Replikasi.docx

BABI PENDAHULUAN Bahan genetik yang ada pada setiap jasad akan mengalami proses perbanyakan sebagai salah satu tahapan sangat penting dalam proses pertumbuhan sel atau perbanyakan partikel virus. Proses perbanyakan bahan genetik dikenal sebagai proses replikasi. Studi awal mengenai proses perbanyakan bahan genetik dilakukan pada jasad yang genomnya berupa molekul DNA. Meskipun demikian, perlu diingat bahwa pada jasad tertentu, khususnya kelompok virus tertentu, genomnya berupa molekul RNA. Genom yang berupa molekul RNA ini juga akan direplikasi meskipun dengan melalui tahapan yang sedikit berbeda dibanding dengan replikasi genom yang berupa molekul DNA. Secara umum, replikasi bahan genetik merupakan proses pengkopian rangkaian molekul bahan genetik (DNA atau RNA) sehingga dihasilkan molekul anakan yang sangat identik. Meskipun konsep dasar replikasi antara struktur bahan genetik yang satu dengan lainnya adalah serupa, namun diketahui ada banyak perbedaan dalam hal mekanisme rincinya. Sebagai contoh, bahan genetik yang berupa molekul RNA mempunyai mekanisme replikasi rinci yang berbeda dengan replikasi molekul DNA. Pada kelompok virus, misalnya, replikasi bahan genetiknya terjadi di dalam sel inang yang sebenarnya merupakan jasad hidup yang lain dari jasad virus itu sendiri. Hal ini dapat terjadi karena virus merupakan jasad parasit obligat. Di lain pihak, replikasi DNA pada prokariot dan eukariot terjadi dalam sel jasad hidup yang bersangkutan. Selain itu perbedaan struktural molekul bahan genetik misalnya antara DNA lingkar (circular DNA) dengan DNA linear juga berimplikasi pada perbedaan mekanisme replikasi.

BAB II ISI

1. Pengertian Replikasi Replikasi merupakan peristiwa sintesis DNA (autokatalisis) karena DNA mampu mensintesis 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 nukleotidanukleotida (Necel, 2009).

2. DNA Melakukan Replikasi Semikonservatif Hipotesis 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

15

N, isotop nitrogen “berat”,

sebagai ganti atom N yang biasa yaitu, isotop yang banyak dijumpai

14

N. Dengan

demikian, sekuruh komponen nitrogen sel yang tumbuh pada medium ini, termasuk bom pada DNA-nya menjadi sangat diperkaya oleh

15

N. DNA yang

diisolasi dari sel menunjukkan densitas kira – kira 1% lebih berat daripada (14N) DNA normalnya. Meskipun ini hanya merupakan perbedaan kecil, campuran 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 15

N, dimana seluruh untaian DNA menjadi “berat”, ke dalam media segar dengan

NH4Cl yang mengandung isotop ini tumbuh dalam media

14

14

N normal. Media segar menunjukkan sel – sel

N 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 khusus pada

15

14

N dan DNA “berat” dari pertumbuhan sel – sel,

N. Hal ini merupakan hasil yang tepat diharapkan bila ulur pada

DNA dari sel – sel keturunan mengandung satu untaian 14N baru dan satu untaian 15

N lama dari DNA induk, yang secara skematis dapat dilihat pada gambar 2

(Lehninger, et.al., 2005).

Bila sel – sel dibiarkan meningkat lagi dua kali jumlah pada media

14

N,

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 dan DNA baru yang bergabung bersama secara acak (Lehninger, et.al., 2005).

3. DNA Sirkulasi Melangsungkan Replikasi Secara Dua Arah Percobaan yang dilakukan oleh John Cairns menunjukkan bahwa DNA sel E.coli utuh direplikasi ketika dalam bentuk lingkaran. Beliau membiarkan E. coli tumbuh dalam suatu media dengan thimidin yang mengandung atom hidrogen radioaktif [isotope tritium (3H)]. Bila DNA dari sel-sel ini diisolasi dengan hatihati dalam bentuk rileksnya dan disebarkan diatas lempeng fotografik, residu thimidin radioaktif menyebabkan pembentukan suatu “jejak” seperti butiran perak pada lempeng yang disinari, ini adalah bayangan dari molekul DNA. Dari jejak ini, Cairns menyimpulkan bahwa kromosom merupakan suatu lingkaran besar, sesuai dengan peta genetik lingkaran DNA E. coli, tetapi DNA radioaktid yang diisolasi dari sel-sel selama replikasi memperlihatkan tambahan bentuk simpul radioaktif.

