Download - Makalah Replikasi Dna

Transcript
Page 1: Makalah Replikasi Dna

REPLIKASI DNA

Page 2: Makalah Replikasi Dna

REPLIKASI DNA

1. Pengertian Replikasi

Replikasi merupakan peristiwa sintesis DNA (autokatalisis) karena DNA mampu

mensisntesis diri sendiri. Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai

nukleotida baru dari rantai nukleotida lama melalui proses menggunakan komplementasi

pasangan basa untuk menghasilkan suatu molekul DNA baru yang sama dengan molekul

DNA lama, proses yang terjadi tersebut dipengaruhi oleh enzim helikase, enzim polimerase,

dan ligase (Necel, 2009).

Replikasi DNA bersifat semikonservatif, yaitu kedua untai tunggal DNA bertindak

sebagai cetakan untuk pembuatan untai-untai DNA baru; seluruh untai tunggal cetakan

dipertahankan dan untai yang baru dibuat dari nukleotida-nukleotida (Necel, 2009).

2. Komponen Penting dalam Replikasi

Replikasi bahan genetik ditentukan oleh beberapa komponen utama yaitu (Amir, dkk,

2010):

1. DNA cetakan, yaitu molekul DNA atau RNA yang akan direplikasi.

2. Molekul deoksiribonukleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP, dan dGTP. Deoksi

ribonukleotida terdiri atas tiga komponen yaitu basa purin atau pirimidin, gula 5-karbon

(deoksiribosa) dan gugus fosfat.

3. Enzim DNA polimerase, yaitu enzim utama yang mengkatalisis proses polimerisasi

nukleotida menjadi untaian DNA.

Enzim DNA polimerase memiliki fungsi lain, yaitu mengoreksi DNA yang baru terbentuk,

membetulkan setiap kesalahan replikasi, dan memperbaiki DNA yang rusak. Adanya

fungsi tersebut menjadikan rangkaian nukleotida DNA sangat stabil dan mutasi jarang

terjadi (Desy, 2010).

4. Enzim primase, yaitu enzim yang mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi

DNA.

5. Enzim pembuka ikatan untaian induk, yaitu enzim helikase dan enzim girase.

6. Molekul protein yang menstabilkan untaian DNA yang sudah terbuka, yaitu protein SSB

(single strand binding protein).

7. Enzim DNA ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk menyambung fragmen-

fragmen DNA

Page 3: Makalah Replikasi Dna

3. Model Replikasi

Gambar 1. Tiga kemungkinan terjadinya replikasi DNA (Pray, 2008)

Ada 3 cara terjadinya replikasi DNA dalam sel eukariot, yaitu (Desy, 2010):

1. Model konservatif, yaitu dua rantai DNA lama tetap tidak berubah, berfungsi sebagai

cetakan untuk dua rantai DNA baru. Replikasi ini mempertahankan molekul dari DNA

lama dan membuat molekul DNA baru (Desy, 2010). Pada replikasi konservatif seluruh

tangga berpilin DNA awal tetap dipertahankan dan akan mengarahkan pembentukan

tangga berpilin baru. Pada replikasi semikonservatif tangga berpilin 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. 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 fragmen lama dan baru akan dijumpai berselang-seling

di dalam tangga berpilin yang baru (Susanto, 2008).

2. Model semikonservatif, yaitu dua rantai DNA lama terpisah dan rantai baru disintesis

dengan prinsip komplementasi pada masing-masing rantai DNA lama. Akhirnya dihasilkan

dua rantai DNA baru yang masing-masing mengandung satu rantai cetakan molekul DNA

lama dan satu rantai baru hasil sintesis (Desy, 2010).

3. Model dispersif, yaitu beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama digunakan sebagai

cetakan untuk sintesis rantai DNA baru. Oleh karena itu, hasil akhirnya diperoleh rantai

DNA lama dan baru yang tersebar pada rantai DNA lama dan baru. Replikasi ini

menghasilkan dua molekul DNA lama dan DNA baru yang saling berselang-seling pada

setiap untai(Desy, 2010).

