REPLIKASI DNA
A. DNA
> DNA merupakan asam nukleat yang mengandung informasi genetik yang digunakan dalam perkembangan dan berfungsi untuk mengetahui organisme hidup ataupun virus
> DNA adalah satu set yang diperlukan untuk membangun komponen lain dari sel, seperti protein dan molekul RNA.
> Dua strain /untai panjang yang membuat bentuknya double helix
> Dua strain berjalan dalam arah yang berlawanan satu sama lain dan karena itu anti-paralel.
> DNA terdiri dari dua polimer panjang unit sederhana yang disebut nukleotida, dengan tulang punggung yang terbuat dari dasar, gula dan gugus fosfat.
B. TEORI REPLIKASI DNA
Sebelum mekanisme replikasi DNA dapat dibuktikan secara eksperimental oleh Matthew dan Franklin Sthal pada tahun 1958, ada tiga hipotesis yang berkembang mengenai mekanisme replikasi DNA, antara lain model replikasi secara:
>Semikonservatif yang dikemukakan oleh Watson dan Crick, dimana setiap molekul untaian ganda DNA anakan terdiri atas satu untaian-tunggal DNA induk dan satu untaian-tunggal DNA hasil sintesis baru.
> Semikonservatif yaitu kedua untai induk menyatu lagi setelah bertindak sebagai cetakan untuk untai-untai baru, sehingga mengembalikan heliks ganda induk
>Konservatif. Molekul DNA untaian-ganda induk tetap bergabung sedangkan kedua untaian DNA anakan terdiri atas molekul hasil sintesis baru.
> Konservatif
>Dispersif, menyatakan bahwa molekul DNA induk mengalami fragmentasi sehingga DNA anakan terdiri atas campuran molekul lama (berasal dari DNA induk) dan molekul hasil sintesis baru.
C. MEKANISME REPLIKASI SECARA SINGKAT
1. Tropoisomerase mematahkan dan menyambungkan/menggabungkan DNA di depan daerah replikasi untuk mengurangi ketegangan saat terjadi pembukaan ulir.
2. Helikase membuka uliran dan memisahkan untai-untai DNA induk
3. Protein pengikat beruntai tunggal menstabilkan untai-untai induk yang terbuka
4. Primase menyintesis RNA primer, menggunakan DNA induk sebagai cetakan
5. DNA pol III mulai menyintesis untai maju (leading strain) 5' -3'
6. DNA pol III memperpanjang untai DNA (lagging strain) 5'-3' yang menghasilkan fragmen Okazaki
7.DNA ligase menggabungkan fragmen Okazaki menjadi untai DNA tak terputus
D. MEKANISME REPLIKASI SECARA RINCI
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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. Ligase-ligase tidak dilibatkan dalam pemanjangan rantai; melainkan, mereka berperan pemasang enzim-enzim untuk perekatan ‘celah’ melalui molekul DNA.
6. 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 sel-sel 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.
E. ENZIM - ENZIM PENTING REPLIKASI
1. Helikase (DnaB)
memutuskan ikatan-ikatan hidrogen yang menyatukan kedua untaian DNA sehingga terbentuk garpu/cabang replikasi
2. Topoisomerase
mengurangi ketegangan superheliks DNA dengan menciptakan istirahat sementara pada satu atau kedua untai DNA
3. Primase
> mensintesis RNA-primer
> menghentikan perkembangan garpu/cabang replikasi untuk mencegah leading strand melampaui lagging strand
>mengawali pembentukan DNA baru pada leading strand atau DNA fragmen Okazaki pada lagging strand oleh DNA Polimerase
4. DNA polimerase
> enzim utama yang mengkatalisi proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA
>menambahkan nukleotida bebas hanya pada ujung 3' dari rantai yang baru terbentuk, sehingga terjadinya elongasi (pemanjangan) pada rantai baru dengan arah dari ujung 5' ke ujung 3'
>menggunakan gugus OH 3' bebas pada RNA-primer untuk mensintesis DNA dengan arah 5'→3'
hanya bisa menambahkan nukleotida ke ujung 3' yang sudah ada, karena itu butuh primer sehingga nukleotida dapat ditambahkan
5. DNA ligase
>menggabung fragmen-fragmen okazaki (lagging strand) saat proses replikasi
>menyambung potongan-potongan DNA yang baru disintesis
No comments:
Post a Comment