Tahap Proses Replikasi DNA. Deoxyribonucleic
acid atau DNA adalah molekul yang menarik yang menyimpan dan melewatkan
semua informasi yang diperlukan dari satu generasi ke generasi lain.
Butuh beberapa eksperimen menarik oleh Frederick Griffith, Avery,
MacLeod, McCarty, Alfred Hershey, Martha Chase dll, menemukan bahwa DNA
adalah materi herediter. Dengan dasar ini, dan penelitian oleh beberapa
ilmuwan seperti Rosalind Franklin, struktur molekul ini akhirnya
dipecahkan oleh James Watson dan Francis Crick.
Kode kimia Sederhana dari molekul DNA menimbulkan kompleksitas besar
dari semua organisme hidup. Tetapi bahkan lebih memikat adalah
kemampuannya dalam mereplikasi diri dan menghasilkan molekul lain yang
serupa dengan dirinya sendiri. Diberikan di bawah ini adalah penjelasan
singkat dari struktur DNA serta langkah-langkah melalui mana molekul DNA
membuat salinan dirinya dengan akurasi yang luar biasa.
Struktur DNA
Blok bangunan DNA adalah molekul yang disebut nukleotida, yang
terdiri dari gula deoksiribosa (gula 5-karbon), sebuah basa nitrogen
yang melekat pada gula, dan gugus fosfat. Ada empat jenis molekul
nukleotida tergantung pada jenis basa nitrogen terpasang. Keempat
nukleotida (dan basa nitrogen masing-masing) adalah:
AdenosineAdenosine (Adenin)
ThymidineThymidine (Timin)
GuanosineGuanosine (Guanin)
CytidineCytidine (Sitosin)
ThymidineThymidine (Timin)
GuanosineGuanosine (Guanin)
CytidineCytidine (Sitosin)
Sitosin dan timin adalah pirimidin, sejenis molekul heterosiklik
beranggota enam. Di sisi lain, adenin dan guanin adalah purin, yang
merupakan molekul dua cincin yang terdiri dari cincin pirimidin dan
cincin imidazol. Ini nukleotida dihubungkan melalui gugus fosfat dan
gugus gula untuk membentuk untai tunggal dari molekul DNA. Kelompok
fosfat satu nukleotida dan gugus hidroksil dari nukleotida yang
berdekatan terhubung melalui ikatan fosfodiester. gugus Gula dan gugus
fosfat membentuk tulang punggung masing-masing untai DNA. Setiap untai
memiliki ujung 5 ‘fosfat dan 3′ hidroksil akhir.
Helix ganda DNA terdiri dari dua untai komplementer yang berjalan
anti-sejajar satu sama lain. Satu untai berjalan di arah 5′→ 3′,
sedangkan lainnya berjalan ke arah anti-paralel 3 ‘→ 5′. Ini untai
melekat satu sama lain melalui ikatan hidrogen yang terjadi antara purin
dan pirimidin untai berlawanan. Pasangan adenin dengan timin melalui
ikatan ganda (A = T), sedangkan pasangan guanin dengan sitosin melalui
tiga ikatan (G ≡ C). DNA berputar pada jarak tertentu karena sudut
ikatan dari molekul tulang punggung DNA. Ini membentuk struktur heliks
bukannya tangga lurus. A = T dan G ≡ C pasangan basa membentuk anak
tangga heliks ini.
Langkah-langkah dalam Replikasi DNA
Proses replikasi DNA merupakan suatu masalah yang kompleks, dan
melibatkan set protein dan enzim yang secara kolektif merakit nukleotida
dalam urutan yang telah ditentukan. Dalam menanggapi isyarat molekul
yang diterima selama pembelahan sel, molekul-molekul ini melakukan
replikasi DNA, dan mensintesis dua untai baru menggunakan helai yang ada
sebagai template atau ‘cetakan’. Masing-masing dua resultan, molekul
DNA yang identik terdiri dari satu untai baru lama dan salah satu DNA.
Oleh karena itu proses replikasi DNA disebut sebagai semi-konservatif.
Rangkaian peristiwa yang terjadi selama replikasi DNA prokariotik telah dijelaskan di bawah ini.
❶ Inisiasi
Pelepasan untai DNA
Replikasi DNA dimulai pada lokasi spesifik disebut sebagai asal
replikasi, yang memiliki urutan tertentu yang bisa dikenali oleh protein
yang disebut inisiator DnaA. Mereka mengikat molekul DNA di tempat
asal, sehingga mengendur untuk docking protein lain dan enzim penting
untuk replikasi DNA. Sebuah enzim yang disebut helikase direkrut ke
lokasi untuk unwinding (proses penguraian) heliks dalam alur tunggal.
