REPLIKASI BAHAN GENETIKI. REPLIKASI BAHAN GENETIK Bahan genetik yang ada di setiap jasad hidup akan mengalami proses perbanyakan sebagai salah satu tahapan yang sangat penting dalam proses pertumbuhan sel atau perbanyakan virus. Proses perbanyakan bahan genetik dikenal sebagai proses replikasi. Replikasi bahan genetik dapat dikatakan sebagai proses yang mengawali pertumbuhan sel. Sel mempunyai mekanisme replikasi bahan genetik yang dilengkapi dengan sistem penyuntingan (editing) yang sangat akurat sehingga bahan genetik yang akan diturunkan kepada sel anakan (progeny) mempunyai komposisi yang sangat identik dengan komposisi bahan genetik sel induk. Mekanisme replikasi bahan genetik sangat kompleks dan melibatkan berbagai protein yang masing masing mempunyai peranan spesifik. Definisi replikasi bahan genetik sendiri adalah proses pengkopian rangkaian molekul bahan genetik (DNA atau RNA) sehingga dihasilkan molekul anakan yang sangat identik.1) II. MODEL REPLIKASI DNA Ada 3 macam hipotesa yang dikenal untuk menjelaskan mekanisme replikasi DNA. Macam macam hipotesa itu adalah : a. Hipotesa model replikasi semikonservatif Model replikasi semikonserfatif pertama kali dikemukakan oleh Watson dan Crick pada tahun 1953. Menurut hipotesis ini setiap molekul untaian DNA anakan terdiri atas satu untai tunggal DNA induk dan satu untai tunggal DNA hasil sintesis baru2). b. Hipotesa model replikasi konservatif Menurut hipotesis ini, molekul DNA untai ganda induk tetap bergabung , sedangkan kedua untai DNA anakan terdiri atas molekul hasil sintesis baru.

c. Hipotesa model replikasi dispersif Hipotesis dispersif menyatakan bahwa molekul DNA induk mengalami fragmentasi sehingga DNA anakan terdiri atas campuran molekul lams (berasal dari DNA induk ) dan molekul hasil sintesis baru.3) Pada tahun 1958 Matthew Meselson dan Franklin Stahl berhasil menunjukkan secara empiris bahwa replikasi DNA berlangsung dengan mekanisme secara semikonservatif. Hasil eksperimen Meselson dan Stahl dengan jelas menunjukkan bahwa molekul DNA anakan terdiri atas satu untai DNA induk dan satu untai DNA hasil sintesis DNA baru, sehingga sesuai dengan model replikasi DNA semikonservatif.2) II.1. MEKANISME DASAR REPLIKASI DNA Model replikasi DNA secara semikonsrvatif menunjukkan bahwa DNA anakan terdiri atas pasangan untaian DNA induk dan untaian DNA hasil sintesis baru. Untaian DNA induk berperan sebagai cetakan (template). Molekul DNA untai ganda terdiri atas dua untai DNA yang berpasangan secara komplementer yaitu antara basa nukleotida antara A dengan T dan C dengan G. Proses Replikasi DNA harus diawali dengan pemutusan ( denaturasi) ikatan antara untaian DNA yang satu dengan untaian komplementernya. Hal ini dimaksudkan agar masing masing untaian DNA tersebut dapat bertindak sebagai cetakan. Denaturasi yang terjadi pada saat awal replikasi DNA adalah proses enzimatis. Oleh karena molekul DNA adalah biomolekul yang sangat vitral pada jasad, maka denaturasi DNA terjadi secara parsial dan bertahap. Denaturasi awal terjadi pada bagian DNA yang dikenal sebagai ori( origin of replication) atau titik awal replikasi ikatan hydrogen antara A-T dan C-G akan terputus dan diikuti dengan pembukaan untaian DNA. Untaian DNA membuka membentuk struktur yang disebut sebagai garpu replikasi (replication fork). Garpu replikasi akan bergerak sehingga molekul DNA induk membuka secara bertahap.1) DNA induk yang sudah terpisah satu sama lain berfungsi sebagai cetakan untuk penempelan nukleutida nukleutida yang akan menyusun molekul DNA baru. Nukleutida nukleutida baru akan dipolimerisasi menjadi untaian DNA baru dengan urutan sesuai dengan urutan DNA komplemennya. Basa nukleutida A dipasangkan dengan basa T yang

