Secara sederhana: Mula-mula, heliks ganda DNA (merah) dibuka

Secara sederhana:
Mula-mula, heliks ganda DNA (merah) dibuka menjadi dua untai tunggal oleh enzim helikase
(9) dengan bantuan topoisomerase (11) yang mengurangi tegangan untai DNA. Untaian DNA
tunggal dilekati oleh protein-protein pengikat untaian tunggal (10) untuk mencegahnya
membentuk heliks ganda kembali. Primase (6) membentuk oligonukleotida RNA yang
disebut primer (5) dan 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). DNA polimerase yang
membentuk lagging strand harus mensintesis segmen-segmen polinukleotida diskontinu
(disebut fragmen Okazaki (7)). Enzim DNA ligase (4) kemudian menyambungkan potonganpotongan lagging strand tersebut.
Salah satu tahapan penting dalam proses pertumbuhan jasad hidup adalah proses perbanyakan
bahan genetik. Proses perbanyakan bahan genetik dikenal sebagai proses replikasi. Pada
replikasi DNA, rantai DNA baru dibentuk berdasarkan urutan nukleotida pada DNA yang
digandakan. Replikasi merupakan proses pelipatgandaan DNA. Replikasi DNA adalah proses
penggandaan molekul DNA untai ganda. Pada sel, replikasi DNA terjadi sebelum
pembelahan sel. Prokariota terus-menerus melakukan replikasi DNA. Penggandaan tersebut
memanfaatkan enzim DNA polimerase yang membantu pembentukan ikatan antara
nukleotida-nukleotida penyusun polimer DNA. Proses replikasi DNA dapat pula dilakukan in
vitro dalam proses yang disebut reaksi berantai polimerase (PCR).
Setiap molekul DNA yang melakukan replikasi sebagai suatu satuan tunggal dinamakan
replikon. Replikasi molekol DNA dimulai dari tempat khusus yang disebut titik mula
replikasi (origins of replication), bentangan pendek DNA yang memiliki sekuens nukletida
spesifik. Kromosom E. coli, seperti banyak kromosom bakteri lain melingkar dan memiliki
satu titik mula. Berkebalikan dengan kromosom bakteri, kromosom eukariot mungkin
memiliki beberapa ratus atau beberapa ribu titik mula replikasi. (Campbell, 2008)
Proses inisiasi ini ditandai oleh saling memisahnya kedua untai DNA, yang masing-masing
akan berperan sebagai cetakan bagi pembentukan untai DNA baru sehingga akan diperoleh
suatu gambaran yang disebut sebagai garpu replikasi. Biasanya, inisiasi replikasi DNA, baik
pada prokariot maupun eukariot, terjadi dua arah (bidireksional). Dalam hal ini dua garpu
replikasi akan bergerak melebar dari ori menuju dua arah yang berlawanan hingga tercapai
suatu ujung (terminus).
1. Tahapan-tahapan dalam proses replikasi
§ 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 polymerase DnaA yang dihasilkan oleh gen dnaA.
§ 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.
§ 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 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
§ Pembentukan Leading strand. Pada replikasi DNA, untaian pengawal (leading strand) ialah
untaian DNA 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.
§ 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 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.
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. Ligaseligase tidak dilibatkan dalam pemanjangan rantai; melainkan, mereka berperan pemasang
enzim-enzim untuk perekatan ‘celah’ melalui molekul DNA.
§ 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-3’OH).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 selsel 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.
http://erickbio.wordpress.com/2011/10/02/mekanisme-replikasi-dna/
Replikasi DNA dan Percobaan Meselson-Stahl

REPLIKASI DNA
DNA merupakan materi genetik yang akan diwariskan ke keturunannya. Prosesnya
sangatlah penting bagi kehidupan suatu organisme. Untuk menjaga jumlah DNA (kromosom)
tetap, maka sebelum membelah sel melakukan penggandaan DNA yangdisebut dengan istilah
replikasi. Ada beberapa teori tentang replikasi, antara lain konservatif, semikonservatif dan
dispersif. (Ismail).
Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai nukleotida baru dari rantai
nukleotida lama. Prosesnya dengan 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.
Di bawah ini merupakan sedikit penjelasan tentang 3 teori yang menjelaskan tentang replikasi
DNA:
a.
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.
b. 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.
c.
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)
Perbandingan 3 teori replikasi DNA
(Sumber: http://bc.onlineschool.ca/samples/BIO12/04/day2.htm)
Setelah berhasil membuat model struktur DNA (Double helix), Watson dan Crick
memprediksi bahwa DNA bereplikasi dengan cara semikonservatif. Dan selanjutnya pada
tahun 1958, Matthew Meselson dan Franklin Stahl melakukan percobaan untuk menguji
ketiga alternatif hipotesis (teori) replikasi DNA tersebut dengan menggunakan DNA bakteri
Eschericia coli. Hasilnya ternyata mendukung model replikasi semikonservatif yang telah
diprediksi oleh Watson dan Crick.
Model replikasi semikonservatif
(Sumber: Essential Cell Biology textbook, 1998)
Proses replikasi dimulai ketika enzim DNA polimerase memisahkan dua untai DNA
heliks ganda, seperti ritsleting terbuka. Kemudian, setiap untai DNA yang “lama” akan
berfungsi sebagai cetakan yang menentukan urutan nukleotida di sepanjang untai DNA
komplementer baru yang bersesuaian dengan cara mendeteksi basa komplemennya. Setelah
mendapatkan pasangan yang sesuai, nukleotida yang baru tersebut disambung satu sama lain
untuk membentuk tulang punggung gula-fosfat untai DNA yang baru. Jadi, setiap molekul
DNA terdiri atas satu untai DNA “lama” dan satu untai DNA “baru”. Sekarang, terdapat dua
molekul DNA yang sama persis dengan satu molekul DNA induk. 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)
Pertanyaan:
1.
Mengapa proses replikasi merupakan suatu proses yang penting bagi kelangsungan hidup
organisme?
Jawab: ya, karena replikasi sangat dibutuhkan dalam proses pertumbuhan dan “repair” sel.
2. Apa sajakah yang mendukung terjadinya replikasi?
Jawab: tentu dengan adanya enzim, selain itu juga bentuk untaian DNA nya juga
menentukan terjadinya replikasi.
http://nichalittlestar.blogspot.com/2012/03/replikasi-dna-dan-percobaanmeselson.html