Proses Replikasi atau Penggandaan DNA

Proses perbanyakan bahan genetik dikenal sebagai proses replikasi. Replikasi bahan genetik dapat dikatakan sebagai proses yang mengawali pertumbuhan sel, meskipun sebenarnya pertumbuhan merupakan suatu resultan banyak proses yang saling berkaitan satu sama lain. Sel mempunyai mekanisme replikasi bahan genetik yang dilengkapi dengan system penyutingan (editing) yang sangat akurat sehingga bahan genetik yang diturunkan kepada sel anak (progeny) mempunyai komposisi yang sangat identik dengan komposisi bahan genetik sel induk. Replikasi bahan genetik diikuti oleh pembentukan sel-sel anak yang membawa duplikat bahan genetik hasil replikasi. Sehingga kesalahan dalam proses replikasi bahan genetik dapat mengakibatkan perubahan pada sifa-sifat sel anakan.

Mekanisme replikasi bahan genetik sangat kompleks dan melibatkan banyak protein yang masing-masing mempunyai peranan spesifik. Protein-protein yang terlibat di dalam proses replikasi bahan genetik dikode oleh gen-gen yang terdapat di dalam bahan genetik itu sendiri. Oleh karena itu, ada kaitan fungsional yang sangat erat dan tidak terpisahkan antara proses replikasi bahan genetik dengan proses ekspresi genetik dan metabolisme sel secara keseluruhan. Hambatan yang terjadi pada proses metabolisme, misalnya penghambatan produksi energy, dapat pula mempengaruhi proses replikasi karena replikasi juga memerlukan pasokan energi.

Replikasi adalah kemampuan DNA untuk dapat menggandakan diri. Proses-proses yang terjadi saat terjadinya replikasi adalah sebagai berikut.

a. Ikatan hidrogen membuka sehingga kedua pita akan memisah.

b. Pita saling memisah. Basa nitrogen pada masing-masing pita berfungsi sebagai cetakan yang mengatur pengikatan basa komplementer (basa pelengkap) pada pita baru yang dibentuk.

c. Masing-masing pita lama membentuk pita baru, sehingga menghasilkan dua pita double helix.

Proses yang terjadi tersebut dipengaruhi oleh enzim helikase, enzim polimerase, dan ligase.

B. Macam-macam Replikasi DNA

Replikasi DNA dapat terjadi melalui tiga kemungkinan:

a. Konservatif

Replikasi konservatif ini melalui cara, yaitu pita double heliks DNA induk tetap tidak berubah, kemudian digunakan untuk mencetak dua pita double heliks DNA yang baru.

b. Semikonservatif

Replikasi semikonservatif ini melalui cara, yaitu pita double heliks DNA induk terpisah, kemudian mensintesis pita DNA yang baru dengan cara melengkapi (komplementasi) pada masing-masing pita DNA induk tersebut.

Tahapan replikasi DNA semikonservatif

1. Inisiasi, DNA dalam sel-sel eukariotik memiliki ARCs (autonomously replicating sequence) yang berperan sebagai asal muasal replikasi dan mereka saling berlawanan dari asal bakterial (ORI). Grup utama dari enam protein, secara kolektif  dikenal dikenal sebagai ORC (Origin Recognition Complex), mengikat asal muasal replikasi, menandai replikasi DNA dengan tepat pada saat waktu yang sesuai melalui siklus sel. Inisiasi lokasi awal replikasi, oleh suatu protein komponen Dna polymerase yang dihasilkan oleh gen dna.
proses replikasi dna

Proses replikasi dna. : (1) Lagging strand; (2) Leading strand; (3) DNA polimerase; (4) Enzim DNA ligase; (5) Primer; (6) Primase; (7) Fragmen Okazaki (8) Molekul DNA polymerase;
(9) Enzim helikase; (10) Protein pengikat untaian tunggal; (11) Topoisomerase

