Replikasi DNA: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
Tidak ada ringkasan suntingan |
kTidak ada ringkasan suntingan |
||
| (57 revisi perantara oleh 44 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
{{rapikan}}
{{refimprove}}
[[Berkas:Dna-split.png|jmpl|ka|300px|Replikasi DNA yang terjadi, disebut replikasi semikonservatif, karena masing-masing dari kedua rantai DNA induk bertindak sebagai cetakan/templat untuk pembuatan dua rantai DNA dengan untai ganda yang baru.<ref>{{en}} {{cite book
'''Replikasi DNA''' adalah proses penggandaan molekul [[DNA]] untai ganda. Pada [[Sel (biologi)|sel]], replikasi DNA terjadi sebelum [[pembelahan sel]]. [[Prokariota]] terus-menerus melakukan replikasi DNA. Pada [[eukariota]], waktu terjadinya replikasi DNA sangatlah diatur, yaitu pada fase S [[siklus sel]], sebelum [[mitosis]] atau [[meiosis]] I. Penggandaan tersebut memanfaatkan [[enzim]] [[DNA polimerase]] yang membantu pembentukan ikatan antara [[nukleotida|nukleotida-nukleotida]] penyusun polimer DNA. Proses replikasi DNA dapat pula dilakukan ''in vitro'' dalam proses yang disebut [[Reaksi berantai polimerase|reaksi berantai polimerase (PCR)]].▼
|title = The Cell - A Molecular Approach
|author = Geoffrey M. Cooper
|work = Boston University
|isbn = 0-87893-106-6
|edition = 2
|year = 2000
|page = Heredity, Genes, and DNA
|publisher = Sunderland (MA): Sinauer Associates
|url = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=cooper&part=A417
|accessdate = 2010-08-13
}}</ref><ref>{{en}} {{cite book
|title = The Cell - A Molecular Approach
|author = Geoffrey M. Cooper
|work = Boston University
|isbn = 0-87893-106-6
|edition = 2
|year = 2000
|page = Figure 3.8. Semiconservative replication of DNA
|publisher = Sunderland (MA): Sinauer Associates
|url = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=cooper&part=A417&rendertype=figure&id=A430
|accessdate = 2010-08-13
}}</ref>]]
▲'''Replikasi DNA''' adalah proses penggandaan
== Garpu replikasi ==
Garpu replikasi atau cabang replikasi (''replication fork'')
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 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.<ref>{{Cite book|last=Lengeler|first=Joseph W.|last2=Drews|first2=Gerhart|last3=Schlegel|first3=Hans Günter|date=1999|url=https://books.google.co.id/books?id=MiwpFtTdmjQC&pg=PA347&dq=dna+replication+direction&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwiAoKrQ16rtAhXQc30KHdzpAlYQ6AEwBnoECAcQAg#v=onepage&q&f=false|title=Biology of the Prokaryotes|location=|publisher=Georg Thieme Verlag|isbn=978-3-13-108411-8|pages=347|language=en|url-status=live}}</ref>
[[Berkas:
=== Pembentukan
Pada replikasi DNA, untaian
▲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.
Untaian lambat (''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]]''.<ref>{{Cite book|last=DePamphilis|first=Melvin|last2=Bell|first2=Stephen|date=2010-10-06|url=https://books.google.co.id/books?id=uSoWBAAAQBAJ&pg=PA98&dq=okazaki+fragments&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwjT3v3E1qrtAhXZDnIKHQKcAnQQ6AEwBHoECAYQAg#v=onepage&q=okazaki%20fragments&f=false|title=Genome Duplication|location=|publisher=Garland Science|isbn=978-1-136-73823-4|pages=98|language=en|url-status=live}}</ref> 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.▼
▲=== 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.
