Tahapan Replikasi DNA

REPLIKASI DNA

DNA atau asam deoksiribonukleat merupakan polimer yang terdiri atas  tiga komponen utama,  yaitu gugus  fosfat, gula deoksiribosa, dan basa nitrogen. Salah satu fungsi pokok DNA adalah menyimpan informasi genetik dan dengan tepat dapat meneruskan informasi tersebut dari tetua kepada keturunannya, dari generasi ke generasi. Fungsi ini merupakan fungsi genotipik, yang dilaksanakan melalui replikasi.

Mekanisme replikasi bahan genetik sangat kompleks dan melibatkan banyak protein yang masing-masing mempunyai peranan spesifik. Ada tiga teori replikasi molekul DNA yaitu sebagai berikut : 

1.    Semi konservatif, pada teori replikasi semikonservatif double helix mengalami pembukaan terlebih dahulu sehingga kedua untai polinukleotida akan saling terpisah, namun masing-masing untai ini tetap dipertahankan dan akan bertindak sebagai cetakan (template) bagi pembentukan untai polinukleotida baru.

2.    Konservatif, pada teori konservatif, dua pita spiral dari double helix memisahkan diri dan tiap pita tunggal berlaku sebagai pencetak untuk membentuk pita pasangan yang baru.

3.    Dispersi, pada teori replikasi dispersif kedua untai polinukleotida mengalami fragmentasi di sejumlah tempat. Fragmen-fragmen polinukleotida yang terbentuk akan menjadi cetakan bagi fragmen nukleotida baru sehingga fragmen lama dan baru akan dijumpai berselang-seling di dalam tangga berpilin yang 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.

Replikasi DNA bersifat semi-koservatif, artinya satu molekul DNA untai ganda bereplikasi untuk menghasilkan dua molekul DNA baru yang identik. Masing-masing molekul DNA baru itu terdiri dari satu rantai DNA lama dan satu rantai DNA baru (Gambar 4.2).  Pada replikasi DNA, mula-mula kedua untai DNA terpisah, kemudian masing-masing untai berfungsi sebagai  templat untuk sintesis untai DNA yang baru, sehingga proses replikasi menghasilkan dua molekul DNA baru, masing-masing memiliki satu rantai lama dan satu rantai baru 

  Gambar 4.2.  Replikasi DNA bersifat semi-konservatif

Tahapan Replikasi DNA

1.    Denaturasi untaian DNA induk

Denaturasi untaian DNA adalah titik awal dari replikasi, Di dalam rantai DNA, titik awal dimulainya replikasi DNA disebut sebagai ori (‘origin of replication”).  Pada bakteri Escherichia coli, replikasi dimulai dari  oriC, suatu urutan DNA spesifik yang terikat pada membran sel bakteri. Replikasi DNA berlangsung ke dua arah, kedua untaian DNA untuk replikasi dan sejumlah protein yang berbeda turut serta dalam proses ini.

Tahap pembukaan DNA untai ganda dikatalis oleh 3 macam enzim yaitu :

1.    Helikase adalah enzim yang berfungsi membuka untai ganda di cabang replikasi, dan memisahkan kedua untai lama.

2.    Enzim untai destabilizing protein atau single stranded DNA binding protein (SSB), molekul dari protein pengikat untai tunggal kemudian berjajar disepanjang untai-untai  lama yang tidak berpasangan menjaga agar untai-untai ini tetap terpisah selama mereka bertindak sebagai cetakan untuk sintesis untai-untai komplementer yang baru

3.    DNA girase, enzim ini mengkatalis pembukaan untai ganda sebelum proses   replikasi dimulai .

Seperti digambarkan dalam gambar diperlukan helikase dengan ikatan helikase II atau III pada untaian tertinggal dan ikatan protein rep pada untaian terkemuka, yang dibutuhkan untuk pelepasan berlanjut dari DNA pada garpu replikasi. Stabilisasi selanjutnya dari DNA yang dilepaskan ditetapkan oleh agregat tetramerik dari protein untaian tunggal pengikat DNA yang melapisi kedua untaian yang terpisah dan mencegah terjadinya penguatan kembali dengan berlangsungnya replikasi, molekul SSB berdaur kembali untuk berikatan dengan tempat-tempat untaian tunggal sepanjang DNA.

2. Inisiasi sintesis DNA

Inisiasi sintesis DNA melibatkan sintesis 5’→3’ dari RNA primer kecil dikatalisis oleh enzim primase, yang dikompleksir dengan enam atau tujuh polipeptida lain.

Replikasi atau proses biosintesis DNA berlangsung dengan komponen-komponen sebagai berikut : DNA polimerase yaitu enzim yang mengkatalis pemanjangan rantai nukleotida satu dengan yang lainnya. Untuk reaksi polimerisasi DNA diperlukan DNA templat, substrat yang terdiri dari ke empat macam deoksiribonukleosida trifosfat (dNTP) yaitu:  dATP,  dGTP, dCTP dan  dTTP), enzim DNA polimerase dan  primer, suatu oligonukleotida yang sudah berpasangan dengan templat. Basa dari dNTP berpasangan (membentuk ikatan hidrogen) dengan basa komplemen yang sesuai pada templat. Reaksi yang terjadi adalah serangan nukleofilik oleh gugus 3’-OH dari nukleotida pada ujung 3’ rantai yang sedang tumbuh terhadap 5’-α-fosfat dari dNTP yang datang, membentuk ikatan fosfodiester

3. Pemanjangan untaian DNA

            Sintesis suatu RNA primer diikuti dengan penambahan suatu rangkaian DNA pada terminus-3’ (pemanjangan rantai). Proses pemanjangan dikatalisis oleh holoenzim DNA polimerase III. Untuk melengkapi sintesis dari suatu untaian DNA utuh, diperlukan dua enzim tambahan yaitu DNA polimerase dan Ligase DNA. Proses pengakhiran seperti gambar , memerlukan penyatuan suatu fragmen pada fragmen lainnya. Seperti dinyatakan, DNA polymerase I mempunyai peranan ganda untuk membuka RNA primer (aktivitas eksonuklease 5’→3’) dan memperluas rangkaian DNA terminus-3’ dari fragmen (aktivitas polymerase 5’→3’). Perhatikan bahwa proses degradasi dan pemanjangan, dikatalisis oleh dua tempat pada DNA polimerase I, terjadi secara bersamaan dan menimbulkan produksi fragmen yang hanya mengandung DNA.