Replikasi DNA

Replikasi : proses perbanyakan bahan genetik (genom : DNA dan RNA) Proses yg mengawali pertumbuhan sel Replikasi akan diikuti oleh pembentukan sel-sel anakan yg membawa duplikat bhn genetik hasil replikasi. Komposisi bahan genetik sel anakan sangat identik dengan komposisi genetik sel induk. Fungsi replikasi ini merupakan fungsi genotipik. Kesalahan dlm replikasi bhn genetik dpt mengakibatkan perubahan pd sifat sel-sel anakan Perbedaan struktural molekul bahan genetik (DNA) menyebabkan perbedaan mekanisme replikasi pada prokariot dan eukariot Replikasi pd prokariot dimulai dari satu situs awal replikasi (ORI) dan berlangsung ke dua arah menuju daerah terminasi Replikasi pd eukariot dimulai dari banyak ORI, bergerak ke dua arah

Ada 3 hipotesis mengenai replikasi DNA yaitu semikonservatif, konservatif dan dispersif Hipotesis semikonservatif : setiap molekul untai ganda DNA anakan terdiri atas satu untai-tunggal DNA induk dan satu untai tunggal DNA hasil sintesis baru. Konservatif : DNA untai ganda induk tetap bergabung sedangkan kedua untaian DNA anakan terdiri atas molekul hasil sintesis baru. Dispersif : molekul DNA induk mengalami fragmentasi sehingga DNA anakan terdiri atas campuran molekul lama (induk) dan molekul hasil sintesis baru Di antara ketiga cara replikasi DNA yang diusulkan tersebut, hanya cara semikonservatif yang dapat dibuktikan kebenarannya melalui percobaan yang dikenal dengan nama sentrifugasi seimbang dalam tingkat kerapatan atau equilibrium density-gradient centrifugation. Percobaan ini dilaporkan hasilnya pada tahun 1958 oleh M.S. Meselson dan F.W. Stahl.

Model replikasi semikonservatif memberikan gambaran bahwa untaian DNA induk berperan sbg cetakan (template) bagi pembentukan untaian DNA baru Dg dmk., salah satu bagian yg sangat penting dlm proses replikasi DNA adalah denaturasi awal untaian DNA yg mrpk proses enzimatis Denaturasi awal terjadi pd bagian DNA yg disebut ORI. Untaian DNA membuka membentuk struktur yg disebut garpu replikasi (replication fork) Garpu replikasi akan bergerak sehingga molekul DNA induk membuka secara bertahap Masing-masing untaian DNA yang sudah terpisah, berfungsi sebagai cetakan untuk penempelan nukleotida-nukleotida yg akan menyusun molekul DNA baru. Sekuens basa nitrogen DNA baru sesuai dengan sekuens basa cetakan DNA komplementernya

