REPLIKASI DNA 1. Pengertian Replikasi 2. Komponen Penting dalam Replikasi DNA cetakan Molekul deoksiribonukleotida Enzim DNA polimerase

Transkripsi

1 REPLIKASI DNA

2 REPLIKASI DNA 1. Pengertian Replikasi Replikasi merupakan peristiwa sintesis DNA (autokatalisis) karena DNA mampu mensisntesis 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 nukleotida-nukleotida (Necel, 2009). 2. Komponen Penting dalam Replikasi Replikasi bahan genetik ditentukan oleh beberapa komponen utama yaitu (Amir, dkk, 2010): 1. DNA cetakan, yaitu molekul DNA atau RNA yang akan direplikasi. 2. Molekul deoksiribonukleotida, yaitu datp, dttp, dctp, dan dgtp. Deoksi ribonukleotida terdiri atas tiga komponen yaitu basa purin atau pirimidin, gula 5-karbon (deoksiribosa) dan gugus fosfat. 3. Enzim DNA polimerase, yaitu enzim utama yang mengkatalisis proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA. 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). 4. Enzim primase, yaitu enzim yang mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA. 5. Enzim pembuka ikatan untaian induk, yaitu enzim helikase dan enzim girase. 6. Molekul protein yang menstabilkan untaian DNA yang sudah terbuka, yaitu protein SSB (single strand binding protein). 7. Enzim DNA ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk menyambung fragmenfragmen DNA

3 3. Model Replikasi Gambar 1. Tiga kemungkinan terjadinya replikasi DNA (Pray, 2008) Ada 3 cara terjadinya replikasi DNA dalam sel eukariot, yaitu (Desy, 2010): 1. Model 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 (Desy, 2010). Pada replikasi konservatif seluruh tangga berpilin DNA awal tetap dipertahankan dan akan mengarahkan pembentukan tangga berpilin baru. Pada replikasi semikonservatif tangga berpilin mengalami pembukaan terlebih dahulu sehingga kedua untai polinukleotida akan saling terpisah. Namun, masing-masing untai ini tetap dipertahankan dan akan bertindak sebagai cetakan (template) bagi pembentukan untai polinukleotida baru. Sementara itu, pada replikasi dispersif kedua untai polinukleotida mengalami fragmentasi di sejumlah tempat. Kemudian, fragmen-fragmen polinukleotida yang terbentuk akan menjadi cetakan bagi fragmen nukleotida baru sehingga fragmen lama dan baru akan dijumpai berselang-seling di dalam tangga berpilin yang baru (Susanto, 2008). 2. Model 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 (Desy, 2010). 3. Model 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).

4 Hipotesa 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 Mereka membutuhkan sel sel E.coli selama beberapa generasi pada medium dengan ammonium klorida (NH 4 Cl) 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 ( 14 N) DNA normalnya. Meskipun ini hanya merupakan perbedaan kecil, campura DNA ( 15 N) berat dan ( 14 N) 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 ( 15 N) DNA sedikit lebih pekat daripada ( 14 N) DNA, ( 15 N) DNA akan mencapai posisi keseimbangan yang lebih rendah pada gradient CsCl daripada ( 14 N) 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 NH 4 Cl yang mengandung isotop 14 N normal. Media segar menunjukkan sel sel ini tumbuh dalam media 14 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 14 N dan DNA berat dari pertumbuhan sel sel, khusus pada 15 N. Hal ini merupakan hasil yang tepat diharapkan bila ulur pada DNA dari sel sel keturunan mengandung satu untaian 14 N baru dan satu untaian 15 N lama dari DNA induk, yang secara skematis dapat dilihat pada gambar 2 (Lehninger, et.al., 2005).