ada pada cetakan, sedangkan basa C dipasangkan dengan basa G2). Untaian DNA yang baru terbentuk merupakan komplemen untaian DNA induk. Proses polimerisasi nukleutida terjadi pada kedua untaian DNA cetakan sehingga pada akhir satu kali putaran replikasi akan dihasilkan dua molekul DNA baru yang identik. Masing masing molekul DNA untai-ganda yang terbentuk terdiri atas untai DNA induk dan untai DNA baru hasil polimerisasi selama proses replikasi. II.2. KOMPONEN KOMPONEN PENTING DALAM REPLIKASI Replikasi bahan genetic ditentukan oleh beberapa komponen utama yaitu : 1. DNA cetakan yaitu molekul DNA atau RNA yang akan di replikasi. 2. Molekul dioksiribonukleotida yaitu dATP, dTTP, dCTP, dan dGTP deoksi ribonukleotida terdiri atas tiga komponen yaitu a. basa purin dan pirimidin b. 5 gula -karbon (deoksiribosa) c. Gugus fosfat 3. Enzim DNA polymerase, yaitu enzim utama yang mengkatalisis proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA. 4. Enzim primase yaitu enzim yang mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA . 5. Enzim pembuka ikatan untaian ikatan induk, yaitu enzim helikase dan enzim lain yang membantu proses tersebut yaitu enzim girase. 6. Molekul protein yang menstabilkan untaian DNA yang sudah terbuka, yaitu protein SSB ( single strand binding protein) 7. Enzim DNA Ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk menyambung fragmen fragmen DNA.1) II.3. MEKANISME SINTESIS DNA Replikasi DNA berlangsung dalam beberapa tahap yaitu : 1. Denaturasi ( pemisahan ) untaian induk Proses pemisahan ini dilakukan oleh enzim Helikase. Selain enzim Helikase, enzim lain yang juga berperanan dalam pemisahan untaian DNA adalah enzim DNA girase. DNA girase adalah salah satu enzim topoisomerase, yaitu enzim

yang dapat mengubah topologi molekul DNA. Pengubahan topologi tersebut dilakukan dengan cara memutuskan ikatan hydrogen pada salah satu kedua untaian DNA secara sementara (transient). Selain enzim Helikase dan DNA girase, protein lain yang terlibat dalam pemisahan untaian DNA induk adalah protein SSB (single strand binding protein). Peranan protein SSB adalah menjaga agar bagia DNA yang sudah terpisah tidak berikatan lagi sehingga dapat digunakan sebagai cetakan. 2. Pengawal an (inisiasi) sintesis DNA Inisiasi 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 Mekanisme inisiasi adalah pembentukan garpu replikasi. Setelah DNA dipisahkan dan dibuka dengan aktivitas beberapa enzim, selanjutnya terbentuklah struktur garpu replikasi. Bagian DNA yang sedang direplikasi membentuk garpu replikasi yang akan dijaga tetap dalam keadaan terbuka oleh aktivitas protein SSB. Garpu replikasi akan bergerak seiring berlangsungnya sintesis untaian DNA baru, baik untaian DNA awal maupun untaian DNA lambat. Enzim yang berperan dalam inisiasi adalah DNAa, DNAb,DNAc, DNAt, SSB, PriA(mengenali tempat pembentukan primer(pas) dan menyingkirkan SSB), dan DNAg / primase (menyintesis primer). 3. Pemanjangan untaian DNA Perpanjangan untaian DNA dilakukan oleh enzim polymerase. Proses pemanjangannya (polimerisasi) dilakukan oleh enzim DNA polymerase III (holoenzim). Enzim ini terdiri atas 10 subunit yang membentuk 3 satuan sub unit (subassemblies), yaitu 1). inti katalitik (catalytic core) 2). POL III ; dan 3). Kompleks (ATPase) 4. Ligasi fragmen fragmen DNA Pembentukan untaian pada DNA lambat, salah satu untaian DNA disintesis secara diskontinu yaitu dengan membuat fragmen fragmen DNA pendek.Pada tahap ini, antara suatu fragmen okazaki dengan fragmen yang lain masih ada takik (nick) sehingga belum sepenuhnya tersambung. Agar fragmen fragmen okazaki tersebut