=== Dinamika pada garpu replikasi ===
Bukti-bukti yang ditemukan belakangan ini menunjukkan bahwa enzim dan protein yang terlibat dalam replikasi DNA tetap berada pada garpu replikasi sementara DNA membentuk gelung untuk mempertahankan pembentukan DNA ke dua arah. Hal ini merupakan akibat dari interaksi antara DNA polimerase, ''sliding clamp'', dan ''clamp loader''.<ref>{{Cite book|last=Wang|first=Zerong|last2=Wille|first2=Uta|last3=Juaristi|first3=Eusebio|date=2017-04-17|url=https://books.google.co.id/books?id=qYebCgAAQBAJ&pg=PA4053&dq=dna+sliding+camp&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwjs7-vZ1qrtAhVWXSsKHc0VCTcQ6AEwAHoECAEQAg#v=onepage&q=dna%20sliding%20camp&f=false|title=Encyclopedia of Physical Organic Chemistry, 6 Volume Set|location=|publisher=John Wiley & Sons|isbn=978-1-118-47045-9|pages=4053|language=en|url-status=live}}</ref>
''Sliding clamp'' pada semua jenis makhluk hidup memiliki struktur serupa dan mampu berinteraksi dengan berbagai DNA polimerase prosesif maupun non-prosesif yang ditemukan di sel. Selain itu, ''sliding clamp'' berfungsi sebagai suatu faktor prosesivitas. Ujung-C ''sliding clamp'' membentuk gelungan yang mampu berinteraksi dengan protein-protein lain yang terlibat dalam replikasi DNA (seperti DNA polimerase dan ''clamp loader''). Bagian dalam ''sliding clamp'' memungkinkan DNA bergerak melaluinya. ''Sliding clamp'' tidak membentuk interaksi spesifik dengan DNA. Terdapat lubang 35A besar di tengah ''clamp'' ini. Lubang tersebut berukuran sesuai untuk dilalui DNA dan air menempati tempat sisanya sehingga ''clamp'' dapat bergeser pada sepanjang DNA. Begitu polimerase mencapai ujung templat atau mendeteksi DNA berutas ganda (lihat di bawah), ''sliding clamp'' mengalami perubahan konformasi yang melepaskan DNA polimerase.
Baris 26 ⟶ 48:
== Replikasi di prokariota dan eukariota ==
=== Replikasi DNA prokariota ===
Replikasi DNA [[kromosom]] [[prokariota]], 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.<ref>{{Cite book|last=Michels|first=Corinne A.|date=2002-06-10|url=https://books.google.co.id/books?id=PfJviR3cCtYC&pg=PA12&dq=e+coli+ori&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwiWqOeL16rtAhXCeisKHZYIDiEQ6AEwAHoECAEQAg#v=onepage&q=e%20coli%20ori&f=false|title=Genetic Techniques for Biological Research: A Case Study Approach|location=|publisher=John Wiley & Sons|isbn=978-0-471-89919-8|pages=12|language=en|url-status=live}}</ref> 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 prokariota 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.
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.
Baris 39 ⟶ 61:
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.
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]].<ref>{{Cite book|last=Nickoloff|first=Jac A.|last2=Hoekstra|first2=Merl F.|date=2001-03-13|url=https://books.google.co.id/books?id=XvsqBgAAQBAJ&pg=PA286|title=DNA Damage and Repair: Advances from Phage to Humans|location=|publisher=Springer Science & Business Media|isbn=978-1-59259-095-7|pages=286|language=en|url-status=live}}</ref> 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.
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.
=== Replikasi DNA eukariota ===
Baris 48 ⟶ 70:
Berhubung dengan kompleksitas struktur [[kromatin]], garpu replikasi pada eukariota bergerak hanya dengan kecepatan 50 pb tiap detik. Sebelum melakukan penyalinan, DNA harus dilepaskan dari [[nukleosom]] pada garpu replikasi sehingga gerakan garpu 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 atas 20 hingga 50 replikon mengalami inisiasi secara serempak pada waktu tertentu selama fase S. Deretan yang mengalami
Seperti halnya pada prokariota, 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. Selanjutnya, tiga DNA polimerase yang berbeda terlibat dalam elongasi. Untai pengarah dan masing-masing fragmen untai tertinggal diinisiasi oleh RNA primer dengan bantuan aktivitas primase yang merupakan bagian integral enzim DNA polimerase a. Enzim ini akan meneruskan [[elongasi]] replikasi tetapi kemudian segera digantikan oleh DNA polimerase d pada untai pengarah dan DNA polimerase e pada untai tertinggal. Baik DNA polimerase d maupun e mempunyai fungsi penyuntingan. Kemampuan DNA polimerase d untuk menyintesis DNA yang panjang disebabkan oleh adanya [[antigen]] perbanyakan nuklear sel atau proliferating cell nuclear antigen (PCNA), yang fungsinya setara dengan subunit b holoenzim DNA polimerase III pada ''E. coli''. Selain terjadi penggandaan DNA, kandungan [[histon]] di dalam sel juga mengalami penggandaan selama fase S.
