replikasi DNA

REPLIKASI DNA

Replikasi DNA merupakan proses penggandaan / duplikat rantai DNA menghasilkan DNA yang baru. Terdapat tiga hipotesis mengenai replikasi DNA yaitu :

1.      Hipotesis pertama, menyatakan bahwa pada proses replikasi DNA, DNA yang lama akan tetap dan langsung menghasilkan double helix yang baru, disebut dengan konservatif.

2.      Hipotesis kedua yaitu, menyatakan bahwa double helix akan terputus – putus dan selanjutnya segmen – segmen tersebut akan membentuk segmen-segmen baru yang bergabung dengan segmen-segmen lama dan akan membentuk DNA yang baru. Hipotesis ini disebut dispersif.

3.      Hipotesis ketiga yaitu, menyatakan bahwa dua pita spiral dari double helix akan memisahkan diri dan setiap pita tunggal mencetak pita pasangannya, disebut dengan semi konservatif.

Teori mengenai replikasi DNA oleh Watson dan Crick menyatakan bahwa proses replikasi DNA terjadi secara semikonservatif. Hipotesis ini mendapat dukungan kuat dari M.S.Meselson dan F.W. Stahl. Mereka melakukan percobaan dengan menggunakan baktei Escherichia coli sebagai organisme percobaan.

Replikasi heliks DNA dimulai dengan pemisahan kedua untaian DNA yang saling melengkapi. Setiap untaian kemudian bertindak sebagai cetakan untuk pembentukan sebuah molekul DNA baru melalui penambahan deoksiribonukleosid trifosfat secara berurutan. Nukleotid yang harus ditambahkan pada setiap tahapan dipilih melalui suatu proses yang mengharuskannya membentuk perpasangan basa komplementer dengan nukleotid berikutnya dalam untaian induk, sehingga dengan demikian membentuk sebuah untaian DNA baru yang saling melengkapi dengan untaian induk. Pada akhirnya informasi genetik diduplikasi secara keseluruhan sehingga terbentuklah dua buah heliks rangkap DNA yang lengkap, masing- masing mempunyai urutan nukleotid yang identik dengan urutan pada heliks DNA induk yang bertindak sebagai cetakan. Karena setiap molekul DNA turunan tersusun dari sebuah untaian asli dan sebuah untaian bentukan baru.

Enzim yang berperan dalam proses replikasi DNA :

1.      Enzim Helicase

Enzim ini berfungsi untuk memotong untaian DNA yang doble heliks pada proses replikasi DNA menggunakan enegi kimia.

2.      Enzim topoisomerase

Berfungsi untuk membantu helicase untuk memotong untaian DNA dengan mengurangi tegangan untaian DNA.

3.      Enzim DNA polimerase

Berfungsi untuk memperpanjang untaian DNA baru.

4.      Enzim Ligase

Berfungsi untuk melekatkan fragmen-fragmen okazaki.

5.      Enzim Primerase

Enzim yang memungkinkan akses pembentukan RNA primer.

Tahapan replikasi DNA :

1.      Struktur DNA yang doble helix diputuskan ikatannya oleh enzim DNA helicase membentuk DNA dengan untaian tunggal. Proses awal pemutusan atau titik awal replikasi ini disebut dengan ORI ( The Origin of Replication ). Dan akan membentuk percabangan untaian struktur DNA ( replication fork ).

2.      Struktur DNA tunggal yang terbentuk distabilkan oleh protein-protein pengikat DNA yag disebut Single Srand Biding protein ( SSB ).

3.      Helikase pada proses sintesis DNA yang baru akan berikatan dengan enzim primerase untuk memungkinkan akses pembentukan RNA primer.

4.      Enzim polimerase akan memulai replikasi DNA dan akan memperpanjang untaian DNA yang terbentuk, yaitu leadding strand ( DNA yang disintesis secara kontinu dan lagging strand (DNA yang disintesis dalam framen yang pendek ( 1-5kb) yang disebut fragmen Okazaki.