5 Gambar 2. Hasil eksperimen Meselson dan Stahl untuk menentukan replikasi DNA yang terjadi di alam (Pray, 2010) 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 da DNA baru yang bergabung bersama secara acak (Lehninger, et.al., 2005). 4. Tahapan Replikasi Proses replikasi dalam molekul DNA dimulai pada suatu titik yang disebut dengan Origin of Replication (Ori). Pada titik ini, DNA akan membentuk seperti gelembung kecil, dimana ikatan hidrogen antara basa-basa terputus dan pasangan basanya terpisah. Heliks mulai membuka uliran (Ma, et.al., 1998). Tahapan replikasi DNA pada sel eukariot adalah sebagai berikut (Anonymous 1, 2011):

6 1. Tahapan pertama (inisiasi) dalam proses replikasi DNA terjadi adalah pemutusan ikatan hidrogen antara basa-basa nitrogen dari dua untai yang antiparalel. Pemutusan ikatan tersebut terjadi pada rantai yang kaya akan ikatan A-T. Hal tersebut dikarenakan ikatan antara adenin dan timin yang hanya merupakan ikatan rangkap dua, sedangkan pada ikatan antara sitosin dan guanin adalah ikatan rangkap tiga. Helikase adalah enzim yang berfungsi untuk membuka untai ganda DNA. Titik awal dimana terjadinya splitting disebut sebagai origin of replication. Struktur yang dihasilkan disebut dengan Replication Fork. Gambar 3. Tahap pemutusan ikatan hydrogen pada basa basa nitrogen 2. Salah satu hal penting dalam tahapan replikasi DNA adalah pengikatan primase RNA pada titik awal rantai induk 3-5. Primase RNA dapat menarik nukleotida RNA yang berikatan dengan nukleotida DNA dari untai 3-5 dikarenakan ikatan hidrogen antar basanya. Nukleotida RNA adalah primer (starter) untuk ikatan nukleotida DNA. Gambar 4. Tahap pembentukan RNA primer 3. Tahapan elongasi berbeda untuk cetakan 5-3 dan 3-5, yaitu: a. Cetakan 5-3 Cetakan 5-3 disebut sebagai leading strand karena DNA polimerase α dapat membaca cetakan dan secara kontinu menambah nukleotida(komplemen dari cetakan nukleotida, sebagai contoh adenin berlawanan dengan timin).

7 b. Cetakan 3-5 Cetakan 3-5 tidak dapat dibaca dengan DNA polimerase α. Replikasi dari cetakan ini rumit dan DNA barunya disebut lagging strand. Pada lagging strand RNA primase menambah lebih banyak RNA primer. DNA polimerase α membaca cetakan. Jarak antara dua RNA primer disebut sebagai fragmen Okazaki. Gambar 5. Tahap pembentukan leading strand dan lagging strand Gambar 6. Fragmen Okazaki RNA primer penting untuk DNA polimerase α berikatan dengan nukleotida pada bagian ujung 3. Untai baru dielongasi dengan mengikat lebih banyak DNA nukleotida. 4. Pada lagging strand DNA Polimerase I - eksonuklease membaca fragmen dan memindahkan RNA Primer. Jarak didekatkan dengan adanya pengaruh DNA polymerase (menambahkan nukleotida komplementer pada jarak tersebut) dan DNA ligase (menambahkan fosfat pada gap antara fosfat dan gula).

8 Gambar 7. Tahap pembacaan fragmen oleh DNA polimerase I-eksonuklease 5. Langkah terakhir dari tahapan replikasi DNA adalah terminasi. Tahapan ini terjadi ketika DNA polymerase mencapai titik akhir untai. Kita dapat dengan mudah memahami bahwa pada akhir tahapan lagging strand, ketika RNA primer dipindahkan tidak mungkin bagi DNA polymerase untuk mengisi kekosongan tersebut (karena tidak ada primer). Sehingga, ujung dari untai induk dimana primer terakhir tidak direplikasi. Ujung dari DNA linear terdiri dari DNA noncoding yang berulang ulang dan disebut telomere. Sebagai hasilnya, bagian dari telomere dipindahkan pada tiap siklus replikasi DNA. 6. Replikasi DNA tidak sempurna sebelum terjadi mekanisme perbaikan terhadap kesalahankesalahan yang mungkin terjadi selama replikasi. Enzim seperti nuklease akan memindahkan nukleotida yang salah dan DNA polimerase akan mengisi kekosongan (gap) tersebut. Gambar 8. DNA hasil replikasi Pembentukan leading strand 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 (Necel, 2009).