Page 4: Makalah Replikasi Dna

Hipotesa Watson –Crick mengusulkan bahwa tiap untaian sulur ganda DNA digunakan

sebagai suatu cetakan bagi replikasi DNA keturunan atau anak yang bersifat komplementer.

Dengan cara ini, dua dupleks keturunan molekul – molekul DNA yang sama dengan DNA

induk akan terbentuk, masing – masing mengandung satu untaian utuh dari DNA induk.

Hipotesis ini telah dibuktikan dalam percobaan yang cermat dilakukan oleh Matthew

Meselson dan Franklin Stahl pada tahun 1957. Mereka membutuhkan sel – sel E.coli selama

beberapa generasi pada medium dengan ammonium klorida (NH4Cl) digunakan sebagai

sumber nitrogen satu – satunya yang mengandung 15N, isotop nitrogen “berat”, sebagai ganti

atom N yang biasa yaitu, isotop yang banyak dijumpai 14N. Dengan demikian, sekuruh

komponen nitrogen sel yang tumbuh pada medium ini, termasuk bom pada DNA-nya menjadi

sangat diperkaya oleh 15N. DNA yang diisolasi dari sel menunjukkan densitas kira – kira 1%

lebih berat daripada (14N) DNA normalnya. Meskipun ini hanya merupakan perbedaan kecil,

campura DNA (15N) berat dan (14N) ringan Di dalam larutan sesium klorida pekat dapat

dipisahkan dengan sentrifugasi. Sesium klorida digunakan karena larutan molekul ini

menunjukkan berat jenis yang mendekati DNA. Bila suatu larutan CsCl disentrifugasi untuk

waktu yang lama pada kecepatan tinggi, larutan tersebut mencapai suatu keseimbangan

dengan CsCl membentuk gradient densitas yang berkesinambungan. Oleh karena gaya

sedimentasi, konsentrasi CsCl pada dasar tabung lebih tinggi dan karena itu, larutan menjadi

lebih pekat daripada di bagian atas. Spesimen DNA yang dilarutkan di dalam CsCl akan

mencapai posisi keseimbangan pada tabung dimana densitasnya akan setara dengan larutan

CsCl. Karena (15N) DNA sedikit lebih pekat daripada (14N) DNA, (15N) DNA akan mencapai

posisi keseimbangan yang lebih rendah pada gradient CsCl daripada (14N) DNA (Lehninger,

et.al., 2005).

Meselson dan Stahl memindahkan sel – sel E.coli yang tumbuh pada media 15N, dimana

seluruh untaian DNA menjadi “berat”, ke dalam media segar dengan NH4Cl yang

mengandung isotop 14N normal. Media segar menunjukkan sel – sel ini tumbuh dalam media 14N sehingga mencapai sebanyak dua kalinya. DNA kemudian diisolasi dari sel – sel dan

densitasnya dianalisa dengan prosedur pengendapan yang telah disebutkan di atas. DNA

hanya membentuk suatu pita tunggal pada gradient CsCl pada pertengahan densitas antara

DNA “ringan” normal yang mengandung 14N dan DNA “berat” dari pertumbuhan sel – sel,

khusus pada 15N. Hal ini merupakan hasil yang tepat diharapkan bila ulur pada DNA dari sel –

sel keturunan mengandung satu untaian 14N baru dan satu untaian 15N lama dari DNA induk,

yang secara skematis dapat dilihat pada gambar 2 (Lehninger, et.al., 2005).

