidrogen), dan pasangan guanin dengan sitosin (tiga ikatan hidrogen ).
Berawal
tahun 1868 Friedrich Miescher (1844-1895) adalah orang yang mengawali
pengetahuan mengenai kimia dan inti sel. Pada tahun 1868, dilaboratorium
Hoppe-Syler di Tubingen, beliau memilih sel yang terdapat pada nanah bekas
pembalut luka, kemudian sel-sel tersebut dilarutkan dalam asam encer dan dengan
cara ini diperoleh inti sel yang masih terikat pada sejumlah protein. Dengan
menambahkan enzim pemecah protein ia dapat memperoleh inti sel saja dan dengan
cara ekstraksi terhadap inti sel diperoleh suatu zat yang larut dalam basa
tetapi tidak larut dalam asam. kemudian zat ini dinamakan ”nuclein” sekarang
dikenal dengan nama nucleoprotein. Selanjutnya dibuktikan bahwa asam nukleat
merupakan salah satu senyawa pembentuk sel dan jaringan normal.
Asam nukleat adalah makromolekul biokimia yang
kompleks, berbobot
molekul tinggi, dan tersusun atas
rantai nukleotida yang mengandung informasi genetik. Asam
nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) dan Asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus. Asam nukleat dinamai demikian karena keberadaan umumnya di
dalam inti (nukleus) sel. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu
sebuah basa nitrogen heterosiklik (purin atau pirimidin), sebuah gula pentosa, dan sebuah
gugus fosfat. Jenis asam
nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada rantai asam nukleat
tersebut (misalnya, DNA atau asam deoksiribonukleat mengandung 2-deoksiribosa).
Selain itu, basa nitrogen yang ditemukan pada kedua jenis asam nukleat tersebut
memiliki perbedaan: adenina, sitosina, dan guanina dapat
ditemukan pada RNA maupun DNA, sedangkan timina dapat
ditemukan hanya pada DNA dan urasil dapat
ditemukan hanya pada RNA.
(ISI)
2.1
Pengertian
Replikasi DNA
Secara
umum, replikasi bahan genetik merupakan proses pengkopian rangkaian molekul
bahan genetik (DNA atau RNA) sehingga dihasilkan molekul anakan yang sangat
identik. Meskipun konsep dasar replikasi antara struktur bahan genetik yang
satu dengan yang lainnya adalah serupa, namun diketahui ada banyak perbedaan
dalam hal mekanisme rincinya. Sebagai contoh, bahan genetik yang berupa molekul
RNA mempunyai mekanisme replikasi rinci yang berbeda dengan replikasi molekul
DNA. Pada kelompok virus, misalnya , replikasi bahan genetiknya terjadi di
dalam sel inang yang sebenarnya merupakan jasad hidup yang lain dari jasad
virus itu sendiri. Hal ini dapat terjadi karena virus merupakan jasad parasit
obligat. Di lain pihak, replikasi DNA pada prokaryot dan eukaryot terjadi di
dalam sel jasad hidup yang bersangkutan. Selain itu perbedaan struktural
molekul bahan genetik, misalnya antara DNA lingkar (Circular DNA) dengan DNA
linear juga berimplikasi pada perbedaan mekanisme replikasi (Yuwono, 2005).
Beberapa hipotesa diajukan untuk
menjelaskan proses sintesa/replikasi DNA ini yaitu model konservatif,
semikonservatif dan dispersif. Pada model konservatif disintesa masing-masing
satu untai lama dan satu untai baru, kemudian kedua untai tersebut mensintesa
komplemennya. Model ini tidak sesuai dengan struktur DNA yang ada. Demikian
pula model dispersif, tidak mungkin terjadi sintesa secara berselang-seling
antar yang lama dan yang baru semacam suatu hybrid. Sifat komplementer pada
model DNA untai ganda (double helix) dari Watson dan Crick memberi kesan bahwa
replikasi DNA terjadi secara semikonsevatif. Dengan demikian, jika
masing-masing untai pada molekul induk DNA untai ganda terpisah dari
komplemennya saat replikasi, setiap bagian tersebut akan berfungsi sebagai
cetakan (template), yang dengan cetakan ini disintesis sebuah untai
komplementer yang baru (Yuwono, 2013)
2.1 Proses – Proses Replikasi DNA
Replikasi DNA berlangsung dalam beberapa tahap yaitu: (1)
denaturasi (pemisahan) untaian DNA induk, (2) peng-”awal”-an (initiation,
inisiasi) sintesis DNA, (3) pemanjangan untaian DNA, (4) ligasi fragmen fragmen
DNA, dan (5) peng-“akhir”- an (termination, terminasi) sintesis DNA. Sintesis
untaian DNA baru akan dimulai setelah kedua DNA induk terpisah membentuk garpu
replikasi, pemisahan dilakukan oleh enzim DNA helikase. Sintesis DNA
