C12 Replikasi DNA

download C12 Replikasi DNA

of 6

Embed Size (px)

Transcript of C12 Replikasi DNA

  • IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 9

    C12 Replikasi DNA Lecture Notes : SGBM

    Theme : Replikasi DNA

    Oleh : DR.rer.physiol dr. Septelia Inawati Wanandi

    A. Pendahuluan

    Dalam suatu fungsi kehidupan, setiap organisme akan

    melakukan replikasi DNA untuk memberikan salinan DNA yang

    sesuai kepada sel anakan. Maka dari itu perlu dipelajari bagaimana

    proses replikasi DNA yang terjadi pada sel prokariota dan

    eukariota.

    Model replikasi dari DNA telah tiga model yang dikemukakan

    antara lain adalah model konservatif, semi-konservatif, dan

    dispersif. Tetapi dalam kenyataannya, model yang diterima adalah

    model semi-konservatif. Macam-macam model replikasi DNA

    dapat dilihat di kanan.

    B. Replikasi DNA pada Prokariota

    Prokariota merupakan mikroorganisme uniseluler yang

    dibedakan dengan eukariota berdasarkan keberadaan membran

    inti sel, di mana prokariota tidak memiliki membran inti sel

    sehingga materi genetiknya pun bergerak bebas di sitosolnya.

    Selain itu, prokariota juga memiliki mini-DNA sirkular yang disebut

    dengan plasmid. Dalam pelaksanaan prosesnya, replikasi DNA

    pada prokariota ada yang mengatakan secara unidirectional (satu

    arah) ada yang bilang bidirectional (dua arah).

    Sebelum mengetahui bagaimana proses dari replikasi DNA

    pada prokariota, tentu harus diketahui apa saja hal-hal yang

    dibutuhkan untuk melakukan replikasi DNA, antara lain :

    1. DNA polimerase I dan III

    - DNA Polimerase III

    Merupakan enzim yang melakukan polimerisasi rantai DNA

    dengan cepat.

    - DNA Polimerase I

    Merupakan enzim yang dapat mengganti primer RNA yang

    telah disintesis oleh RNA primase menjadi DNA sekaligus

    melihat apakah ada kesalahan dalam pemasangan basa

    nitrogen (fungsi dari eksonuklease) sehingga memainkan

    peran dalam proofreading.

    Gambar 12. 1 Model Replikasi DNA

    Gambar 12. 2 Replikasi DNA pada

    Prokariota

  • IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 10

    C12 Replikasi DNA 2. RNA primase

    Merupakan enzim yang menyintesis primer RNA di bagian

    lagging strand untuk menyediakan OH pada 3 agar dapat

    membentuk DNA.

    3. DNA helikase

    Enzim yang membuka dsDNA menjadi ssDNA dengan

    memotong ikatan hidrogen pada DNA. Selain dengan enzim

    ini, untuk membuka dsDNA menjadi ssDNA dapat dilakukan

    peningkatan suhu. Pembukaan ulir ganda ini membentuk garpu

    replikasi (replication fork).

    4. DNA ligase

    Enzim yang berfungsi dalam penyambungan DNA pengganti

    primer RNA dan menyambungkan fragmen-fragmen Okazaki.

    5. DNA girase

    Enzim topoisomerase yang berfungsi untuk mengurangi

    tegangan di depan garpu replikasi dan membuka ikatan kuat

    pada struktur supercoil DNA.

    6. Single Stranded Binding Protein (SSBP)

    Protein yang berfungsi dalam pengikatan ssDNA yang telah

    terlepas agar tidak kembali berikatan lagi membentuk dsDNA.

    7. Protein inisiator (dnaB) pada E. Coli

    Berikut adalah mekanisme dari replikasi DNA pada prokariota :

    1. Unwinding struktur supercoil yang mengganggu proses replikasi

    DNA dengan enzim girase (mengkatalis pembentukan struktur

    supercoil negatif) dan membutuhkan ATP

    2. Kemudian, pembukaan rantai DNA sirkuler ini membentuk

    garpu replikasi (replication fork) dengan bantuan enzim helikase

    (pada E. Coli dalam pelaksanaan fungsi ini, ada dua yang

    berperan yaitu dnaB helikase1 dan protein dnaC) yang

    memerlukan ATP

    3. Bagian tempat asal replikasi ini terbentuk dan disebut dengan

    OriC

    4. Selanjutnya adalah pengikatan Single Stranded Binding Protein

    (SSBP) pada dua ssDNA agar terjadi pembentukan dsDNA lagi

    1 dnaB helikase dapat inaktif jika bakteri terinfeksi oleh suatu bakteriofage sehingga terjadi pengikatan protein

    bakteriofage dengan dnaB dan dilanjutkan dengan pengikatan ke protein O (protein pengikat Ori). dnaB dapat

    kembali aktif jika ada heat shock protein (HPS) antara lain dnaK, dnaJ, dan GrpE.

    Catatan Tambahan :

    Enzim helikase bakteri berperan

    dalam pembukaan lagging

    strand sementara untuk

    pembukaan leading strand

    menggunakan Rep protein.

  • IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 11

    C12 Replikasi DNA 5. Selanjutnya adalah penempelan DNA polimerase III di bagian

    ujung 5 dan melakukan polimerisasi ke ujung 3 tanpa

    membutuhkan primer, rantai ini disebut leading strand karena

    menyintesis DNA tanpa adanya hambatan

    6. Masalah terjadi di bagian rantai yang akan menyintesis DNA

    dengan arah 3 ke 5 karena sintesis harus tetap dilakukan

    dengan arah 5 ke 3 sehingga terjadi pembentukan DNA secara

    terhambat

    7. Ditambah lagi, polimerisasi DNA ini harus didahului dengan

    pembentuk primer (suatu RNA) oleh enzim RNA primase agar

    tersedia ujung OH di 3 agar dapat dilakukan polimerisasi DNA

    8. Setelah tersedia primer, barulah dilanjutkan dengan polimerisasi

    DNA oleh enzim DNA polimerasi III

    9. Karena pembuatannya tersendat-sendat bagian ini disebut

    dengan lagging strand dan menghasilkan fragmen-fragmen

    DNA kecil yang disebut dengan fragmen Okazaki

    10. Ada teori juga bahwa di lagging strand ini akan terbentuk suatu

    loop sehingga pembentukan lagging strand akan tetap searah

    5 ke 3

    11. Setelah itu, karena ini merupakan proses replikasi DNA, maka

    perlu diadakan penggantian primer yang merupakan RNA tadi

    dengan DNA

    12. Hal tersebut dibantun dengan enzim DNA polimerase I

    13. Selain mengubah RNA jadi DNA, DNA polimerase I juga

    berfungsi untuk mengawasi apakah ada kesalahan dalam

    pemasangan basa nitrogen sehingga DNA polimerase I

    berperan sebagai eksonuklease

    14. Setelah selesai, dilakukan penyatuan oleh enzim ligase

    15. Kemudian cetakan DNA telah siap digunakan

    Gambar 12.3 Replikasi DNA pada bakteri E. coli

  • IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 12

    C12 Replikasi DNA C. Replikasi DNA pada Eukariota

    Dalam proses replikasi DNA pada eukariota sebenarnya sama

    saja dengan prokariota hanya perbedaannya adalah di eukariota

    tidak terdapat protein inisiator sepert pada prokariota. Selain itu,

    garpu replikasi yang dibentuk banyak (lebih dari satu) sementara

    prokariota hanya membuat satu garpu replikasi. Dan sistemnya

    tidak beda. Untuk itu langsung saja berikut langkah dari replikasi

    DNA pada eukariota :

    1. Unwinding struktur supercoil yang mengganggu proses

    replikasi DNA dengan enzim topoisomerase (mengkatalis

    pembentukan struktur supercoil negatif) dan membutuhkan

    ATP

    2. Kemudian, pembukaan rantai DNA ini membentuk garpu

    replikasi (replication fork) dengan bantuan enzim helikase yang

    membutuhkan ATP

    3. Selanjutnya adalah pengikatan Single Stranded Binding Protein

    (SSBP) pada dua ssDNA agar terjadi pembentukan dsDNA lagi

    4. Selanjutnya adalah penempelan DNA polimerase III di bagian

    ujung 5 dan melakukan polimerisasi ke ujung 3 tanpa

    membutuhkan primer, rantai ini disebut leading strand karena

    menyintesis DNA tanpa adanya hambatan

    5. Masalah terjadi di bagian rantai yang akan menyintesis DNA

    dengan arah 3 ke 5 karena sintesis harus tetap dilakukan

    dengan arah 5 ke 3 sehingga terjadi pembentukan DNA secara

    terhambat

    6. Ditambah lagi, polimerisasi DNA ini harus didahului dengan

    pembentuk primer (suatu RNA) oleh enzim RNA primase agar

    tersedia ujung OH di 3 agar dapat dilakukan polimerisasi DNA

    7. Setelah tersedia primer, barulah dilanjutkan dengan polimerisasi

    DNA oleh enzim DNA polimerasi III

    8. Karena pembuatannya tersendat-sendat bagian ini disebut

    dengan lagging strand dan menghasilkan fragmen-fragmen

    DNA kecil yang disebut dengan fragmen Okazaki

    9. Ada teori juga bahwa di lagging strand ini akan terbentuk suatu

    loop sehingga pembentukan lagging strand akan tetap searah

    5 ke 3

    10. Setelah itu, karena ini merupakan proses replikasi DNA, maka

    perlu diadakan penggantian primer yang merupakan RNA tadi

    dengan DNA

    11. Hal tersebut dibantun dengan enzim DNA polimerase I

    12. Selain mengubah RNA jadi DNA, DNA polimerase I juga

    berfungsi untuk mengawasi apakah ada kesalahan dalam

    Gambar 12.4 Replikasi DNA Eukariota

  • IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 13

    C12 Replikasi DNA pemasangan basa nitrogen sehingga DNA polimerase I

    berperan sebagai eksonuklease

    13. Setelah selesai, dilakukan penyatuan oleh enzim ligase

    14. Kemudian cetakan DNA telah siap digunakan

    D. Perbaikan DNA

    DNA dapat mengalami kerusakan untuk itu perlu diperbaiki

    agar tetap bisa menjalankan fungsi kehidupan. Kesalahan pada

    DNA dapat terjadi secara spontan maupun dengan adanya induksi

    (seperti mutasi). Berikut mekanisme perbaikan DNA :

    1. Fotoreaktivasi

    Terdapat DNA yang rusak kemudian karena ada rangsang

    cahaya barulah enzim tunggal membuang atau membalikkan

    DNA yang rusak oleh sebuah enzim.

    2. Eksisi atau Perbaikan Gelak (Dark Repair)

    Dalam pelaksanaannya, melibatkan empat mekanisme, antara

    lain :

    - Endonuklease spesifik (UV endonuklease) membuat

    patahan untai tunggal di ujung 5 tempat pembentukan

    dimer

    - Aktivitas eksonuklease (DNA Polimerase I) dari 5 ke 3

    membuang nukleotida-nukleotida di tempat yang rusak

    - DNA polimerase I menyintesis DNA ulang dari 5 ke 3

    Gamb