Replikasi DNA

Replikasi DNA adalah proses penggandaan molekul DNA untai ganda. Pada sel, replikasi DNA terjadi sebelum pembelahan sel. Prokariota terus-menerus melakukan replikasi DNA. Pada eukariota, waktu terjadinya replikasi DNA sangatlah diatur, yaitu pada fase S daur sel, sebelum mitosis atau meiosis I. Penggandaan tersebut memanfaatkan enzim DNA polimerase yang membantupembentukan ikatan antaranukleotida-nukleotida penyusun polimerDNA. Proses replikasi DNA dapat pula dilakukan in vitro dalam proses yang disebut reaksiberantai polimerase (PCR)Replikasi adalah proses duplikasi DNA secara akurat. Genom manusiapadasatuselterdirisekitar3milyardanpadasaatreplikasiharusdiduplikasi secara akurat (persis tidak boleh ada yang salah). Replikasi adalah transmisi vertical (dari sel induk ke sel anak supaya informasi genetik yang diturunkan sama dengan sel induk). Replikasi hanya terjadi pada fase S (pada mamalia). Replikasi terjadi sebelum sel membelah dan selesai sebelum fase M.Proses replikasi pertama kali di mulai ketika enzyme Helicase memutus ikatan kimia yang paling lemah diantara dua rantai polinukleotida. Untaian DNA diputus tepat di tengah memisahkan pasangan-pasangan basa. Rantai polinukleotida yang baru dipisahkan menjadi rantai tunggal akan menjadi rantai dasar (template) untuk membentuk dua untai rantai DNA baru. Di dalam sel-sel nucleus, terdapat banyak nukleotida-nukleotida bebas. Basa-basanya akan berikatan dangan basa-basa yang ada di dalam rantai dasar (template), yang berdasarkan aturan Chargaff, akan berpasangan hanya denganbasalainyangmerupakanpasangannya.Misalnya,katakanlahdidalamrantai dasar (template) terdapat basa Guanine (G), maka basa Cytosinlah (C) yang terikatpadanya.Prosesterbentuknyaikatanbasa-basainidibantuolehenzymeyang disebut enzyme DNA Polymerase III. Enzyme ini hanya bekerja dari ujung 5 ke ujung 3 dari rantai DNA. Hal ini terjadi juga pada rantai dasar (template) yang lainnya. Hanya saja sedikit berbeda prosesnya dengan rantai dasaryang pertama.Karena proses replikasi oleh enzyme polymerase III hanya berlangsung dari ujung 5 ke ujung 3, maka pada rantai dasar (template) ke dua dibutuhkan peranRNAprimaseyangmembuatRNAPrimersebagaijembatanawalbagi enzyme polymerase III bekerja. Selanjutnya dengan bantuan DNA polymerase I dan DNA ligase akan diperoleh sebuah rantai DNA baru dari rantai dasar (template) ke dua.Proses ini terjadi berulang ribuan kali untuk menciptakan dua molekul DNA yang persis sama dengan molekul DNA asal. Sehingga saat mitosis terjadi,sel saudaranya akan menerima molekul DNA yang betul-betul sama. Jika terjadi sesuatu yang salah dalam replikasi DNA, mutasi-pun terjadi. Kesalahan mutasi akan menyebabkan protein dalam DNA memiliki urutan asam amino yang salah, misalnya susunan basa yang berubah atau hilangnya basa tertentu.Perbedaan Replikasi DNA dan Trankripsi DNAyaitu enzim yang berperan dalam proses transkripsi dan replikasi berbeda Pada proses transkripsi, enzimyang berperan RNA polymerase. Transkripsi DNA : terjadi pada saat akan terjadi sintesis protein (ekspresi gen); yang dipakai cetakan hanya salah satu untai DNA(3-5) replikasi DNA : sebelum fase mitosis (fase S) dalam siklus sel; keduauntai induk dipakai sebagai cetakan untuk di replikasi.Ada tiga cara teoretis replikasi DNA yang pernah diusulkan, yaitu konservatif, semikonservatif, dan dispersif. Pada replikasi konservatif seluruh tangga berpilin DNA awal tetap dipertahankan dan akan mengarahkanpembentukan tangga berpilinbaru. Pada replikasi semikonservatiftangga berpilin mengalami pembukaan terlebih dahulu sehingga kedua untai polinukleotida akan saling terpisah. Namun, masing-masing untai ini tetap dipertahankan dan akanbertindak sebagai cetakan (template)bagi pembentukan untai polinukleotida baru. Sementara itu, pada replikasi dispersif kedua untai polinukleotida mengalami fragmentasi di sejumlah tempat. Kemudian, fragmen-fragmen polinukleotida yang terbentuk akan menjadi cetakan bagi fragmen nukleotida baru sehingga fragmenlama dan baru akan dijumpai berselang-seling di dalam tangga berpilinyang baru.Replikasi terjadi dengan proses semikonservatif karena semua DNA double helix. Hasil replikasi DNA double strand. Kedua DNA parental strand bisa menjadi template yang berfungsi sebagai cetakan untuk proses replikasi: Semikonservative process. Primer strand : Pada 3 dia akan melepaskan 2P dipakai sebagai energy untuk menempelkan, tetapi pada 5 P tidak bisa dilepas karena ketiga P dibutuhkan sehigga tidak ada energy sehingga tidak pernah terjadi sintesis dari 3-5, tetapi dari 5-3, jadi yang menambah selalu ujung 3