Page 5: Makalah Replikasi Dna

Gambar 2. Hasil eksperimen Meselson dan Stahl untuk menentukan replikasi DNA yang

terjadi di alam (Pray, 2010)

Bila sel – sel dibiarkan meningkat lagi dua kali jumlah pada media 14N, DNA yang

diisolasi memperlihatkan dua pita, satu menunjukkan densitas yang setara dengan DNA

ringan yang normal dan lainnya menunjukkan densitas DNA baru yang terlihat setelah sel

pertama jumlahnya mejadi dua kali, Meselson dan Stahl dengan demikian tiba pada

kesimpulan bahwa tiap dupleks DNA keturunan pada dua generasi sel – sel mengandung satu

untaian induk dan satu untaian yang baru dibuat, tepat dengan pernyataan hipotesis Watson-

Crick. Jenis replikasi ini disebut semikonservatif, karena hanya satu untaian induk

dipertahankan pada tiap DNA keturunan. Pengamatan mereka dengan jelas meniadakan

replikasi konservatif, dimana satu dupleks DNA keturunan mempunyai dua untaian baru. Hal

ini juga meniadakan suatu mekanisme dispersif dimana tiap untaian keturunan DNA

mengandung potongan pendek dari kedua induk da DNA baru yang bergabung bersama

secara acak (Lehninger, et.al., 2005).

4. Tahapan Replikasi

Proses replikasi dalam molekul DNA dimulai pada suatu titik yang disebut dengan

Origin of Replication (Ori). Pada titik ini, DNA akan membentuk seperti gelembung kecil,

dimana ikatan hidrogen antara basa-basa terputus dan pasangan basanya terpisah. Heliks

mulai membuka uliran (Ma, et.al., 1998).

Tahapan replikasi DNA pada sel eukariot adalah sebagai berikut (Anonymous1, 2011):

Page 6: Makalah Replikasi Dna

1. Tahapan pertama (inisiasi) dalam proses replikasi DNA terjadi adalah pemutusan ikatan

hidrogen antara basa-basa nitrogen dari dua untai yang antiparalel. Pemutusan ikatan

tersebut terjadi pada rantai yang kaya akan ikatan A-T. Hal tersebut dikarenakan ikatan

antara adenin dan timin yang hanya merupakan ikatan rangkap dua, sedangkan pada ikatan

antara sitosin dan guanin adalah ikatan rangkap tiga. Helikase adalah enzim yang berfungsi

untuk membuka untai ganda DNA. Titik awal dimana terjadinya splitting disebut sebagai

origin of replication. Struktur yang dihasilkan disebut dengan Replication Fork.

Gambar 3. Tahap pemutusan ikatan hydrogen pada basa – basa nitrogen

2. Salah satu hal penting dalam tahapan replikasi DNA adalah pengikatan primase RNA pada

titik awal rantai induk 3’-5’. Primase RNA dapat menarik nukleotida RNA yang berikatan

dengan nukleotida DNA dari untai 3’-5’ dikarenakan ikatan hidrogen antar basanya.

Nukleotida RNA adalah primer (starter) untuk ikatan nukleotida DNA.

Gambar 4. Tahap pembentukan RNA primer

3. Tahapan elongasi berbeda untuk cetakan 5’-3’ dan 3’-5’, yaitu:

a. Cetakan 5’-3’

Cetakan 5’-3’ disebut sebagai leading strand karena DNA polimerase α dapat

membaca cetakan dan secara kontinu menambah nukleotida(komplemen dari cetakan

nukleotida, sebagai contoh adenin berlawanan dengan timin).

Page 7: Makalah Replikasi Dna

b. Cetakan 3’-5’

Cetakan 3’-5’ tidak dapat dibaca dengan DNA polimerase α. Replikasi dari cetakan ini

rumit dan DNA barunya disebut lagging strand. Pada lagging strand RNA primase

menambah lebih banyak RNA primer. DNA polimerase α membaca cetakan. Jarak

antara dua RNA primer disebut sebagai fragmen Okazaki.

Gambar 5. Tahap pembentukan leading strand dan lagging strand

Gambar 6. Fragmen Okazaki

RNA primer penting untuk DNA polimerase α berikatan dengan nukleotida pada bagian

ujung 3’. Untai baru dielongasi dengan mengikat lebih banyak DNA nukleotida.