Replikasi bahan genetik memerlukan beberapa komponen utama yaitu :1. DNA cetakan2. Molekul deoksi ribonukleotida : dATP, dTTP, dCTP, dan dGTP3. Enzim DNA polimerase : enzim utama yg mengkatalisa polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA4. Enzim primase : mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA5. Enzim helikase : pembuka ikatan untaian DNA induk. Dibantu oleh enzim girase6. Protein SSB (single strand binding protein) : menstabilkan untaian DNA yg sudah terbuka7. Enzim DNA ligase : menyambung fragmen-fragmen DNAReplikasi DNA berlangsung dlm tahapan : 1) denaturasi (pemisahan) untaian DNA induk; 2). pengawalan (inisiasi) sintesis DNA; 3). Pemanjangan untaian DNA; 4). Ligasi fragmen DNA; 5) pengakhiran (terminasi) sintesis DNASintesis untaian DNA yg baru akan dimulai segera setelah ke dua untaian DNA induk terpisah membentuk garpu replikasi.Pemisahan dilakukan oleh enzim DNA helikase.Kedua untaian DNA induk menjadi cetakan dlm orientasi 5-P ke arah 3-OHJadi, ada dua untaian DNA cetakan yg orientasinya berlawananGarpu replikasi akan membuka secara bertahapSintesis untaian DNA baru yang searah dg pembukaan garpu replikasi akan dpt dilakukan dilakukan tanpa terputus (kontinyu) : untaian DNA awal (leading strand)Sebaliknya, tahap demi tahap (diskontinyu) : untaian DNA lambat (lagging strand)Mekanisme replikasi DNA berlangsung secara semidiskontinyu karena ada perbedaan mekanisme dlm proses sintesis kedua untaian DNAFragmen-fragmen DNA hasil replikasi diskontinyu (fragmen Okazaki) akan disambung (ligasi) dengan enzim DNA ligaseSintesis untaian DNA yg baru akan dimulai segera setelah ke dua untaian DNA induk terpisah membentuk garpu replikasi.Pemisahan dilakukan oleh enzim DNA helikase.Kedua untaian DNA induk menjadi cetakan dlm orientasi 5-P ke arah 3-OHJadi, ada dua untaian DNA cetakan yg orientasinya berlawananGarpu replikasi akan membuka secara bertahapSintesis untaian DNA baru yang searah dg pembukaan garpu replikasi akan dpt dilakukan dilakukan tanpa terputus (kontinyu) : untaian DNA awal (leading strand)Sebaliknya, tahap demi tahap (diskontinyu) : untaian DNA lambat (lagging strand)Mekanisme replikasi DNA berlangsung secara semidiskontinyu karena ada perbedaan mekanisme dlm proses sintesis kedua untaian DNAFragmen-fragmen DNA hasil replikasi diskontinyu (fragmen Okazaki) akan disambung (ligasi) dengan enzim DNA ligasePolimerisasi DNA hanya dpt dimulai jika tersedia molekul primer : molekul yg digunakan untuk mengawali proses polimerisasi untai DNAPrimer : molekul DNA, RNA atau protein spesifikPada transkripsi : tidak diperlukan primer.Dlm replikasi DNA in vivo, primer berupa molekul RNA berukuran 10-12 nukleotidaIn vitro, misal pada Polymerase Chain Reaction (PCR) : diperlukan DNA sebagai molekul primerFungsi primer : menyediakan ujung 3-OH yg akan digunakan untuk menempelkan molekul DNA pertama dlm proses polimerisasiSintesis RNA primer dilakukan oleh kompleks protein yg disebut primosom (primase+bbrp protein lain)Diperlukan lebih dari 1 primer untuk proses sintesis pada untaian DNA lambat (lagging strand)Pd. prokariot, polimerisasi dikatalisis DNA polimerase IIIDissosiasi enzim ini dari DNA cetakan terjadi saat bertemu dengan ujung 5-P RNA primer yg menempel pd bagian lainRNA primer pd fragmen Okazaki, didegradasi oleh aktivitas eksonuklease yg ada pd enzim DNA polimerase I.Bagian RNA yg terdegradasi, diisi oleh molekul DNA, meskipun antar fragmen masih ada celah (takik = nick)Celah terbentuk karena belum ada ikatan fosfodiester antara ujung 3-OH pd nukleotida terakhir yg disintesis oleh DNA polimerase I dengan ujung 5-P fragmen DNA yg ada didekatnyaTakik ini akan disambung oleh DNA ligase dengan menggunakan NAD atau ATP sebagai sumber energiPada untai DNA awal (leading strand) : hanya diperlukan satu molekul primer pd titik awal replikasiUntaian DNA baru disintesis dengan aktivitas DNA polimerase III secara kontinyu.

Replikasi dapat berlangsung ke dua arah yg berlawanan : replikasi dua arah (bidirectional replication) Replikasi 2 arah terjadi pada prokariot maupun eukariot Replikasi pada plasmid colE1 : satu arah Proses pemisahan untaian DNA dilakukan oleh enzim DNA helikase Pd. E. coli : helicase rep., DNA helikase I, DNA helikase II dan protein DnaB Selain helikase, enzim lain yg berperan dlm pemisahan untaian DNA adalah enzim DNA girase. DNA girase adalah salah satu enzim topoisomerase : suatu enzim yg dpt mengubah topologi molekul DNA yakni dengan memutus ikatan hidrogen Protein SSb menjaga agar bagian DNA yg sudah terpisah tidak berikatan lagi sehingga dpt digunakan sebagai cetakan Protein ini mempunyai sifat kooperatif, artinya pengikatan satu molekul protein pd untai tunggal DNA akan meningkatkan kekuatan ikat (affinity) molekul yg lain beberapa ribu kali.

Pd. E. coli sisi terminasi dicirikan oleh urutan basa DNA sepanjang 23 pb yg berikatan pd suatu protein spesifik yg disebut protein Tus (terminus utilization substance). Ada 6 sisi terminasi : TerA, TerB, TerC, TerD, TerE dan TerF Urutan konsensus sisi terminal ini adalah : AATTAGTATGTTGTAACTAAANT Urutan basa DNA ini diperlukan untuk menghentikan garpu replikasi Sekuens ter berikatan dengan protein Tus sehingga menghentikan aktivitas enzim helikase Pada saat menjelang akhir replikasi, kedua untai ganda DNA hasil replikasi masih saling berlilitan sebagai dua cincin yang disebut catenane sehingga harus diuraikan (proses decatenation) Salah satu ciri genom eukariot adalah strukturnya yang linier, berbeda dengan prokariot yang berupa DNA lingkar Pd prokariot : terminasi replikasi terjadi jika kedua garpu replikasi bertemu pada sisi terminasi Pd eukariot : terminasi pd ujung kromosom menggunakan aktivitas enzim telomerase yang me-replikasi telomer

Asri kusrianti dewiSiti khairoiyarohHeti NurhayatiLila Eka AgustianiIsnaeni Budi ApriliaAni Nikmahqonitat