DNA selain memiliki kemampuan membentuk RNA, juga mampu membentuk DNA baru yang identik dengan DNA lama. Kemampuan menggandakan DNA baru yang deikian itu disebut duplikasi / replikasi. Peristiwa duplikasi / replikasi DNA ini sangat penting pada penurunan sifat induk ke keturunan. Contoh pada peristiwa penggandaan sel melalui proses pembelahan. Sebelum sel membelah selalu didahului oleh adanya peristiwa duplikasi / replikasi DNA, sehingga setiap sel anak akan mendapatkan DNA yang identik atau tidak identik dengan sel induk, semua itu tergantung pada macam pembelahan selnya. Jika macam pembelahan secara mitosis maka sel-sel anak akan memiliki DNA identik dengan sel induk, sedangkan bila pembelahannya secara meiosis maka sel-sel anak akan memiliki DNA yang tidak identik dengan DNA sel induk.

Cara duplikasi / replikasi DNA ada 3 teori, yaitu:

1. Replikasi semikonservatif,masing-masing pita DNA bertindak sebagai templat, sehingga terbentuk pita tunggal baru yang komplementer / saling melengkapi dengan pita tunggal DNA lama, yang pada akhirnya menjadi dua DNA baru yang identik dengan DNA lama.

2. Replikasi konservatif. Satu molekul DNA langsung membentuk molekul DNA baru tanpa pemisahan pita-pita.

3. Replikasi dispersiv, pita DNA lama terputus-putus dan membentuk pita DNA baru, selanjutnya potongan-potongan pita DNA lama bergabung dengan potongan-potongan pita DNA baru yang disintesisnya.

Proses diatas melibatkan berbagai macam enzim antara lain:

Enzimhelikaseberfungsi membukanya pita double helixs DNA

Enzimnukleaseberfungsi menghidrolisis rantai polinukletida menjadi rantai mononukleotida

Enzimpolimeraseyang memacu terbentuknyarantai mononukleotida baru sebagai pasangan mononukleotida lama

Enzimligaseyang berfungsi mengikat semua rantai mononukleotida menjadi rantai polinukleotida double helixs DNA.

Jadi sebagai pembawa informasi genetik DNA memiliki fungsi sebagai :

o Heterokatalitis, artinya DNA dapat mensintesa molekul kimiawi lainnya, seperti RNA, protein.

o Autokatalitis, artinya DNA dapat mensintesa dirinya sendiri.

New copasDefinisi Replikasi

Bahan genetik yang ada pada setiap jasad akan mengalami proses perbanyakan sebagai salah satu tahapan sangat penting dalam proses pertumbuhan sel atau perbanyakan partikel virus. 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 anakan (progeny) mempunyai komposisi yang sangat identik dengan komposisi bahan genetik sel induk. Replikasi bahan genetik diikuti oleh pembentukan sel-sel anakan yang membawa duplikat bahan genetik hasil replikasi. Sehingga kesalahan dalam proses replikasi bahan genetik dapat mengakibatkan perubahan pada sifasifat 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 energy.

Hipotesis Mekanisme Replikasi DNA

Sebelum mekanisme replikasi DNA dapat dibuktikan secara eksperimental oleh Matthew dan Franklin Sthal pada tahun 1958, ada tiga hipotesis yang berkembang mengenai mekanisme replikasi DNA, antara lain model replikasi secara:

1. Semikonservatifyang dikemukakan oleh Watson dan Crick, dimana setiap molekul untaian ganda DNA anakan terdiri atas satu untaian-tunggal DNA induk dan satu untaian-tunggal DNA hasil sintesis baru.

2. Konservatif. Molekul DNA untaian-ganda induk tetap bergabung sedangkan kedua untaian DNA anakan terdiri atas molekul hasil sintesis baru.

3. Dispersif, menyatakan bahwa molekul DNA induk mengalami fragmentasi sehingga DNA anakan terdiri atas campuran molekul lama (berasal dari DNA induk) dan molekul hasil sintesis baru.