4. Pada lagging strand DNA Polimerase I - eksonuklease membaca fragmen dan

memindahkan RNA Primer. Jarak didekatkan dengan adanya pengaruh DNA polymerase

(menambahkan nukleotida komplementer pada jarak tersebut) dan DNA ligase

(menambahkan fosfat pada gap antara fosfat dan gula).

Page 8: Makalah Replikasi Dna

Gambar 7. Tahap pembacaan fragmen oleh DNA polimerase I-eksonuklease

5. Langkah terakhir dari tahapan replikasi DNA adalah terminasi. Tahapan ini terjadi ketika

DNA polymerase mencapai titik akhir untai. Kita dapat dengan mudah memahami bahwa

pada akhir tahapan lagging strand, ketika RNA primer dipindahkan tidak mungkin bagi

DNA polymerase untuk mengisi kekosongan tersebut (karena tidak ada primer). Sehingga,

ujung dari untai induk dimana primer terakhir tidak direplikasi. Ujung dari DNA linear

terdiri dari DNA noncoding yang berulang – ulang dan disebut telomere. Sebagai hasilnya,

bagian dari telomere dipindahkan pada tiap siklus replikasi DNA.

6. Replikasi DNA tidak sempurna sebelum terjadi mekanisme perbaikan terhadap kesalahan-

kesalahan yang mungkin terjadi selama replikasi. Enzim seperti nuklease akan

memindahkan nukleotida yang salah dan DNA polimerase akan mengisi kekosongan (gap)

tersebut.

Gambar 8. DNA hasil replikasi

Pembentukan leading strand

Pada replikasi DNA, untaian pengawal (leading strand) ialah untaian DNA yang

disintesis dengan arah 5'→3' 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 (Necel, 2009).

Page 9: Makalah Replikasi Dna

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. 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 5'→3'. 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 (Necel, 2009).

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. Masingmasing 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 (Necel, 2009).

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 5'→3',

sedangkan DNA polimerase bergerak pada DNA "induk" dengan arah 3'→5'. Namun

demikian, salah satu untaian DNA induk pada garpu replikasi berorientasi 3'→5', sementara

untaian lainnya berorientasi 5'→3', dan helikase bergerak membuka untaian rangkap DNA

dengan arah 5'→3'. Oleh karena itu, replikasi harus berlangsung pada kedua arah berlawanan

tersebut (Necel, 2009).

5. Replikasi DNA pada Sel Eukariot

Pada eukariot, proses replikasi DNA adalah sama dengan replikasi dari bakteri atau

DNA prokariotik dengan beberapa modifikasi kecil. Pada eukariot, molekul DNA lebih besar

daripada di prokariot dan tidak melingkar, juga banyak tempat untuk memulai replikasi

(Anonymous2, 2011).

Pada eukariot replikasi DNA hanya terjadi pada fase S di dalam interfase. Untuk

memasuki fase S diperlukan regulasi oleh sistem protein kompleks yang disebut siklin dan

Page 10: Makalah Replikasi Dna

kinase tergantung siklin atau cyclin-dependent protein kinases (CDKs), yang akan diaktivasi

oleh sinyal pertumbuhan yang mencapai permukaan sel. Beberapa CDKs akan melakukan

fosforilasi dan mengaktifkan protein-protein yang diperlukan untuk inisiasi pada masing-

masing ORI. Berhubung dengan kompleksitas struktur kromatin, fork replikasi pada eukariot

bergerak hanya dengan kecepatan 50 pb tiap detik. Sebelum melakukan penyalinan, DNA

harus dilepaskan dari nukleosom pada fork replikasi sehingga gerakan fork replikasi akan

diperlambat menjadi sekitar 50 pb tiap detik. Dengan kecepatan seperti ini diperlukan waktu

sekitar 30 hari untuk menyalin molekul DNA kromosom pada kebanyakan mamalia.

Sederetan sekuens tandem yang terdiri dari 20 hingga 50 replikon mengalami inisiasi secara

bersamaan pada waktu tertentu selama fase S. Deretan yang mengalami inisiasi paling awal

adalah eukromatin, sedangkan deretan yang agak lambat adalah heterokromatin (Susanto,

2008).