5.      leading strand dan lagging strand selama selama replikasi DNA. DNA polimerase memenjangkan untaian hanya dalam arah 5’-3’. Sedangkan lagging strand harus tumbuh kontinu dengan arah 3’-5’.

6.      Enzim ligase kemudian berperan dalam menyambungkan fragmen-fragmen tersebut.

Kesalahan-kesalahan dalam replikasi DNA menyebab mutasi. Salah satu ciri yang paling mengesankan dalam replikasi DNA adalah ketelitiannya. Dalam proses tersebut terdapat beberapa mekanisme pengoreksi yang bertugas membuang nukleotid yang salah posisi; akibatnya, urutan nukleotid dalam sebuah molekul DNA disalin dengan kesalahan kurang dari satu untuk setiap 10⁹ nukleotid yang ditambahkan. Bagaimanapun, jarang sekali mesin replikasi melewatkan beberapa buah nukleotid, atau justru menambahkan nukleotid lebih dari semestinya, atau memasangkan sebuah T padahal semastinya adalah C, atau memasangkan sebuah A padalh seharunya G.

Setiap perubahan seperti ini dalam urutan DNA adalah sebuah kesalahan genetik disebut mutasi, yang akan terus disalindan di transmisikan ke semua generasi sel berikutnya, karena urutan DNA yang salah secar lugu akan diangga sebagai urutan yang benar. Akibat yang ditimbulkan oleh kesalahan semacam ini bisa besar, karena perubahan sebuah nukleotid tunggal saja dapat menimbulkan pengaruh-pengaruh yang tidak sepele terhadap sel, tergantung dari di bagian mana mutasi telah terjadi.

Para pakar genetika menyakini bahwa gen-gen menentukan struktur setiap protein. Dengan demikian, mutasi dalam sebuah gen yang disebabkan oleh berubahnya urutan DNA, myngkin menagkibatkan tidak aktifnya protein yang sangat penting dan ini menyebabkan sel yang bersangkutan mati. Sebuah mutasi mungkindapat terjadi di bagian tidak penting sehingga tidak menimbulkan pengaruh sama sekali, mutasi ini disebut dengan silent mutasi.

Kesalahan pemasangan awal antara nukleotida yang baru masuk dan nukleotida yang sudah ada di untai cetakan 100.000 kali lebih umum terjadi suatu tingkat kesalahn sebesar 1 dalam 10.000 pasangan basa. Salah satu mekanisme perbaikan DNA, perbaikan salah pasang ( mismatch repair ), memperbaiki kesalahan-kesalahan yang terjadi ketika DNA disalin. Selama replikasi DNA, DNA polimerase sendirilah yang melakukan perbaikan salah pasang. Polimerase ini mengoreksi setiap nukleotida terhadap cetakannya begitu nukleotida ditambahkan pada untaian.

Selain perbaikan kasalahan replikasi, pemeliharaan informasi genetik yang dikode dalam DNA juga menuntut perbaikan kerusakan pada DNA yang ada. Molekul-molekul DNA selalu terancam oleh agen fisis dan kimiawi yang bisa melukai. Zat-zat kimia reaktif, emisi radioaktif, sinar X, dan cahaya ultraviolet dapat mengubah nukleotida dengan cara yang dapat berpengaruh pada informasi genetik yang terkode, umumnya berpengaruh buruk.

Seperti halnya perbaikan salah pasang, kebanyakan mekanisme perbaikan DNA rusak memanfaatkan struktur pasangan basa yang dimiliki DNA. Biasanya, satu segman dari untai yang mengandung kerusakan dipotong habis dan dibuang( dieksisi, excised ) oleh suatu enzim pemotong DNA yaitu Nuklease. Dan celah yang terbentuk diisi dengan nukleotida-nukleotida yang pasangannya sesuai dengan nukleotida yang terdapat dalam untai yang tidak rusak. Enzim yang terlibat dalam pengisian celah ini adalah DNA polimerase dan DNA ligase. Perbaikan DNA tipe ini disebut perbaikan eksisi ( excision repair ).