DNA polymerasePada proses replikasi DNA terdapat enzim sentral, yaitu DNA polymerase. Padaprosesreplikasi,DNApolymerasehanyabisamenempelpadagugusOH(hidroksil) dimana gugus OHhanya ada pada ujung 3sedangkan ujung5 adalah ujung fosfat. (ciri utama DNA polymerase). Ciri kedua: DNA polymerase tidakbisamensintesis/menempelkanDNAkepasangan-nyakalautidakadaprimer (lokomotif). Sifat dari DNA polymerase dia hanya bisa mensintesis DNA dari arah 5-3 sehingga pertumbuhan dari 5-3 karena penambahan pada ujung 3,dimana pada ujung 3 ada ujung hidroksil. Ciri lain DNA polymerase: membutuhkan primer, tidak bisa mensintesis DNA tanpa adanya primer, primer yang dipakai adalah RNA (sekitar 4-5 basa dan dilanjutkan DNA). DNA yangdibutuhkan adalah DNA primase untuk meletakkan RNA pada tempatnya. DNAprimaseuntukmensintesisRNAsebagailokomotif(4-5basa).Bilalokomotifsudah jadi maka akan di-take over oleh DNA polymerase, dan yang ditambahkanadalah DNA.

B. Mekanisme Replikasi DNASetiap molekul DNA yang melakukan replikasi sebagai suatu satuantunggal dinamakan replikon. Dimulainya (inisiasi) replikasi DNA terjadi di suatutempat tertentu di dalam molekul DNA yang dinamakan titik awal replikasi atauorigin of replication(ori). Contoh pada plasmid (prokariot), terdapat prosesreplikasi yang dimulai pada replication origindan mengembang sampai dihasilkan2 plasmid yang sama persis. Tetapi pada eukariot (mamalia) lebih kompleks tetapitetap membutuhkan replication origin. Proses inisiasi ini ditandai oleh saling memisahnya kedua untai DNA, yang masing-masing akan berperan sebagaicetakan bagi pembentukan untai DNA baru sehingga akan diperoleh suatugambaran yang disebut sebagai garpu replikasi. Biasanya, inisiasi replikasiDNAbaikpadaprokariotmaupuneukariot,terjadiduaarah(bidireksional).Dalamhal ini dua garpu replikasi akan bergerak melebar dari ori menuju dua arah yangberlawananhinggatercapaisuatuujung(terminus).Padaeukariot,selainterjadireplikasi dua arah, ori dapat ditemukan di beberapa tempat

Pada mamalia ada beberapa replication origin (replication bubble) yangakan bergabung satu sama lain. DNA harus terbuka dahulu baru bisa digandakan.Origin replication disebut sebagai unique sequence yang merupakan pertanda sebagai tempat proses/titik mulai terjadinya replikasi, dimana ada protein tertentu yang akan mengenali sequence. Pada bakteri (prokariot) hanya butuh satu titikORI (origin of replication) sedangkan pada mamalia (eukariot) butuh beberapaORI karena kalau hanya 1 ORI akan butuh waktu 3 minggu untuk mereplikasi 3milyard DNA. Sehingga pada mamalia ada 30.000 titik ORI yang bekerja secarabersamaan sehingga fase S untuk replikasi hanya butuhbeberapa jam saja.

Saat awal akan di mulainya repliaksi, pada G1 akhir ORC mengenalisequence ACS, kemudian ada molekul lain, juga helikase yang membentuk pre-replicative complex (pre-RC). selanjutnya pada fase S degradasi fosporilasi ORC,degradasi fosforilasi Cdc6 maka terbentuk bubble replication. Helikase membukapilinan,topoisomeraseyangmemotongpadatitiktertentu.secarasingkatdalamsiklus sel : Pada fase G2/M sudah ada 2 copy. Pada fase G1 persiapan, S prosesreplikasi, G2/M sudah selesai

C. Replikasi pada kedua untai DNAProses replikasi DNA yang kita bicarakan di atas sebenarnya barulahprosesyangterjadipadasalahsatuuntaiDNA.UntaiDNAtersebutseringdinamakan untai pengarah(leading strand). Sintesis DNA baru pada untaipengarah ini berlangsung secarakontinyu dari ujung5 ke ujung 3 atau bergerakdi sepanjang untai pengarah dari ujung 3 ke ujung 5. Pada untai DNApasangannyaternyatajugaterjadisintesisDNAbarudariujung5keujung3 atau bergerak di sepanjang untai DNA cetakannya ini dari ujung 3 ke ujung 5.Namun,sintesisDNApadauntaiyangsatuinitidakberjalankontinyusehinggamenghasilkan fragmen terputus-putus, yang masing-masing mempunyai arah 53.Terjadinya sintesis DNA yang tidak kontinyu sebenarnya disebabkan oleh sifatenzim DNA polimerase yang hanya dapat menyintesis DNA dari arah 5 ke 3serta ketidakmampuannya untuk melakukan inisiasi sintesis DNA.

Untai DNA yang menjadi cetakan bagi sintesis DNA tidak kontinyu itudisebut untai tertinggal(lagging strand). Sementara itu, fragmen-fragmen DNAyang dihasilkan dari sintesis yang tidak kontinyu dinamakan fragmen Okazaki,sesuai dengan nama penemunya. Fragmen-fragmen Okazaki akan disatukanmenjadi sebuah untai DNA yang utuh dengan bantuan enzim DNA ligase.