9 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 (Necel, 2009). 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. Masingmasing 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 (Necel, 2009). 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 (Necel, 2009). 5. Replikasi DNA pada Sel Eukariot Pada eukariot, proses replikasi DNA adalah sama dengan replikasi dari bakteri atau DNA prokariotik dengan beberapa modifikasi kecil. Pada eukariot, molekul DNA lebih besar

10 daripada di prokariot dan tidak melingkar, juga banyak tempat untuk memulai replikasi (Anonymous 2, 2011). Pada eukariot replikasi DNA hanya terjadi pada fase S di dalam interfase. Untuk memasuki fase S diperlukan regulasi oleh sistem protein kompleks yang disebut siklin dan kinase tergantung siklin atau cyclin-dependent protein kinases (CDKs), yang akan diaktivasi oleh sinyal pertumbuhan yang mencapai permukaan sel. Beberapa CDKs akan melakukan fosforilasi dan mengaktifkan protein-protein yang diperlukan untuk inisiasi pada masingmasing ORI. Berhubung dengan kompleksitas struktur kromatin, fork replikasi pada eukariot bergerak hanya dengan kecepatan 50 pb tiap detik. Sebelum melakukan penyalinan, DNA harus dilepaskan dari nukleosom pada fork replikasi sehingga gerakan fork 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 dari 20 hingga 50 replikon mengalami inisiasi secara bersamaan pada waktu tertentu selama fase S. Deretan yang mengalami inisiasi paling awal adalah eukromatin, sedangkan deretan yang agak lambat adalah heterokromatin (Susanto, 2008). DNA sentromir dan telomir bereplikasi paling lambat. Pola semacam ini mencerminkan aksesibilitas struktur kromatin yang berbeda-beda terhadap faktor inisiasi. Seperti halnya pada prokariot, 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 (Susanto, 2008). Proses replikasi DNA eukariot sama dengan replikasi DNA prokariotik kecuali untuk aspek-aspek dibawah ini (Anonymous 3, 2011): 1. DNA eukariot mempunyai beberapa tempat Origin Of Replication, maka beberapa replikasi fork menghasilkan banyak gelembung sepanjang DNA. Replikasi fork dibentuk pada urutan mereplikasi secara otonom (ARS) yang mengandung 11 bp dikenal dengan origin replication element (ORE). 2. Polimerase DNA α dan β adalah enzim-enzim replikasi DNA dalam sel eukariotik. Polimerase DNA α mempunyai aktivitas polimerase 5' 3 ' dan sintesis primer pada lagging strand kemudian diperpanjang dengan multisubunit DNA polymerase. Polimerase DNA δ mengoreksi aktivitas eksonuklease 3 5 dan melaksanakan keduanya dan sintesis lagging strand dalam suatu kompleks bakteri dimer DNA polimerase III. ε polimerase DNA menghilangkan fragmen utama dari Okazaki pada Lagging strand. Polimerase DNA γ bertanggung jawab untuk replikasi DNA mt.