tersambung secara kontinu, maka takik tersebut akan disambung oleh enzim DNA Ligase. 5. Pengakhiran (termination ) sintesis DNA. Dilakukan oleh enzim telomerase. Pada molekul DNA prokariot yang berbentuk lingkar, terminasi replikasi akan terjadi ketika kedua garpu replikasi yang bergerakke arah yang berbeda bertemu pada sisi terminasi. Pada eukariot keadaannya menjadi lain karena struktur Penjelasan Mekanisme Replikasi Sintesis untaian DNA yang baru dimulai segera setelah kedua untaian DNA induk terpisah membentuk garpu replikasi. Pemisahan kedua untaian DNA induk yang akan direplikasi dilakukan oleh enzim DNA helikase. Kedua untaian DNA induk digunakan untuk menyintesis DNA baru. Sintesis DNA berlangsung dengan orientasi 53. Oleh karena ada dua untaian DNA cetakan yang orientasi nya berlawanan, maka sintesis kedua untaian DNA baru berlangsung dengan arah geometris yang berlawanan, namun semuanya tetap dengan orientasi 532). Salah satu untaian DNA disintesis dengan arah geometris yang searah dengan pembukaan garpu replikasi, sedangkan untai DNA yang lain disintesis dengan arah yang brlawanan , oleh karena itu , sintesios untaian DNA baru yang searah dengan garpu replikasi akan dapat dilakukan tanpa terputus (sintesis secara kontinu). Untaian DNA yang disintesis secara kontinu semacam ini disebut sebagai untaian DNA awal ( Leading strand). Sebaliknya, sintesis untaian DNA yang berlawan arah geometrinya dengan arah pembukaan garpu replikasi dilakukan secara tahap demi tahap ( sintesis secara diskontinu). Hal ini terjadi karena proses polimerisasi pada untaian DNA ini hanya dapat dilakukan setelah DNA cetakannya membuka seiring dengan membukanya garpu replikasi. Untaian DNA yang disintesis secara Lambat semacam ini disebut untaian DNA lambat (legging strand). Secara umum dapat dikatakan bahwa mekanisme replikasi DNA berlangsung secara semidiskontinu karena ada perbedaan mekanisme dalam proses sintesis kedua untaian DNA. Pada untaian DNA awal, polimerisasi DNA berlangsung secara kontinu sehingga molekul DNA yang baru yang disintesis merupakan satu unit, sebaliknya pada untaian genomnya linear sehingga ada komplikasi terminasi replikasi pada ujung ujung kromosom.