Helikase melepaskan ikatan hidrogen antara pasangan basa, dengan cara
yang tergantung energi. Titik ini atau wilayah DNA yang sekarang
dikenal sebagai garpu replikasi (Garpu replikasi atau cabang replikasi
adalah struktur yang terbentuk ketika DNA bereplikasi). Setelah heliks
yang unwound, protein yang disebut untai tunggal mengikat protein (SSB)
mengikat daerah unwound, dan mencegah mereka untuk annealing
(penempelan). Proses replikasi sehingga dimulai, dan garpu replikasi
dilanjutkan dalam dua arah yang berlawanan sepanjang molekul DNA.
❷ Sintesis Primer
Sintesis DNA Primer
Sintesis baru, untai komplementer DNA menggunakan untai yang ada
sebagai template yang dibawa oleh enzim yang dikenal sebagai DNA
polimerase. Selain replikasi mereka juga memainkan peran penting dalam
perbaikan DNA dan rekombinasi.
Namun, DNA polimerase tidak dapat memulai sintesis DNA secara
independen, dan membutuhkan 3′ gugus hidroksil untuk memulai penambahan
nukleotida komplementer. Ini disediakan oleh enzim yang disebut DNA
primase yang merupakan jenis DNA dependent-RNA polimerase. Ini
mensintesis bentangan pendek RNA ke untai DNA yang ada. Ini segmen
pendek disebut primer, dan terdiri dari 9-12 nukleotida. Hal ini
memberikan DNA polimerase platform yang diperlukan untuk mulai menyalin
sebuah untai DNA. Setelah primer terbentuk pada kedua untai, DNA
polimerase dapat memperpanjang primer ini menjadi untai DNA baru.
Unwinding DNA dapat menyebabkan supercoiling (bentukan seperti spiral yang mengganggu)
di wilayah berikut garpu. Ini superkoil DNA Unwinding oleh enzim khusus
yang disebut topoisomerase yang mengikat ke bentangan DNA depan garpu
replikasi. Ini menciptakan nick di untai DNA dalam rangka untuk
meringankan supercoil tersebut.
❸ Sintesis leading strand
Replikasi DNA untaian pengawal (leading strand)
DNA polimerase dapat menambahkan nukleotida baru hanya untuk ujung 3
‘dari untai yang ada, dan karenanya dapat mensintesis DNA dalam arah 5′ →
3 ‘saja. Tapi untai DNA berjalan di arah yang berlawanan, dan karenanya
sintesis DNA pada satu untai dapat terjadi terus menerus. Hal ini
dikenal sebagai untaian pengawal (leading strand).
Di sini, DNA polimerase III (DNA pol III) mengenali 3 ‘OH akhir
primer RNA, dan menambahkan nukleotida komplementer baru. Seperti garpu
replikasi berlangsung, nukleotida baru ditambahkan secara terus menerus,
sehingga menghasilkan untai baru.
❹ Sintesis lagging Strand (untai tertinggal)
Pada untai berlawanan, DNA disintesis secara terputus dengan
menghasilkan serangkaian fragmen kecil dari DNA baru dalam arah 5 ‘→ 3′.
Fragmen ini disebut fragmen Okazaki, yang kemudian bergabung untuk
membentuk sebuah rantai terus menerus nukleotida. Untai ini dikenal
sebagai lagging Strand (untai tertinggal) sejak proses sintesis DNA pada untai ini hasil pada tingkat yang lebih rendah.
sintesis lagging Strand
Di sini, primase menambahkan primer di beberapa tempat sepanjang
untai unwound. DNA pol III memperpanjang primer dengan menambahkan
nukleotida baru, dan jatuh ketika bertemu fragmen yang terbentuk
sebelumnya. Dengan demikian, perlu untuk melepaskan untai DNA, lalu
geser lebih lanjut up-stream untuk memulai perluasan primer RNA lain.
Sebuah penjepit geser memegang DNA di tempatnya ketika bergerak melalui
proses replikasi.
❺ Penghapusan Primer
Meskipun untai DNA baru telah disintesis primer RNA hadir pada untai
baru terbentuk harus digantikan oleh DNA. Kegiatan ini dilakukan oleh
enzim DNA polimerase I (DNA pol I). Ini khusus menghilangkan primer RNA
melalui ’5→ 3′ aktivitas eksonuklease nya, dan menggantikan mereka
dengan deoksiribonukleotida baru oleh 5 ‘→ 3′ aktivitas polimerase DNA.
menghilangkan primer RNA
❻ Ligasi
Setelah penghapusan primer selesai untai tertinggal masih mengandung
celah atau nick antara fragmen Okazaki berdekatan. Enzim ligase
mengidentifikasi dan segel nick tersebut dengan menciptakan ikatan
fosfodiester antara 5 ‘fosfat dan 3′ gugus hidroksil fragmen yang
berdekatan.
❼ Pemutusan
Replikasi mesin ini menghentikan di lokasi terminasi khusus yang
terdiri dari urutan nukleotida yang unik. Urutan ini diidentifikasi oleh
protein khusus yang disebut tus yang mengikat ke situs tersebut,
sehingga secara fisik menghalangi jalur helikase. Ketika helikase
bertemu protein tus itu jatuh bersama dengan terdekat untai tunggal
protein pengikat.