11 3. Telomere, struktur di ujung kromosom eukariotik linear, terdiri dari banyak salinan tandem urutan oligonukleotida pendek dengan TxGy dalam satu untai dan CyAx di untai komplementer, di mana x dan y biasanya dalam rentang 1 sampai 4. Telomerase mengandung RNA yang berfungsi sebagai template untuk sintesis untai TxGy dari telomer. Komponen protein dari telomerase bertindak sebagai reverse transkripsi selular untuk sintesis RNA dan DNA. Setelah perpanjangan untai TxGy oleh telomerase, pelengkap untai CyAx disintesis oleh DNA polimerase selular, dimulai dengan sebuah primer RNA. 6. Replikasi DNA pada Sel Prokariot Suatu kromosom mengandung satu molekul DNA yang biasanya sangat besar, misalnya beberapa kromosom bakteri tersusun oleh sebanyak 4 x 10 6 pasang basa. Selain itu dalam banyak hal, DNA berbentuk tertutup atau struktur lingkar. Beberapa kromosom bakteri berbentuk linier. Hanya sedikit diketahui mengenai kromosom bakteri linier (Ngili, 2010). Dari penelitian genetika telah diketahui bahwa inisiasi replikasi terjadi pada sisi tertentu yang disebut sisi inisiasi atau origin of the chromosome (ori C). Urutan nukleotida dalam daerah ini mengikat pada berbagai protein untuk menginisiasi kedua garpu (Ngili, 2010). Replikasi kromosom bakteri bisa dibagi ke dalam tiga tahap: inisiasi, elongasi, dan terminasi. Inisiasi yakni pembentukan garpu-garpu replikasi pada molekul awal. Elongasi menggambarkan perkembangan garpu-garpu ini mengelilingi kromosom, serentak dengan sintesis DNA atau pertumbuhan rantai. Terminasi yakni penggabungan garpu-garpu yang saling mendekati, menghasilkan dua kromosom sempurna yang dapat berpisah satu sama lain (Ngili, 2010). Replikasi kromosom bakteri sepanjang kb memakan waktu sekitar 40 menit dan terjadi dalam seluruh siklus pembelahan bakteri. Maka, setiap garpu mereplikasikan sekitar 50 kb DNA per menit. (Dalam sel eukariot, replikasi DNA terbatas pada bagian siklus pembelahan sel mitosis yang disebut fase S, yang bisa berlangsung selama beberapa jam). Laju replikasi DNA dikoordinasikan dengan laju pembelahan sel. Maka, kultur bakteri yang tumbuh dalam medium kaya akan memiliki waktu pembentukan yang pendek dan harus menjalankan replikasi kromosom lebih cepat daripada yang ditumbuhkan dalam medium miskin dimana pembentukannya mungkin tiga sampai empat kali lebih lama (Ngili, 2010). Seperti diketahui, replikasi suatu replikon bisa dibagi ke dalam tiga tahap yakni inisiasi, elongasi, dan terminasi. Selama fase elongasi, pertumbuhan rantai DNA berlangsung pada garpy replikasi. Ini adalah tahap yang bagus untuk meneliti beberapa enzim penting dan protein lain yang terlibat dalam replikasi. Proses seperti ini yang terjadi dalam bakteri E.coli

12 adalah yang paling dipahami, dan bermanfaat sebagai prototipe untuk sistem lain. Beberapa enzim dan protein terlibat didalamnya (Ngili, 2010). Enzim yang bertanggung jawab untuk sintesis rantai DNA baru pada garpu replikasi yakni enzim DNA polimerase. Enzim ini memakai untai DNA tunggal yang terbuka gulungannya sebagai templat. Terdapat tiga macam DNA polimerase dalam E.coli, yakni DNA polimerase I,II, dan III. DNA polimerase I adalah yang paling melimpah, dan DNA polimerase III adalah yang paling sedikit. Kedua enzim ini mempunyai peran penting dalam keseluruhan proses replikasi DNA. Peranan polimerase II belum diketahui dengan jelas (Ngili, 2010). Fase elongasi dari replikasi DNA dalam bakteri tampak melibatkan banyak enzim dan protein, yang sebagian bergabung dengan kompleks fungsional terpisah seperti holoenzim DNA polimerase III. Inisiasi replikasi juga menggunakan beberapa protein, dan mutasi pada gennya sangat membantu dalam mengidentifikasi protein-protein ini (Ngili, 2010). Mutasi yang mempengaruhi replikasi disebut mutasi DNA. Banyak mutasi yang telah diidentifikasi pada E.coli mengkode untuk berbagai protein yang berkaitan dengan pertumbuhan rantai DNA pada garpu replikasi. Sebagai contoh, gen dnag mengode untuk primase (protein Dna G). Namun sebagian mengkode protein dengan melibatkan inisiasi siklus replikasi pada ori C. Contoh untuk gen seperti ini misalnya dnaa, B dan C (Ngili, 2010). Replikasi DNA kromosom prokariot, 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. 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 prokariot 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 (Ngili, 2010). 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 (Ngili, 2010).