Gambar macam-macam hipotesis mekanisme replikasi DNA

Pembuktian Replikasi Semikomservatif oleh Mattew Meselson dan Franklin Stahl

Hipotesa tentang replikasi semikonservatif diusulkan oleh Watson dan Crick setelah publikasi paper mereka tentang stuktur DNA; teori tersebut dibuktikan percobaan yang didesign oleh Mattew Meselson dan Franklin Stahl pada tahun 1958. Meselson dan Stahl menumbuhkan sel Escherichia coli selama beberapa generasi pada medium dimana sumber nitrogen (NH4Cl) mengandung 15N, isotop nitrogen terberat disamping isotop normal, yakni 14N. DNA yang terisolasi dari sel ini memiliki densitas 1% lebih besar dari pada DNA normal DNA[14N]. Meskipun perbedaannya kecil, campuran [15N]DNA berat dengan [14N]DNA ringan dapat dipisahkan dengan sentrifugasi untuk keseimbangan pada garadien densitas klorida sesium.

Sel E.coli yang berkembang pada medium 15N ditransfer ke medium baru yang hanya mengandung isotop 14N, dimana sel-sel tersebut dibiarkan berkembang sampai populasi sel menjadi berlipat ganda. DNA yang terisolasi dari generasi pertama sel membentuk pita tunggal pada gradient CsCl pada posisi yang mengindikasikan bahwa DNA helik ganda dari sel turunan merupakan hibrida yang mengandung satu strand 14N baru dan satu stran 15N inang.

Hasil ini menumbangkan replikasi konservatif, hipotesis lain dimana satu turunan molekul DNA akan terdiri dari dua strand DNA hasil sintesa baru dan yang lainnya akan mengandung dua strand inang, sementara tidak akan dihasilakan molekul DNA hybrid pada percobaan Meselson-Stahl. Hipotesis replikasi semikonservatif kemudian mendukung langkah selanjutnya pada percobaan. Pada medium 14N, sel dibiarkan mengganda, dan produk hasil DNA dari lingkaran kedua replikasi ini menunjukan dua pita, satu memiliki densitas yang sama dengan DNA ringan dan yang lainnya memiliki densitas DNA hybrid yang diamati sel pertama menggandakan diri. Hasil eksperimen seperti gambar dibawah ini:

Meskipun demikian, bukti-bukti baru menunjukkan adanya penyimpangan dari teori replikasi semacam ini. Diketahui bahwa mekanisme replikasi DNA pada virus tertentu, misalnya virus X174, yang genomnya berupa DNA untaian-tunggal, melibatkan tahapan proses replikasi DNA dengan mekanisme yang berbeda yaitu dengan model konservatif, meskipun hanya pada tahapan tertentu.

Mekanisme Replikasi DNA Semi-Konservatif

Tahapan mekanisme replikasi DNA semikonservatif secara garis besar adalah:

1. pemisahan (denaturation, denaturasi) untaian DNA induk,

2. peng-awal-an (initiation, inisiasi) sintesis DNA,

3. pemanjangan (elongation, elongasi) untaian DNA,

4. ligasi (ligation) fragmen-fragmen DNA, dan

5. peng-akhir-an (termination, terminasi) sintesis DNA.

Gambar mekanisme replikasi DNA semikonservatif

Penjelasan tahapan replikasi DNA semikonservatif secara SINGKAT

keterangan: (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

1. Heliks ganda DNA (merah) dibuka menjadi dua untai tunggal oleh enzim helikase (9) dengan bantuan topoisomerase (11) yang mengurangi tegangan untai DNA.

2. Untaian DNA tunggal dilekati oleh protein-protein pengikat untaian tunggal (10) untuk mencegahnya membentuk heliks ganda kembali.

3. Primase (6) membentuk oligonukleotida RNA yang disebut primer (5)

4. Molekul DNA polimerase (3) & (8) melekat pada seuntai tunggal DNA dan bergerak sepanjang untai tersebut memperpanjang primer, membentuk untaian tunggal DNA baru yang disebut leading strand (2) dan lagging strand (1).

5. DNA polimerase yang membentuk lagging strand mensintesis segmen-segmen polinukleotida diskontinu (disebut fragmen Okazaki (7)).