Pada mulanya gambaran yang terjadi diartikan sebagai replikasi yang dimulai pada suatu “garpu” (awal) yang tetap atau titik permulaan pada DNA induk dan garpu replikasi tunggal ini bergerak dalam satu arah mengitari seluruh molekul lingkaran DNA. Tetapi, percobaan baru-baru ini pada kromosom E. coli dan virus, telah membawa pada suatu kesimpulan bahwa replikasi biasanya terjadi secara dua arah; yakni, terdapat dua titik awal replikasi. Keduanya mulai dari titik awal dan bergerak meninggalkan titik secara bersamaan dalam dua arah sampai keduanya bertemu. Pada titik ini lingkaran dupleks keturunan yang lengkap berpisah, masing-masing mengandung satu untaian lama dan satu untaian baru. 3. DNA Eukariotik Memilik Banyak Titik Awal Replikasi DNA eukariotik direplikasi dengan cara dua arah, tetapi titik awal replikasi bergerak dengan sangat lambat, kurang dari sepersepuluh dari kecepatan pada E. coli. Karena kromosom eukariotik sangat besar, akan dibutuhkan hampir dua bulan untuk melangsungkan replikasi tersebut bila hanya ada sepasang garpu replikasi. Replikasi suatu DNA eukariotik dimulai pada banyak titik awal secara serentak dengan arah yang berlawanan. Dengan cara ini replikasi seluruh kromosom eukariotik dapat diselesaikan dalam waktu yang lebih singkat daripada replikasi kromosom bakteri. Karena sel eukariotik mempunyai banyak kromosom, semuanya harus direplikasi secara serentak; dengan demikian ribuan garpu replikasi bekerja secara serentak di dalam inti sel eukariotik.

4. DNA Direplikasikan Oleh Suatu Proses Menggulung Beberapa DNA virus direplikasikan dengan suatu mekanisme menggulung suatu arah. Satu dari dua untaian lingkaran DNA induk pertama-tama dipecahkan oleh suatu enzim. Unit-unit nukleotida baru kemudian

ditambahkan ke ujung 3’ untaian yang terjuntai ini. Pertumbuhan untaian baru di seputar lingkaran cetakan secara terus menerus menggantikan ujung 5’ dari untaian yang telah terpisah dari lingkaran cetakan yang menggulung. Dengan berlanjutnya pertumbuhan untai baru, ujung 5’ yang telah terpisah sekarang menjadi suatu cetakan linier bagi sintesis suatu untai baru yang bersifat komplementer. Ujung 5’ sekarang berbentuk dupleks, diperpanjang sampai terbentuk untai DNA anak yang bersifat komplementer dengan salah satu lingkaran cetakan induk. Ekor dupleks dapat diuraikan oleh suatu enzim dan potongan lain dari DNA baru dimulai pada ujung ke 5 dari untaian DNA. Dengan cara ini banyak turunan komplementer dari suatu lingkaran untai tunggal DNA yang dapat dilepaskan dari lingkaran cetakan. Proses penggulungan lingkaran ini juga juga terjadi pada ooaite untuk menigkatkan kerja gen bagi ribosom RNA, dengan membuat banyak salinan DNA secara dua-dua, sehinggan banyak RNA ribosom yang dapat dibuat secara serentak.

Ekstrak Bakteri yang mengandung polimer DNA Pada tahun 1956, Arthur Kornberg dan kawan-kawannya menginkubasikan ekstrak ekstrak sel sel E. coli dengan campuran dATP, dTTP, dGTP dan dCTP yang diberi label 32P, di mana 32P terikat pada gugus α-fosfat. Mereka menemukan

bahwa sejumlah DNA yang baru dibentuk, mengandung isotop

32

P pada gugus

fosfatnya. Enzim yang mengkatalisa reaksi ini, yang sekarang disebut polymerase I DNA, kemudian dapat dimurnikan dan sifat-sifatnya ditelaah secara terperinci. Enzim ini ditemukan mengkatalisa penambahan unit deoksiribosanukleotida secara berurutan kepada ujung untaian DNA, dengan pembebasan pirofosfat anorganik secara serentak. Molekul ini mengandung gugus β dan α-fosfat dari tiap-tiap deoksiribosanukleotida 5’-trifosfat yang baru masuk. Persamaan reaksi dalam bentuk sederhananya adalah: (dNMP)n DNA + dNTP

(dNMP)n+1 + PPi DNA yang bertambah panjang

Dimana dNMP dan dNTP merupakan deoksiribosanukleat 5’fosfat dan 5’-trifosfat secara berurutan. Bila salah satu dari keempat prekursor dihilangkan, tidak ada DNA baru yang terbentuk. Dengan demikian sintesa total DNA terjadi hanya bila keempat

prekursor

nukleotida

tersedia.

Senyawa

5’-trifosfat

keempat

deoksiribosanukleatida tidak dapat digantikan oleh 5’-disfosfat dan 5’monofosfatnya, juga enzim tidak bekerja pada ribonuukleotida 5’trifosfat.

O

O

P O

O O

P

O

Basa

CH3

O H

O

H

H

H H

H