DNA sentromir dan telomir bereplikasi paling lambat. Pola semacam ini

mencerminkan aksesibilitas struktur kromatin yang berbeda-beda terhadap faktor inisiasi.

Seperti halnya pada prokariot, satu atau beberapa DNA helikase dan SSB yang disebut

dengan protein replikasi A atau replication protein A (RP-A) diperlukan untuk memisahkan

kedua untai DNA (Susanto, 2008).

Proses replikasi DNA eukariot sama dengan replikasi DNA prokariotik kecuali untuk

aspek-aspek dibawah ini (Anonymous3, 2011):

1. DNA eukariot mempunyai beberapa tempat “Origin Of Replication”, maka beberapa

replikasi fork menghasilkan banyak gelembung sepanjang DNA. Replikasi fork dibentuk

pada urutan mereplikasi secara otonom (ARS) yang mengandung 11 bp dikenal dengan

origin replication element (ORE).

2. Polimerase DNA α dan β adalah enzim-enzim replikasi DNA dalam sel eukariotik.

Polimerase DNA α mempunyai aktivitas polimerase 5' 3 ' dan sintesis primer pada

lagging strand kemudian diperpanjang dengan multisubunit DNA polymerase. Polimerase

DNA δ mengoreksi aktivitas eksonuklease 3’5’ dan melaksanakan keduanya dan sintesis

lagging strand dalam suatu kompleks bakteri dimer DNA polimerase III. ε polimerase

DNA menghilangkan fragmen utama dari Okazaki pada Lagging strand. Polimerase DNA

γ bertanggung jawab untuk replikasi DNA mt.

3. Telomere, struktur di ujung kromosom eukariotik linear, terdiri dari banyak salinan tandem

urutan oligonukleotida pendek dengan TxGy dalam satu untai dan CyAx di untai

komplementer, di mana x dan y biasanya dalam rentang 1 sampai 4. Telomerase

mengandung RNA yang berfungsi sebagai template untuk sintesis untai TxGy dari telomer.

Komponen protein dari telomerase bertindak sebagai reverse transkripsi selular untuk

Page 11: Makalah Replikasi Dna

sintesis RNA dan DNA. Setelah perpanjangan untai TxGy oleh telomerase, pelengkap

untai CyAx disintesis oleh DNA polimerase selular, dimulai dengan sebuah primer RNA.

6. Replikasi DNA pada Sel Prokariot

Suatu kromosom mengandung satu molekul DNA yang biasanya sangat besar,

misalnya beberapa kromosom bakteri tersusun oleh sebanyak 4 x 106 pasang basa. Selain itu

dalam banyak hal, DNA berbentuk tertutup atau struktur lingkar. Beberapa kromosom bakteri

berbentuk linier. Hanya sedikit diketahui mengenai kromosom bakteri linier (Ngili, 2010).

Dari penelitian genetika telah diketahui bahwa inisiasi replikasi terjadi pada sisi

tertentu yang disebut sisi inisiasi atau origin of the chromosome (ori C). Urutan nukleotida

dalam daerah ini mengikat pada berbagai protein untuk menginisiasi kedua garpu (Ngili,

2010).

Replikasi kromosom bakteri bisa dibagi ke dalam tiga tahap: inisiasi, elongasi, dan

terminasi. Inisiasi yakni pembentukan garpu-garpu replikasi pada molekul awal. Elongasi

menggambarkan perkembangan garpu-garpu ini mengelilingi kromosom, serentak dengan

sintesis DNA atau pertumbuhan rantai. Terminasi yakni penggabungan garpu-garpu yang

saling mendekati, menghasilkan dua kromosom sempurna yang dapat berpisah satu sama lain

(Ngili, 2010).