6. Enzim DNA ligase (4) kemudian menyambungkan potongan-potongan lagging strand.

Penjelasan tahapan replikasi DNA semikonservatif secaraRINCI1.Inisiasi, DNA dalam sel-sel eukaryotik memiliki ARCs (autonomously replicating sequence) yang berperan sebagai asal muasal replikasi dan mereka saling berlawanan dari asal bakterial (ORI). ARCs terdiri atas 11 pasangan landasan rentetan tambah dua atau tiga rentetan nucleotida pendek tambahan dengan 100 hingga 200 pasangan landasan sepanjang area DNA. 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. Pengenalan situs awal replikasi, oleh suatu protein komponen polymeraseDnaAyang dihasilkan oleh gendnaA.

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 53, sedangkan DNA polimerase bergerak pada DNA induk dengan arah 35. Namun demikian, salah satu untaian DNA induk pada garpu replikasi berorientasi 35, sementara untaian lainnya berorientasi 53, dan helikase bergerak membuka untaian rangkap DNA dengan arah 53. 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 53 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 53. 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-3OH).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.

Enzim-enzim yang berperan dalam proses replikasi DNA

No.Nama EnzimKeterangan Fungsi

1Helikase (DnaB)memutuskan ikatan-ikatan hidrogen yang menyatukan kedua untaian DNA sehingga terbentuk garpu/cabang replikasi

2Topoisomerasemengurangi ketegangan superheliks DNA dengan menciptakan istirahat sementara pada satu atau kedua untai DNA

3Primasemensintesis RNA-primer

menghentikan perkembangan garpu/cabang replikasi untuk mencegahleading strandmelampauilagging strandmengawali pembentukan DNA baru pada leading strand atau DNA fragmen Okazaki pada lagging strand oleh DNA Polimerase

4DNA polimeraseenzim utama yang mengkatalisi proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA

menambahkan nukleotida bebas hanya pada ujung 3' dari rantai yang baru terbentuk, sehingga terjadinya elongasi (pemanjangan) pada rantai baru dengan arah dari ujung 5' ke ujung 3'.

menggunakan gugus OH 3' bebas pada RNA-primer untuk mensintesis DNA dengan arah 5'3'

hanya bisa menambahkan nukleotida ke ujung 3' yang sudah ada, karena itu butuhprimersehingga nukleotida dapat ditambahkan

5DNA ligasemenggabung fragmen-fragmen okazaki(lagging strand) saat proses replikasi

menyambung potongan-potongan DNA yang baru disintesis

BY:NURSAPTIA PURWA ASMARAAT3:29:00 PM

EMAIL THIS

HYPERLINK "http://www.blogger.com/share-post.g?blogID=2006262603854322286&postID=1896606848719393021&target=blog" \o "BlogThis!" \t "_blank" BLOGTHIS!

HYPERLINK "http://www.blogger.com/share-post.g?blogID=2006262603854322286&postID=1896606848719393021&target=twitter" \o "Share to Twitter" \t "_blank" SHARE TO TWITTER

HYPERLINK "http://www.blogger.com/share-post.g?blogID=2006262603854322286&postID=1896606848719393021&target=facebook" \o "Share to Facebook" \t "_blank" SHARE TO FACEBOOKNew Copas 2

Replikasi DNA adalah proses membuat salinan DNA. DNA bereplikasi dengan replikasi semi-konservatif, yang berarti bahwa satu helai induk helix ganda adalah kekal dalam setiap molekul DNA baru. Meselson dan Stahl adalah ilmuwan yang menunjukkan bahwa DNA mengikuti model semi-konservatif. Mereka mampu menyangkal replikasi konservatif, dimana semua DNA induk dilestarikan dalam molekul asli, setelah hanya satu putaran replikasi DNA. Setelah empat ulangan lagi, mereka juga menyangkal replikasi dispersif, yang menunjukkan bahwa DNA baru terdiri alternating induk dan anak DNA.