Baris 54 ⟶ 76:
Mesin replikasi yang terdiri atas semua enzim dan DNA yang berkaitan dengan garpu replikasi akan diimobilisasi di dalam matriks nuklear. Mesin-mesin tersebut dapat divisualisasikan menggunakan mikroskop dengan melabeli DNA yang sedang bereplikasi. Pelabelan dilakukan menggunakan analog [[timidin]], yaitu bromodeoksiuridin (BUdR), dan visualisasi DNA yang dilabeli tersebut dilakukan dengan imunofloresensi menggunakan antibodi yang mengenali BUdR.
Ujung kromosom linier tidak dapat direplikasi sepenuhnya karena tidak ada DNA yang dapat menggantikan RNA primer yang dibuang dari ujung 5’ untai tertinggal. Dengan demikian, informasi genetik dapat hilang dari DNA. Untuk mengatasi hal ini, ujung kromosom eukariota (telomer) mengandung beratus-ratus sekuens repetitif sederhana yang tidak berisi informasi genetik dengan ujung 3’ melampaui ujung 5’. Enzim telomerase mengandung molekul RNA pendek, yang sebagian sekuensnya komplementer dengan sekuens repetitif tersebut. RNA ini akan bertindak sebagai cetakan (templat) bagi penambahan sekuens repetitif pada ujung 3’.<ref>{{Cite book|last=Pellegrini|first=Marco|last2=Magi|first2=Alberto|last3=Iliopoulos|first3=Costas S.|date=2016-10-27|url=https://books.google.co.id/books?id=9cS0DQAAQBAJ&pg=PA17&dq=repetitive+sequence&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwjL7-K72artAhWB_XMBHXSvACkQ6AEwAHoECAQQAg#v=onepage&q&f=false|title=Repetitive Structures in Biological Sequences: Algorithms and Applications|location=|publisher=Frontiers Media SA|isbn=978-2-88945-018-3|pages=17|language=en|url-status=live}}</ref>
Hal yang menarik adalah bahwa aktivitas [[telomerase]] mengalami penekanan di dalam sel-sel somatis pada organisme multiseluler, yang lambat laun akan menyebabkan pemendekan kromosom pada tiap generasi sel.<ref>{{Cite book|last=Andrews|first=Lucy|last2=Tollefsbol|first2=Trygve O.|date=2007-11-29|url=https://books.google.co.id/books?id=BkW-nKaAQtoC&pg=PA2&dq=telomerase&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwj4ioOA2artAhXBILcAHdTACxoQ6AEwAXoECAAQAg#v=onepage&q&f=false|title=Telomerase Inhibition: Strategies and Protocols|location=|publisher=Springer Science & Business Media|isbn=978-1-58829-683-2|pages=2|language=en|url-status=live}}</ref> Ketika pemendekan mencapai DNA yang membawa informasi genetik, sel-sel akan menjadi layu dan mati. Fenomena ini diduga sangat penting di dalam proses penuaan sel. Selain itu, kemampuan penggandaan yang tidak terkendali pada kebanyakan sel [[kanker]] juga berkaitan dengan [[reaktivasi]] enzim telomerase.
== Pengaturan replikasi ==
{{sect-stub}}
== Referensi ==
{{reflist}}
== Lihat pula ==
Baris 65 ⟶ 90:
* [[Transkripsi]]
[[Kategori:Genetika molekular]]
| |||