2. Terbentuknya Garpu Replikasi. Garpu replikasi atau cabang replikasi (replication fork) ialah struktur yang terbentuk ketika DNA bereplikasi. Garpu replikasi ini dibentuk akibat enzim helikase yang memutus ikatan-ikatan hidrogen yang menyatukan kedua untaian DNA, membuat terbukanya untaian ganda tersebut menjadi dua cabang yang masing-masing terdiri dari sebuah untaian tunggal DNA. Masing-masing cabang tersebut menjadi “cetakan” untuk pembentukan dua untaian DNA baru berdasarkan urutan nukleotida komplementernya. DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan memperpanjang oligonukleotida (RNA) yang dibentuk oleh enzim primase dan disebut primer.
3. Pemanjangan Untaian DNA. DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan menambahkan nukleotida dalam hal ini, deoksiribonukleotida ke ujung 3′ hidroksil bebas nukleotida rantai DNA yang sedang tumbuh. Dengan kata lain, rantai DNA baru (DNA “anak”) disintesis dari arah 5′→3′, sedangkan DNA polimerase bergerak pada DNA “induk” dengan arah 3′→5′. Namun demikian, salah satu untaian DNA induk pada garpu replikasi berorientasi 3′→5′, sementara untaian lainnya berorientasi 5′→3′, dan helikase bergerak membuka untaian rangkap DNA dengan arah 5′→3′. Oleh karena itu, replikasi harus berlangsung pada kedua arah berlawanan tersebut.
4. Pembentukan Leading strand. Pada replikasi DNA, untaian pengawal (leading strand) ialah untaian DNA disintesis dengan arah 5′→3′ secara berkesinambungan. Pada untaian ini, DNA polimerase mampu membentuk DNA menggunakan ujung 3′-OH bebas dari sebuah primer RNA dan sintesis DNA berlangsung secara berkesinambungan,  searah dengan arah pergerakan garpu replikasi.
5. Pembentukan Lagging strand. Lagging strand ialah untaian DNA yang terletak pada sisi yang berseberangan dengan leading strand pada garpu replikasi. Untaian ini disintesis dalam segmen-segmen yang disebut fragmen Okazaki. Panjang fragmen okazaki mencapai sekitar 2.000 nukleotides panjang dalam sel-sel bakterial dan sekitar  200 panjang nukelotides dalam sel-sel eukaryotic. Pada untaian ini, primase membentuk primer RNA. DNA polimerase dengan demikian dapat menggunakan gugus OH 3′ bebas pada primer RNA tersebut untuk mensintesis DNA dengan arah 5′→3′. Fragmen primer RNA tersebut lalu disingkirkan (misalnya dengan RNase H dan DNA Polimerase I) dan deoksiribonukleotida baru ditambahkan untuk mengisi celah yang tadinya ditempati oleh RNA. DNA ligase lalu menyambungkan fragmen-fragmen Okazaki tersebut sehingga sintesis lagging strand menjadi lengkap.
DNA polymerases tidak mampu ‘mengisi’ ikatan covalent yang hilang. Celah yang tersisa direkat oleh DNA ligase. Enzim ini mengkatalis pembentukan ikatan phosphodiester antara 3’ – OH dari salah satu helaian dari 5’-P dari helaian yang lain.DNA ligase diaktifkan oleh AMP (adenosine monophosphate) sebagai ‘cofactor’ (faktor pengendali). Dalam E.coli, AMP dibawa dari nucleotide NAD+. Dalam sel-sel eukaryotik, AMP ditandai dari ATP. Ligase-ligase tidak dilibatkan dalam pemanjangan rantai; melainkan, mereka berperan pemasang enzim-enzim untuk perekatan ‘celah’ melalui molekul DNA.
6. Modifikasi Post-Replikasi DNA, Setelah DNA direplikasikan, dua helaian tersintesis terbaru dipasangkan ke modifikasi enzimatik. Perubahan-perubahan ini biasanya melibatkan penambahan molekul-molekul tertentu untuk mengkhususkan titik-titik sepanjang helix ganda. Pada cara ini, tags sel, atau label-label, DNA, sehingga ini bisa membedakan material genetiknya sendiri dari berbagai DNA asing yang mungkin bisa masuk ke dalam sel. Modifikasi post-replikasi DNA mungkin juga mempengaruhi cara molekul diikat. DNA merupakan faktor utama modifikasi dengan penambahan kelompok methyl ke beberapa adenine dan residu-residu cytosine. Grup methyl ditambahkan oleh DNA methylasess setelah nucleotides telah digabungkan dengan DNA polymerases.
Penambahan methyl ke cytosine membentuk 5-methylcytosine dan methylasi dari adenine membentuk 6-methyladine. Methyladine lebih umum daripada methylcytosine dalam sel-sel bakterial, di mana dalam sel-sel eukaryotik, grup methyl paling banyak ditambahkan ke cytosine. Methylase muncul hanya pada beberapa rentetan nucleotide khusus. Dalam sel-sel eukaryotik, sebagai contoh, methylasi secara umum muncul pada saat cytosine berdampingan ke guanine di sisi 3’-OH (5’ P-CG-3’OH).Pola methylasi bersifat spesifik untuk spesies yang diberikan, berperan seperti tanda tangan untuk DNA spesies tersebut. Hal ini patut diperhatikan karena grup methy melindungi DNA melawan perlawanan enzim-enzim tertentu disebut ‘restriction endonucleases’ Oleh karena itu DNA asing melalui  sebuah sel dicerna dengan ‘restriction endonucleases’. Dalam sel tertentu, ‘restriction endonucleases’ bisa memotong DNA di titik khusus tertentu di mana DNA methylase menambah sebuah grup methyl.
Pola methylasi melindungi DNA dari cernaan oleh sel yang memiliki endonucleases tapi tidak melawan pembatasan enzim-enzim yang diproduksi sel-sel spesies yang lain. Pembatasan ini menyederhanakan pertukaran DNA antar sel dari spesies yang diproduksi sel-sel spesies yang berbeda. Methylasi DNA pada titik-titik tertentu mungkin akan berakhir pada konversi terdekat dari B-DNA ke bentuk-bentuk Z-DNA. Dalam bentuk B-DNA, grup-grup hydropholic methyl dari alur utama, menghasilkan pengaturan yang tepat. Dengan mengubahnya ke bentuk Z, grup-grup methyl membentuk area hydropholik yang membantu menstabilkan DNA. Konversi lokal ini (dari B-DNA ke Z-DNA) mungkin mempengaruhi fungsi beberapa gen.

c. Dispersif

Dispersif ini melalui cara, yaitu kedua pita double heliks induk terputus membentuk segmen-segmen pita DNA yang baru, kemudian segmen pita DNA induk akan disambung dengan segmen pita DNA baru. Sehingga pada peristiwa ini hasil akhirnya adalah segmen pita DNA induk dengan segmen pita DNA yang baru yang tersebar pada pita double heliks DNA yang terbentuk. Agar lebih jelas tentang ketiga kemungkinan di atas, dapat dilihat Gambar 3.15.

replikasi dna

Gambar 3.15 Beberapa kemungkinan replikasi DNA

Artikel Terkait

Updated: 14 November 2014 — 11:15

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Budisma.web.id © 2014