Proses Replikasi DNA.

Pengertian Deoxyribonucleic acid, DNA. DNA merupakan polimer besar yang tersusun atas unit-unit nukleotida yang berulang-ulang. Setiap nukleotida tersusun atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen. Gugus fosfat berfungsi menghubungkan antara molekul gula yang satu dan molekul gula yang lain.

Gula pentosa pada nukleotida merupakan gula deoksiribosa karena salah satu atom C-nya kehilangan gugus OH. Molekul gula ini terikat pada basa nitrogen.

DNA dapat menentukan sifat genetik suatu individu karena setiap makhluk hidup mempunyai urutan pasangan basa yang spesifik dan berbeda dengan yang lain. Perbedaan urutan pasangan basa antarindividu dapat dilihat pada saat sequence (proses pengurutan basa) dalam analisis DNA.

DNA dapat berfungsi sebagai heterokatalitik (mensintesis molekul lain seperti RNA) dan otokatalitik (replikasi diri).

DNA dapat berfungsi sebagai heterokatalis, artinya DNA dapat menyintesis molekul lain, membentuk RNA. Selain itu, DNA juga berfungsi sebagai autokatalitik, artinya DNA mampu membentuk dirinya sendiri.

Dengan fungsi otokatalitik, DNA dapat memperbanyak diri melalui suatu proses yang dinamakan replikasi. Proses replikasi DNA akan menghasilkan rantai DNA baru yang sama. DNA juga dapat menghasilkan rantai RNA baru melalui proses transkripsi.

Kemampuan memperbanyak diri merupakan ciri makhluk Hidup yang dapat diamati hingga tingkat molekuler, yakni perbanyakan materi genetis melalui replikasi. Proses ini memerlukan bahan baku deoksiribonukleotida, enzim, dan nukleotida.

Replikasi diawali dengan terbukanya pilinan dan pemisahan rantai oleh enzim helikase sehingga terbentuk dua rantai tunggal. Kedua rantai tersebut berfungsi sebagai cetakan DNA baru dengan bantuan enzim DNA polimerase.

Ada tiga hipotesis yang menjelaskan terjadinya replikasi DNA.

Teori Hipotesis Konservatif

Hipotesis pertama menyatakan bahwa bentuk double helix DNA yang lama tetap dan langsung menghasilkan double helix yang baru disebut konservatif.

Teori replikasi konservatif menjelaskan bahwa DNA induk tidak mengalami perubahan apapun, lalu urutan basa basa nitrogennya disalin sehingga terbentuk dua rantai DNA yang sama persis.

Teori Hipotesis Dispersif

Hipotesis kedua menyatakan double helix akan terputus- putus, selanjutnya segmen- segmen tersebut akan membentuk segmensegmen baru yang bergabung dengan segmen lama membentuk DNA baru.

Pada Teori replikasi dispersive dijelaskan bahwa DNA induk terpotong -potong, kemudian potongan -potongan tersebut merangkai diri menjadi dua buah DNA baru yang mempunyai urutan basa- basa nitrogen sama persis seperti urutan basa nitrogen semula.

Teori Hipotesis Semikonservatif.

Hipotesis ketiga menyatakan dua pita spiral dari double helix memisahkan diri dan setiap pita tunggal mencetak pita pasangannya disebut semikonservatif.

Teori replikasi semikonservatif menjelaskan pada saat akan mengadakan replikasi kedua, rantai polinukleotida akan memisahkan diri sehingga basa -basa nitrogen tidak berpasang pasangan.

Nukleotida bebas mengandung basa nitrogen yang bersesuaian akan menempatkan diri berpasangan dengan basa nitrogen dari kedua rantai DNA induk, sehingga terbentuk dua buah DNA yang sama persis.

Dari ketiga hipotesis tersebut, hipotesis semikonservatif lebih banyak diterima oleh para ilmuwan dalam menjelaskan replikasi DNA. Beberapa penelitian pun memperkuat hipotesis semikonservatif sebagai mekanisme replikasi DNA.

Tahap Mekanisme Replikasi DNA

Replikasi diawali dengan terbukanya pilinan dan pemisahan rantai oleh enzim helikase sehingga terbentuk dua rantai tunggal. Kedua rantai tersebut berfungsi sebagai cetakan DNA baru.

Perlu diperhatikan bahwa terdapat satu sifat DNA double heliks yang memengaruhi replikasi, yakni kedua rantai DNA bersifat antiparalel. Artinya, ikatan gula-fosfat kedua rantai berlawanan arah. Satu Rantai DNA memiliki arah ikatan rantai gula-fosfat 5’ – 3’ dan yang satunya 3’ – 5’.