DNA lambat, polimerisasi dilakukakan fragmen demi fragmen. Fragmen fragmen DNA pendek tersebut pada akhirnya disambung (ligasi) dengan enzim DNA Ligase sehingga menjadi unit DNA yang utuh. Fragmen Fragmen DNA pendek yang disintesis tersebut disebut sebagai fragmen okazaki. III. REPLIKASI RNA Beberapa virus diketahui mempunyai genom berupa molekul RNA, misalnya pada virus TMV (tobacco mosaic virus). Virus TMV adalah virus yang menyerang tanaman tembakau. Genom virus ini berupa molekul RNA untai tunggal yang terdiri atas 6.390 nukleotida yang membawa informasi genetic dalam struktur empat gen. Replikasi RNA TMV memerlukan cetakan dan suatu enzim polymerase yang dikendalikan oleh RNA (RNA-directed RNA polymerase) atau yaqng sering disebut dengan enzim replikase. Sintesis RNA virus selalu berorientasi 53 seperti halnya sintesis DNA, dan dimulai pada ujung 3 molekul cetakan. Berbeda halnya dengan system replikasi DNA, system replikasi RNA TMV tidak mempunyai mekanisme reparasi sehingga mempunyai laju mutasi yang sangat tinggi. Replikasi RNA TMV dimulai dengan proses infeksi sel inang (daun tembakau) oleh virus TMV. RNA virus yang masuk ke dalam sel inang selanjutnya ditranslasi sehingga menghasilkan beberapa kopi enzim replikase dan protein selubung. Replikase kemudian melakukan sintesis untaian komplementer (untaian negative) dengan menggunakan RNA induk sebagai cetakan. Sintesis untaian baru (untaian negative) ini dilakukan pada ujung 3 molekul cetakan sehingga arah sintesis adalah dari 53.Berbeda dengan system replikasi DNA, dalam replikasi RNA tidak terbentuk molekul dupleks RNA. Untaian negatif baru yang terbentuk kemudian digunakan oleh enzim replikase sebagai cetakan untuk proses sintesis untaian positif yang komplementer.Sintesis ini juga dimulai pada ujung 3 untaian negative sehingga arah sintesis juga dari 53. Untaian positif yang terbentuk tersebut akan identik dengan urutan nukleotida yang pertama kali menginfeksi sel inang. Selanjutnya protein selubung yang disintesis pada saat translasi RNA virus akan mengenali bagian tertentu dari untaian RNA positif baru tersebut. Protein selubung tersebut membentuk struktur yang disebut piringan protein. Pada waktu ujung 3 diperpanjang, piringan protein ditambahkan pada

bagian RNA yang melipat. Dengan semakin banyak piringan protein ditambahkan , maka ujung 5RNA akan ditarik kea rah protein selubung. Dengan mekanisme demikian maka akan terbentuk partikel virus yang berupa susunan heliks protein yang mengelilingi genom RNA. IV. REPLIKASI RETROVIRUS Virus HIV( human immunodeficiency virus) adalah virus yang termasuk dalam kelompok retrovirus yang bergenom RNA. Virus HIV adalah penyebab AIDS (acquired immunodeficiency syndrome ). Virus ini mempunyai genom berupa RNA linear, untaitunggal. Berbeda dengan replikasi RNA pada TMV, replikasi RNA pada virus HIV dilakukan dengan mengubah terlebih dahulu molekul RNA tersebut menjadi DNA dengan enzim DNA polymerase yang dikendalikan oleh RNA (RNA-directed DNA polymerase ) atau lebih sering dikenal sebagai transcriptase balik ( reverse trancriptase). Genom virus HIV tersusun atas tiga macam gen, yaitu gen gag (yang mengkode protein structural), gen env ( yang mengkode protein selubung) dan gen pol ( yang mengkode enzim transcriptase balik dan enzim integrase). Replikasi RNA virus HIV dilakukan dengan melewati enam langkah, yaitu : 1. Penempelan virus pada reseptor yang ada pada limfosi CD4. 2. Molekul DNA untai tunggal kemudian disintesis dengan menggunakan molekul RNA sebagai cetakan, dilakukan oleh enzim transcriptase balik yang kemudian mengubah molekul DNA untai tunggal menjadi molekul untai ganda linear. 3. Molekul DNA untai ganda yang terbentuk kemudian diintegrasikan ke dalam kromosom sel inang oleh aktivitas enzim integrase. 4. setelah DNA untai ganda diintegrasikan, dilakukan sintesis RNA virus dengan menggunakan aktivitas RNA polymerase yang dimiliki oleh sel inang. Sintesa RNA virus dilakukan dengan menggunakan cetakan DNA provirus. RNA virus yang disintesis berfungsi sebagai sumber informasi untuk sintesis protein structural virus dan enzim sekaligus sebagai genom virus.