Model DNA Double HelixModel yang diusulkan Watson dan Crick pada tahun 1953 untuk menggambarkan struktur molekul DNA adalah penemuan penting. Tapi saat itu, banyak ilmuwan tidak yakin bahwa ini adalah model yang tepat. Sejalan dengan model struktural DNA mereka, Watson dan Crick juga mengusulkan sebuah model untuk menjelaskan bagaimana DNA disalin dalam sel. Banyak ilmuwan berpikir model produksi DNA mereka tidak masuk akal, dan itu menyebabkan beberapa orang meragukan apakah mereka benar tentang double helix. Mari kita belajar lebih banyak tentang ilmu di balik penemuan DNA untuk mengetahui bagaimana masalah ini diselesaikan.

Para ilmuwan telah mengenal waktu yang sangat lama bahwa organisme membuat salinan DNA mereka. Membuat salinan tambahan dari instruksi dalam DNA memungkinkan organisme untuk tumbuh dan berkembang biak. Kata ilmiah untuk copy adalah replikasi. Jadi ketika kita berbicara tentang DNA membuat salinan dari dirinya sendiri, kita menyebutnyareplikasi DNA.

Mari kita segera meninjau hal-hal yang telah kita pelajari tentang DNA. Sebuah rantai DNA terdiri dari komponen yang lebih kecil yang disebutnukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari gula, fosfat dan basa nitrogen. Nukleotida dibagi menjadi dua helai yang berhubungan bersama-sama seperti anak tangga pada tangga, dan tangga dipelintir menjadi bentuk yang kita sebutdouble heliks. Watson dan Crick pertama kali mengajukan model struktural, dan studi ilmiah lebih lanjut telah menunjukkan bahwa mereka pada dasarnya benar. Jadi, mengapa mereka ditantang oleh komunitas ilmiah?

Tiga Model Berbeda Untuk Replikasi DNAWatson dan Crick telah mengusulkan bahwa untuk menggandakan dirinya, DNA harus membuka ke pusat, semacam seperti ritsleting akan terpisah, sehingga untai DNA baru bisa dibangun di atas helai terbuka. Mengikuti aturan bebas pemasangan basa, adenin akan berpasangan dengan timin, dan sitosin akan berpasangan dengan guanin. Ide ini disebutmodel template(cetakan), karena salah satu untai DNA berfungsi sebagai cetakan untuk yang baru.

Watson dan Crick menduga bahwa model ini akan menghasilkan dua untai ganda DNA baru, masing-masing dengan satu helai induk (atau template) DNA dan satu untai DNAanak (atau baru disintesis) . Mereka menyebut ini modelsemi-konservatif, karena setengah dari DNA induk itu dilestarikan di setiap molekul DNA baru.

Para ilmuwan melihat DNA helix ganda dan bertanya-tanya bagaimana di dunia ini mungkin bisa membuka diri tanpa menjadi kusut atau terkoyak. Jadi mereka pikir beberapa ide lain tentang bagaimana replikasi DNA bekerja. Satu hipotesis, disebut modeldispersif,menyarankan bahwa DNA hanya disalin untuk potongan pendek pada suatu waktu, menghasilkan untai baru yang berganti-ganti induk dan anak DNA. Ide lain, yang disebutmodel konservatif,berpendapat bahwa DNA tidak terbelah sama sekali, tapi entah bagaimana terus untaian induk utuh sementara membuat salinan sama sekali baru dan terpisah.

Tak ada yang tahu pasti bagaimana replikasi DNA benar-benar bekerja sampai dua ilmuwan bernama Matthew Meselson dan Franklin Stahl merancang percobaan cerdik pada tahun 1958. Mereka menyadari bahwa mereka bisa menguji semua tiga model sekaligus dengan melacak apa yang terjadi pada salah satu untai DNA induk karena menghasilkan serangkaian eksemplar.

Setiap model memprediksi distribusi yang berbeda dari DNA induk mengikuti putaran replikasi DNA. Jika Meselson dan Stahl mampu melacak induk dibandingkan DNA baru, mereka juga bisa mendukung atau menolak prediksi dari tiga model yang berbeda.