13 Untai DNA tunggal hasil pemisahan oleh helikase selanjutnya diselubungi oleh protein pengikat untai tunggal atau single-stranded binding protein (SSB) untuk melindungi DNA untai tunggal dari kerusakan fisik dan mencegah renaturasi. Enzim DNA primase kemudian akan menempel pada DNA dan menyintesis RNA primer yang pendek untuk memulai atau menginisiasi sintesis pada untai pengarah. Agar replikasi dapat terus berjalan menjauhi ori, diperlukan enzim helikase selain DnaB. Hal ini karena pembukaan heliks akan diikuti oleh pembentukan putaran baru berupa superkoiling positif. Superkoiling negatif yang terjadi secara alami ternyata tidak cukup untuk mengimbanginya sehingga diperlukan enzim lain, yaitu topoisomerase tipe II yang disebut dengan DNA girase. Enzim DNA girase ini merupakan target serangan antibiotik sehingga pemberian antibiotik dapat mencegah berlanjutnya replikasi DNA bakteri (Ngili, 2010). Seperti telah dijelaskan di atas, replikasi DNA terjadi baik pada untai pengarah maupun pada untai tertinggal. Pada untai tertinggal suatu kompleks yang disebut primosom akan menyintesis sejumlah RNA primer dengan interval hingga basa. Primosom terdiri atas helikase DNA B dan DNA primase (Ngili, 2010). Primer baik pada untai pengarah maupun pada untai tertinggal akan mengalami elongasi dengan bantuan holoenzim DNA polimerase III. Kompleks multisubunit ini merupakan dimer, separuh akan bekerja pada untai pengarah dan separuh lainnya bekerja pada untai tertinggal. Dengan demikian, sintesis pada kedua untai akan berjalan dengan kecepatan yang sama.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 (Ngili, 2010). 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. 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 (Ngili, 2010). 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.

14 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 (Ngili, 2010). 7. Perbedaan Replikasi DNA pada Sel Eukariot dan Prokariot Tabel 1. Perbedaan Replikasi DNA pada Sel Eukariot dan Prokariot (Amir, dkk., 2010) EUKARIOT PROKARIOT Replikasi DNA terjadi di nukleus Replikasi DNA terjadi di protoplasma Replikasi DNA terjadi pada fase S (fase Replikasi terjadi pada semua fase dalam siklus sintesis) dalam fase interfase pada siklus sel sel Terdapat 5 macam DNA polimerisasi yang Terdapat 3 macam DNA polimerisasi yang terlibat dalam proses replikasi terlibat dalam proses replikasi Terdapat banyak titik awal replikasi (ori) Titik awal replikasi (ori) lebih sedikit dibanding eukariot Pergerakan garpu replikasi pada replikasi Pergerakan garpu replikasi pada replikasi eukariot bergerak lebih lambat prokariot bergerak lebih cepat dibanding pada eukariot Selanjutnya gelembung replikasi akan Replikasi terjadi kedua arah. Selanjutnya bertemu, dan sintesis DNA anak selesai gelembung replikasi akan bertemu, dan sintesis DNA anak selesai

15 DAFTAR PUSTAKA Amir, F. M.; Malik, A.; Darmawati; Fikri R. M., 2010, REPLIKASI DNA, diakses pada tanggal 2 Maret 2011 Anonymous 1, 2011, STEPS OF DNA REPLICATION, stepsofdnareplication.php, diakses pada tanggal 2 Maret 2011 Anonymous 2, 2011, REPLICATION DNA EUKARYOT, diakses tanggal 2 Maret 2011 Anonymous 3, 2011, DNA REPLICATION IN PROKARYOTES AND EUKARYOTES, diakses tanggal 2 Maret 2011 Junaidi, W., 2009, REPLIKASI DNA, diakses pada tanggal 2 Maret 2011 Lehninger, A.L.; Nelson, D.L. and Cox, M.M., 2005, LEHNINGER S PRINCIPLES OF BIOCHEMISTRY, WH Freeman, Ltd., New York Necel, 2009, DNA dan RNA, dan RNA, diakses pada tanggal 2 Maret 2011 Ngili, Y., 2010, BIOKIMIA DASAR, Penerbit Rekayasa Sains, Bandung Pray, L.A., 2008, SEMI-CONSERVATIVE DNA REPLICATION: Meselson and Stahl, diakses pada tanggal 4 Maret 2011 Saraswati, D., 2010, SUBSTANSI GENETIKA, replikasi-dna, diakses pada tanggal 2 Maret 2011 Susanto, A.H., 2008, BAB IV REPLIKASI DNA, diakses tanggal 2 Maret 2011

16