berlangsung dengan orientasi 5‟-P→3‟-OH. Oleh karena ada dua untaian DNA
cetakan yang orientasinya berlawanan, maka sintesis kedua untaian DNA baru juga
berlangsung dengan arah geometris yang berlawanan namun semuanya teteap dengan
orientasi5‟→3‟. Keadaan semacam ini menimbulkan perbedaan dalam hal meanisme
sintesis antara keua untaian DNA yang baru (Yuwono, 2005)
Proses
replikasi diawali dengan pembukaan untaian ganda DNA pada titik-titik tertentu
di sepanjang rantai DNA. Proses pembukaan rantai DNA ini dibantu oleh beberapa
jenis protein yang dapat mengenali titik-titik tersebut, dan juga protein yang
mampu membuka pilinan rantai DNA. Setelah cukup ruang terbentuk akibat
pembukaan untaian ganda ini, DNA polimerase masuk dan mengikat diri pada kedua rantai
DNA yang sudah terbuka secara lokal tersebut. Proses pembukaan rantai ganda
tersebut berlangsung disertai dengan pergeseran DNA polimerase mengikuti arah
membukanya rantai ganda. Monomer DNA ditambahkan di kedua sisi rantai yang
membuka setiap kali DNA polimerase bergeser. Hal ini berlanjut sampai seluruh
rantai telah benar-benar terpisah
Pada model replikasi biasa umumnya
replikasi berlangsung ke satu arah sehingga hanya ada satu untaian DNA awal dan
satu untaian DNA lambat. Pada kenyataannya telah diketahui bahwa replikasi juga
dapat berlangsung ke dua arah yang berlawanan, yiatu dikenal sebagai replikasi
dua arah (bidirectional replication). Dalam replikasi dua arah akan terbentuk
dua garpu replikasi yang bergerak ke arah yang berlawanan. Pada kedua garpu
replikasi tersebut juga terjadi sintesis DNA baru secara kontinu dan diskontinu
sehingga ada dua untaian DNA awal dan dua untaian DNA lambat (Yuwono, 2005).
Inisiasi (peng-„awal‟-an) replikasi
DNA adalah proses permulaan sintesis untaian DNA yang sebelumnya didahului oleh
sintesis molekul primer. Proses inisiasi berlangsung dengan mekanisme yang
berbeda antara suatu jasad dengan jasad yang lain. Struktur untai ganda ini
akan mempengaruhi replikasi DNA. DNA polimerase menambahkan nukleotida hanya pada
ujung 3' yang bebas dari untai DNA yang sedang terbentuk, tidak pernah pada
ujung 5'. Jadi untai DNA baru dapat memanjang hanya pada arah 5'→ 3'. Di
sepanjang salah satu untai cetakan, DNA polimerase dapat mensintesa untai
komplementer yang kontinu memanjangkan DNA yang baru dengan arah 5'→3'. Untai
DNA yang dibuat dengan metode ini disebut leading strand. Untuk memanjangkan
untai baru DNA yang lain, polimerase harus bekerja disepanjang cetakan jauh
dari cabang replikasi.
Setelah dilakukan inisiasi dan polimerasi
akhirnya proses replikasi DNA akan diakhiri dengan proses terminasi atau
pengakhiran replikasi. Pada prokaryot replikasi genom berbentuk lingkar akan
berakhir pada waktu kedua garpu replikasi bertemu pada suatu titik namun pada
eukaryot keadaannya menjad lain karena struktur genomnya linear sehingga ada
komplikasi terminasi replikasi pada ujung-ujung kromosom. Titik tempat
pengakhiran replikasi disebut sisi terminasi. Pada E. coli ada enam sisi
terminasi yaitu TerA, TerB, TerC, TerD, TerE, dan TerF. Urutan konsensus sisi
terminasi adalah sebagai berikut AATTAGTATGTTGTAACTAAANT. Urutan basa DNA
tersebut diperlukan untuk menghentikan garpu replikasi yang mendekati daerah
tersebut dari ujung 5‟ (Yuwono, 2005).
Kesalahan proses replikasi molekul
DNA hanya terjadi satu dalam 1 miliar nukleotida, tetapi kesalahan pemasangan
awal antara nukleotida yang sudah ada pada untai cetakan dapat mencapai 100.000
kalinya atau sebesar 10.000 pasang basa. Sel memiliki mekanisme reparasi yaitu
perbaikan salah pasang (mismatch repair ) yang akan memperbaiki
kesalahan-kesalahan yang terjadi ketika DNA disalin. Selama replikasi DNA, DNA
polimerase sendirilah yang melakukan perbaikan salah-pasang. Polimerase ini
mengoreksi setiap nukleotida terhadap cetakannya begitu nukleotida ditambah
pada untaian. Dalam rangka mencari nukleotida yang pasangannya tidak benar,
polimerase memindahkan nukleotida tersebut kemudian melanjutkan kembali
sintesis. Protein lain selain DNA polimerase juga melakukan perbaikan
salah-pasang (Yuwono, 2013).
Komentar
Posting Komentar