Percobaan Meselson-StahlMeselson dan Stahl memutuskan cara terbaik untuk menandai DNA induk akan mengubah salah satu atom dalam molekul DNA induk. Ingat bahwa nitrogen ditemukan dalam basa nitrogen masing-masing nukleotida. Jadi mereka memutuskan untuk menggunakan isotop nitrogen untuk membedakan antara induk dan DNA baru disalin. Isotop nitrogen memiliki neutron tambahan dalam inti, yang membuatnya lebih berat.

Anda dapat melihat dari tabel periodik yang sebagian atom nitrogen memiliki berat atom 14. Kita menyebutnya atom N-14. Tapi sebuah isotop dengan tambahan neutron memiliki berat 15, jadi kita menyebutnya N-15. Para ilmuwan memutuskan untuk memulai dengan molekul DNA induk yang hanya berisi N-15. Kalau saja N-14 nukleotida yang tersedia selama replikasi DNA, mereka akan mampu membedakan mana bagian datang dari untai ganda asli dan bagian mana telah dibuat selama proses replikasi.

Untuk membuat DNA harus melalui banyak putaran replikasi, Meselson dan Stahl memanfaatkan kekuatan reproduksi umum bakteri E. coli. Mereka memastikan bahwa batch pertama dari bakteri yang terdapat hanya DNA N-15. Kemudian, mereka menempatkan bakteri menjadi media yang hanya mengandung atom N-14. Dengan begitu, setiap kali bakteri direproduksi, mereka akan dipaksa untuk menggabungkan N-14 ke dalam DNA baru mereka. Para ilmuwan duduk kembali dan membiarkan bakteri mulai bekerja.

Dengan setiap generasi baru bakteri, Meselson dan Stahl mengambil sampel sehingga mereka bisa melihat bagaimana DNA N-15 sedang didistribusikan dalam molekul anak. Sekarang, Anda mungkin bertanya-tanya, bagaimana mereka bisa membedakan antara DNA N-15 dan N-14 ? Ini tidak seperti Anda benar-benar dapat melihat sebuah isotop nitrogen. Bagaimana para ilmuwan mengetahui berapa banyak N-15 berada di dalam setiap molekul?

Jawabannya adalah berat atom. Karena N-15 memiliki satu neutron tambahan, itu akan sedikit lebih berat dari N-14 dan karena itu membuat molekul DNA lebih padat. Kita dapat memisahkan molekul DNA berdasarkan perbedaan dalam kepadatan mereka. Untuk melakukan ini, kita menggunakansentrifus, sebuah perangkat tabung reaksi yang berputar dengan kecepatan yang sangat tinggi. Ketika tabung reaksi diputar dalam sentrifugal, semua isi didorong ke arah bawah. Zat yang tenggelam terberat jauh di bawah tabung, dan zat ringan mengapung. Jadi, jika Anda menerapkan gaya sentrifugal untuk campuran dua jenis DNA, berat DNA N-15 tenggelam untuk tingkat yang lebih rendah daripada molekul N-14.

Setiap kali Meselson dan Stahl ingin mengambil sampel dari DNA bakteri, mereka harus memotong organisme kecil dan mengosongkan semua isi ke dalam tabung reaksi. Mereka dicampur dalam larutan garam dan kemudian memutar tabung reaksi selama berjam-jam untuk membuat zat memisah. Kemudian mereka menggunakan teknik khusus untuk melihat seberapa jauh molekul DNA tenggelam di dalam tabung.

Ketika sampel kelompok bakteri pertama mereka, Meselson dan Stahl melihat sebuah pita gelap dalam tabung tes di mana DNA N-15 telah tenggelam dan berkumpul di satu tempat. Tapi setelah mereka membiarkan bakteri berkembang biak, mereka mendapat hasil yang jauh berbeda dalam sampel mereka. DNA masih tenggelam di dalam tabung, tetapi tidak hampir sejauh generasi pertama. Ini adalah bentuk ringan dari DNA, yang berarti bahwa itu tidak benar-benar dibuat dengan isotop N-15. Setelah satu replikasi, semua DNA telah diubah menjadi hibrida DNA N-15 dan N-14 .