Replikasi kromosom bakteri sepanjang 5.000 kb memakan waktu sekitar 40 menit dan

terjadi dalam seluruh siklus pembelahan bakteri. Maka, setiap garpu mereplikasikan sekitar 50

kb DNA per menit. (Dalam sel eukariot, replikasi DNA terbatas pada bagian siklus

pembelahan sel mitosis yang disebut fase S, yang bisa berlangsung selama beberapa jam).

Laju replikasi DNA dikoordinasikan dengan laju pembelahan sel. Maka, kultur bakteri yang

tumbuh dalam medium kaya akan memiliki waktu pembentukan yang pendek dan harus

menjalankan replikasi kromosom lebih cepat daripada yang ditumbuhkan dalam medium

miskin dimana pembentukannya mungkin tiga sampai empat kali lebih lama (Ngili, 2010).

Seperti diketahui, replikasi suatu replikon bisa dibagi ke dalam tiga tahap yakni

inisiasi, elongasi, dan terminasi. Selama fase elongasi, pertumbuhan rantai DNA berlangsung

pada garpy replikasi. Ini adalah tahap yang bagus untuk meneliti beberapa enzim penting dan

protein lain yang terlibat dalam replikasi. Proses seperti ini yang terjadi dalam bakteri E.coli

adalah yang paling dipahami, dan bermanfaat sebagai prototipe untuk sistem lain. Beberapa

enzim dan protein terlibat didalamnya (Ngili, 2010).

Enzim yang bertanggung jawab untuk sintesis rantai DNA baru pada garpu replikasi

yakni enzim DNA polimerase. Enzim ini memakai untai DNA tunggal yang terbuka

gulungannya sebagai templat. Terdapat tiga macam DNA polimerase dalam E.coli, yakni

Page 12: Makalah Replikasi Dna

DNA polimerase I,II, dan III. DNA polimerase I adalah yang paling melimpah, dan DNA

polimerase III adalah yang paling sedikit. Kedua enzim ini mempunyai peran penting dalam

keseluruhan proses replikasi DNA. Peranan polimerase II belum diketahui dengan jelas

(Ngili, 2010).

Fase elongasi dari replikasi DNA dalam bakteri tampak melibatkan banyak enzim dan

protein, yang sebagian bergabung dengan kompleks fungsional terpisah seperti holoenzim

DNA polimerase III. Inisiasi replikasi juga menggunakan beberapa protein, dan mutasi pada

gennya sangat membantu dalam mengidentifikasi protein-protein ini (Ngili, 2010).

Mutasi yang mempengaruhi replikasi disebut mutasi DNA. Banyak mutasi yang telah

diidentifikasi pada E.coli mengkode untuk berbagai protein yang berkaitan dengan

pertumbuhan rantai DNA pada garpu replikasi. Sebagai contoh, gen dnaG mengode untuk

primase (protein Dna G). Namun sebagian mengkode protein dengan melibatkan inisiasi

siklus replikasi pada ori C. Contoh untuk gen seperti ini misalnya dnaA, B dan C (Ngili,

2010).

Replikasi DNA kromosom prokariot, khususnya bakteri, sangat berkaitan dengan

siklus pertumbuhannya. Daerah ori pada E. coli, misalnya, berisi empat buah tempat

pengikatan protein inisiator DnaA, yang masing-masing panjangnya 9 pb. Sintesis protein

DnaA ini sejalan dengan laju pertumbuhan bakteri sehingga inisiasi replikasi juga sejalan

dengan laju pertumbuhan bakteri. Pada laju pertumbuhan sel yang sangat tinggi, DNA

kromosom prokariot dapat mengalami reinisiasi replikasi pada dua ori yang baru terbentuk,

sebelum putaran replikasi yang pertama berakhir. Akibatnya, sel-sel hasil pembelahan akan

menerima kromosom yang sebagian telah bereplikasi (Ngili, 2010).