5. Genom RNA virus kemudian dibungkus oleh protein selubung yang terdiri atas dua lapisan, yaitu protein utama (core protein) dan protein cangkang (shell protein) 6. Partikel virus yang terbentuk selanjutnya menembus membrane plasma sel inang sehingga memperoleh selubung lemak. Sintesis DNA untai ganda dilakukan di dalam sitoplasma sel inang. DNA untai ganda kemudian ditransportasikan ke dalam nucleus sehingga terjadi integrasi dengan kromosom sel inang. Sinrtesis RNA virus juga terjadi di dalam nucleus, RNA virus kemudian diangkut ke dalam sitoplasma untuk digunakan dalam proses sintesis protein virus. V. KESIMPULAN 1) Replikasi bahan genetik sendiri adalah proses pengkopian rangkaian molekul bahan genetik (DNA atau RNA) sehingga dihasilkan molekul anakan yang sangat identik. 2) 3 macam hipotesa yang dikenal untuk menjelaskan mekanisme replikasi DNA, yaitu : a. Hipotesa model replikasi semikonservatif b. Hipotesa model replikasi konservatif c. Hipotesa model replikasi dispersif 3) Matthew Meselson dan Franklin Stahl berhasil menunjukkan secara empiris bahwa replikasi DNA berlangsung dengan mekanisme secara semikonservatif . 4) Replikasi bahan genetic ditentukan oleh beberapa komponen utama yaitu : a. DNA cetakan yaitu molekul DNA atau RNA yang akan di replikasi. b. Molekul dioksiribonukleotida c. Enzim DNA polymerase d. Enzim primase e. Enzim helikase dan enzim girase. f. Protein SSB ( single strand binding protein) g. Enzim DNA Ligase

5) Replikasi DNA berlangsung dalam beberapa tahap yaitu : a. Denaturasi ( pemisahan ) untaian induk yang dilakukan oleh enzim Helikase dan enzim DNA girase. b. Pengawal an (inisiasi) sintesis DNA. c. Pemanjangan untaian DNA yang dilakukan oleh enzim DNA polymerase III (holoenzim). d. Ligasi fragmen fragmen DNA oleh enzim DNA Ligase. e. Pengakhiran (termination ) sintesis DNA,dilakukan oleh enzim telomerase. 6) Replikasi RNA TMV memerlukan cetakan dan suatu enzim polymerase yang dikendalikan oleh RNA (RNA-directed RNA polymerase) atau yang sering disebut dengan enzim replikase. 7) replikasi RNA pada virus HIV dilakukan dengan mengubah terlebih dahulu molekul RNA tersebut menjadi DNA dengan enzim DNA polymerase yang dikendalikan oleh RNA (RNA-directed DNA polymerase ) atau lebih sering dikenal sebagai transcriptase balik ( reverse trancriptase).

DAFTAR PUSTAKA 1. Yuwono, Ir. Triwibowo, 2005. Biologi Molekular.Penerbit Erlangga:Jakarta. 2. Murray, Robert K,2003. Biokimia Harper, Edisi 25. EGC:Jakarta. 3. Shah, Farida Habib, 2001. Pengekspresan Gen. Dewan Bahasa dan Pustaka Ampang: Selangor. 4. 5. McKee, Trudy and James R. MacKee.2003. Biochemistry :The Suryo, Ir,2005. Genetika Strata 1.Cetakan Kesebelas. Gadjah Molecular Basic of Life.Third edition.McGraw-Hill:Boston. Mada University Press:Yogyakarta

PENUGASAN BLOK BIOMEDIS

REPLIKASI BAHAN BAHAN GENETIKA

Disusun oleh : Nama : Aflakha Rusyda 07711185 18 dr. Farida NIM : Kelompok Tutorial : Tutor :

FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS ISLAM INDONESIA

2008