Hasil Dari PercobaanSegera, Meselson dan Stahl tahu bahwa mereka bisa mengesampingkan salah satu dari tiga model. Model konservatif, yang menunjukkan bahwa molekul DNA asli tetap utuh,harus palsu. Model konservatif memperkirakan bahwa percobaan sentrifugasi akan menghasilkan dua pita yang berbeda satu pita yang mewakili DNA dengan hanya N-15 dan satu pita yang mewakili DNA dengan hanya N-14. Karena mereka mengamati hanya satu pita dengan DNA kepadatan menengah, mereka tahu bahwa setiap satu dari molekul DNA baru masing-masing terkandung campuran dari kedua bentuk nitrogen.

Tapi Meselson dan Stahl masih harus mencari tahu apakah replikasi DNA mengikuti dispersif atau model semi-konservatif. Karena kedua model akan menghasilkan hibrida induk dan anak DNA, pita menengah masih konsisten dengan kedua model. Dalam rangka untuk mencari tahu apa yang sebenarnya terjadi, Meselson dan Stahl harus membiarkan bakteri tetap bereplikasi dan mempelajari sampel DNA setelah setiap generasi.

Sebelum kita mencari tahu apa yang sebenarnya terjadi, mari kita berpikir tentang kemungkinan yang tersisa untuk percobaan ini. Bagaimana kita akan tahu apakah replikasi DNA adalah dispersif atau semi-konservatif? Apa yang kita harapkan untuk melihat apakah salah satu dari model yang mungkin itu benar?

Pertama, kita akan menganggap model dispersif benar menggambarkan replikasi DNA. Dalam replikasi dispersif, DNA disalin dalam potongan pendek, dan hasilnya adalah molekul yang bergantian potongan DNA induk dengan anak DNA. Setelah satu replikasi, molekul baru akan 50% induk dan 50% anak DNA. Setelah replikasi lain, hasilnya akan menjadi 25% dari induk asli dan 75% DNA baru disalin.

Jadi dalam setiap generasi, jumlah DNA induk akan dipotong setengah. Dalam kasus percobaan kami, generasi kedua ini akan memiliki DNA 25% N-15 dan 75% N-14 . Pada generasi ketiga, hanya akan 12,5% dari DNA N-15. Jadi kita akan selalu berharap untuk melihat salah satu pita DNA terus menerus dalam tabung tes. Pita ini akan bergerak sedikit lebih tinggi pada tabung pada setiap generasi ketika molekul DNA menjadi semakin ringan dan lebih ringan.

Di sisi lain, data apa yang kita harapkan untuk melihat apakah model semi-konservatif yang benar? Dalam model ini, setiap molekul DNA baru akan berisi satu untai DNA induk penuh terkait di tengahnya dengan satu untai DNA penuh anak. Setelah satu replikasi, semua DNA baru akan memiliki kepadatan yang sama. Tapi, setelah putaran kedua replikasi, dua jenis DNA akan muncul: beberapa hibrida N-15 dan N-14, seperti babak sebelumnya, dan beberapa yang sepenuhnya terdiri dari DNA N-14.

Hal ini karena untai induk asli, ketika terpecah satu sama lain di awal, dilestarikan dan disimpan sebagai helai DNA N-15 terus menerus. Mereka helai induk dapat bermitra dengan N-14 nukleotida baru, tetapi mereka selalu akan terhubung sepanjang rantai. Oleh karena itu, ketika jumlah N-14 akan tumbuh dan berkembang atas setiap generasi, akan selalu ada dua molekul DNA yang mengandung satu untai DNA induk masing-masing . Dalam percobaan, kita akan mengharapkan untuk melihat dua band terpisah muncul dalam tabung uji: satu dengan pertumbuhan populasi DNA N-14 dan satu dengan hibrida N-15 awal.

Ternyata, Meselson dan Stahl mengamati pemisahan band yang menjadi lebih jelas pada setiap generasi baru. Mereka hanya harus mengamati empat putaran replikasi sebelum mereka tahu pasti bahwa model semi-konservatif itu benar.

Ini adalah terobosan besar dalam bidang biologi karena begitu banyak ilmuwan telah berdebat tentang masalah replikasi DNA. Meselson dan Stahl mampu membantah dua hipotesis, dan sangat mendukung yang ketiga, hanya dengan melakukan percobaan cerdik sederhana.