Protein DnaA membentuk struktur kompleks yang terdiri atas 30 hingga 40 buah

molekul, yang masing-masing akan terikat pada molekul ATP. Daerah ori akan mengelilingi

kompleks DnaA-ATP tersebut. Proses ini memerlukan kondisi superkoiling negatif DNA

(pilinan kedua untai DNA berbalik arah sehingga terbuka). Superkoiling negatif akan

menyebabkan pembukaan tiga sekuens repetitif sepanjang 13 pb yang kaya dengan AT

sehingga memungkinkan terjadinya pengikatan protein DnaB, yang merupakan enzim

helikase, yaitu enzim yang akan menggunakan energi ATP hasil hidrolisis untuk bergerak di

sepanjang kedua untai DNA dan memisahkannya (Ngili, 2010).

Untai DNA tunggal hasil pemisahan oleh helikase selanjutnya diselubungi oleh

protein pengikat untai tunggal atau single-stranded binding protein (SSB) untuk melindungi

DNA untai tunggal dari kerusakan fisik dan mencegah renaturasi. Enzim DNA primase

kemudian akan menempel pada DNA dan menyintesis RNA primer yang pendek untuk

memulai atau menginisiasi sintesis pada untai pengarah. Agar replikasi dapat terus berjalan

Page 13: Makalah Replikasi Dna

menjauhi ori, diperlukan enzim helikase selain DnaB. Hal ini karena pembukaan heliks akan

diikuti oleh pembentukan putaran baru berupa superkoiling positif. Superkoiling negatif yang

terjadi secara alami ternyata tidak cukup untuk mengimbanginya sehingga diperlukan enzim

lain, yaitu topoisomerase tipe II yang disebut dengan DNA girase. Enzim DNA girase ini

merupakan target serangan antibiotik sehingga pemberian antibiotik dapat mencegah

berlanjutnya replikasi DNA bakteri (Ngili, 2010).

Seperti telah dijelaskan di atas, replikasi DNA terjadi baik pada untai pengarah

maupun pada untai tertinggal. Pada untai tertinggal suatu kompleks yang disebut primosom

akan menyintesis sejumlah RNA primer dengan interval 1.000 hingga 2.000 basa. Primosom

terdiri atas helikase DNA B dan DNA primase (Ngili, 2010).

Primer baik pada untai pengarah maupun pada untai tertinggal akan mengalami

elongasi dengan bantuan holoenzim DNA polimerase III. Kompleks multisubunit ini

merupakan dimer, separuh akan bekerja pada untai pengarah dan separuh lainnya bekerja

pada untai tertinggal. Dengan demikian, sintesis pada kedua untai akan berjalan dengan

kecepatan yang sama.Masing-masing bagian dimer pada kedua untai tersebut terdiri atas

subunit a, yang mempunyai fungsi polimerase sesungguhnya, dan subunit e, yang mempunyai

fungsi penyuntingan berupa eksonuklease 3’–5’. Selain itu, terdapat subunit b yang

menempelkan polimerase pada DNA (Ngili, 2010).

Begitu primer pada untai tertinggal dielongasi oleh DNA polimerase III, mereka akan

segera dibuang dan celah yang ditimbulkan oleh hilangnya primer tersebut diisi oleh DNA

polimerase I, yang mempunyai aktivitas polimerase 5’– 3’, eksonuklease 5’ – 3’, dan

eksonuklease penyuntingan 3’ – 5’. Eksonuklease 5’-3’ membuang primer, sedangkan

polimerase akan mengisi celah yang ditimbulkan. Akhirnya, fragmen-fragmen Okazaki akan

dipersatukan oleh enzim DNA ligase. Secara in vivo, dimer holoenzim DNA polimerase III

dan primosom diyakini membentuk kompleks berukuran besar yang disebut dengan replisom.

Dengan adanya replisom sintesis DNA akan berlangsung dengan kecepatan 900 pb tiap detik

(Ngili, 2010).

Kedua garpu replikasi akan bertemu kira-kira pada posisi 180°C dari ori. Di sekitar

daerah ini terdapat sejumlah terminator yang akan menghentikan gerakan garpu replikasi.

Terminator tersebut antara lain berupa produk gen tus, suatu inhibitor bagi helikase DnaB.

Ketika replikasi selesai, kedua lingkaran hasil replikasi masih menyatu. Pemisahan dilakukan

oleh enzim topoisomerase IV. Masing-masing lingkaran hasil replikasi kemudian

disegregasikan ke dalam kedua sel hasil pembelahan (Ngili, 2010).

Page 14: Makalah Replikasi Dna

7. Perbedaan Replikasi DNA pada Sel Eukariot dan Prokariot

Tabel 1. Perbedaan Replikasi DNA pada Sel Eukariot dan Prokariot (Amir, dkk., 2010)

EUKARIOT PROKARIOT

Replikasi DNA terjadi di nukleus Replikasi DNA terjadi di protoplasma

Replikasi DNA terjadi pada fase S (fase

sintesis) dalam fase interfase pada siklus sel

Replikasi terjadi pada semua fase dalam siklus

sel

Terdapat 5 macam DNA polimerisasi yang

terlibat dalam proses replikasi

Terdapat 3 macam DNA polimerisasi yang

terlibat dalam proses replikasi

Terdapat banyak titik awal replikasi (ori) Titik awal replikasi (ori) lebih sedikit dibanding

eukariot

Pergerakan garpu replikasi pada replikasi

eukariot bergerak lebih lambat

Pergerakan garpu replikasi pada replikasi

prokariot bergerak lebih cepat dibanding pada

eukariot

Selanjutnya gelembung replikasi akan

bertemu, dan sintesis DNA anak selesai

Replikasi terjadi kedua arah. Selanjutnya

gelembung replikasi akan bertemu, dan sintesis

DNA anak selesai

Page 15: Makalah Replikasi Dna

DAFTAR PUSTAKA

Amir, F. M.; Malik, A.; Darmawati; Fikri R. M., 2010, REPLIKASI DNA,

http://www.scribd.com/doc/32301253/Replikasi-Dna, diakses pada tanggal 2 Maret 2011

Anonymous1, 2011, STEPS OF DNA REPLICATION, http://www.dnareplication.info/

stepsofdnareplication.php, diakses pada tanggal 2 Maret 2011

Anonymous2, 2011, REPLICATION DNA EUKARYOT, http://www.molecular-plant-

biotechnology.info/DNA-r,eplication-and-repair/eukaryotic-DNA-replication, diakses tanggal

2 Maret 2011

Anonymous3, 2011, DNA REPLICATION IN PROKARYOTES AND EUKARYOTES,

http://www.tutorvista.com/biology/dna-replication-in-prokaryotes-and-eukaryotes, diakses

tanggal 2 Maret 2011

Junaidi, W., 2009, REPLIKASI DNA, http://meckzozp.blogspot.com/2009/01/replikasi-dna-

html, diakses pada tanggal 2 Maret 2011

Lehninger, A.L.; Nelson, D.L. and Cox, M.M., 2005, LEHNINGER’S PRINCIPLES OF

BIOCHEMISTRY, WH Freeman, Ltd., New York

Necel, 2009, DNA dan RNA, www.scribd.com/doc/23427509/DNA dan RNA , diakses pada

tanggal 2 Maret 2011

Ngili, Y., 2010, BIOKIMIA DASAR, Penerbit Rekayasa Sains, Bandung

Pray, L.A., 2008, SEMI-CONSERVATIVE DNA REPLICATION: Meselson and Stahl,

http://www.nature.com/scitable/blog/green-science, diakses pada tanggal 4 Maret 2011

Saraswati, D., 2010, SUBSTANSI GENETIKA, http://substansigenetika.net/wp/tag/2-

replikasi-dna, diakses pada tanggal 2 Maret 2011

Susanto, A.H., 2008, BAB IV REPLIKASI DNA, http://biomol.wordpress.com/bahan-ajar/replikasi/,

diakses tanggal 2 Maret 2011

Page 16: Makalah Replikasi Dna