Kedua rantai DNA membentuk pasangan rantai 3’ – 5’ yaitu pasangan rantai DNA antara gugus fosfat yang berikatan pada karbon nomor 5’ dengan gugus fosfat yang berikatan pada karbon 3’.

Gambar berikut menjelaskan dengan cara sederhana ikatan antara dua rantai DNA yang memiliki arah ikatan gugus gula – fosfat berlawanan.

Pasangan Rantai Double Helix DNA
Pasangan Rantai Double Helix DNA

Pada gambar terlihat bahwa Terdapat gugus fosfat yang berikatan pada karbon nomor 3′ atau nomor 5′. Hasilnya terdapat dua buah rantai DNA dengan arah ikatan berbeda. Satu rantai DNA memiliki rantai arah 3’ – 5’ dan satunya lagi rantai DNA dengan arah 5’ – 3’.

Ketika rantai DNA induk dipisah oleh enzim DNA helicase maka terbentuk dua rantai DNA baru yang berbeda arah. Rantai DNA arah 3’ – 5’ disebut Leading Strand, sedangkan Rantai DNA arah 5’ – 3’ disebut Lagging Strand. Kedua rantai ini menjadi cetakan untuk rantai DNA baru.

Pemisahan Rantai Double Helix Oleh Enzim Helicase DNA Replikasi
Pemisahan Rantai Double Helix Oleh Enzim Helicase DNA Replikasi

Pembentukan rantai DNA baru pada leading strand akan berlangsung secara kontinu tanpa putus. Sedangkan pembentukan rantai DNA baru pada lagging strand berlangsung secara diskontinu terputus putus.

Replikasi DNA Leading Strand

Pembentukan rantai DNA baru selalu terjadi pada arah 5’ – 3’ dan tidak pernah sebaliknya. Sehingga pembentukan rantai DNA baru secara kontinu terjadi pada rantai DNA induk yang memiliki arah ikatan gula-fosfat 3’ – 5’ yaitu pada leading strand.

Tahap Replikasi DNA Leading Strand
Tahap Replikasi DNA Leading Strand

Pembentukan rantai baru DNA dimulai dengan terbentuknya RNA primer yang dibantu oleh enzim RNA Primase. Dilanjut pembentukan rantai DNA oleh enzim DNA polymerase. Pada leading strand, DNA polimerase mampu mensintesis DNA baru dengan arah 5′ ke 3′ tanpa terputus.

Replikasi DNA Lagging Strand

Sedangkan Rantai DNA diskontinu akan terbentuk pada rantai DNA induk yang memiliki arah ikatan gula – fosfat 5’ – 3’yaitu pada lagging strand. Sehingga pembentukan rantai DNA baru berlawanan dengan arah pada rantai DNA kontinu. Hal ini menyebabkan rantai DNA baru yang terbentuk menjadi terputus- putus.

Tahap Replikasi DNA Lagging Strand
Tahap Replikasi DNA Lagging Strand

Pembentukan rantai DNA baru pada lagging strand diawali dengan pembentukan RNA primer oleh enzim RNA primase dan diteruskan oleh DNA polymerase membentuk fragmen DNA yang disebut fragmen Okazaki.

RNA primer dikonversi menjadi DNA dengan bantuan DNA polymerase. Tahap berikutnya adalah enzim ligase menutup semua gap yang terbentuk antara fragmen Okazaki. Akhirnya terbentuk rantai DNA baru yang utuh tanpa terputus.

Faktor Yang Mempengaruhi Proses Replikasi DNA

Proses replikasi ini memerlukan deoksiribonukleosida fosfat dan beberapa enzim.

Enzim Nuklease

Enzim nuklease berfungsi menghidrolisis atau memecah rantai ganda polinukleotida menjadi dua rantai tunggal mononukleotida. Enzim polimerase masing masing membentuk rantai baru sebagai pasangan rantai polinukleotida yang telah terpisah sehingga terbentuk dua rantai DNA yang baru.

Enzim Helikase

Enzim Helikase ini berfungsi menghidrolisis rantai ganda polinukleotida menjadi dua rantai tunggal polinukleotida.

Enzim RNA Primase

Enzim RNA Primasi berfungsi untuk membentuk RNA primer pada rantai cetakan DNA.

Enzim Polimerase

Enzim Polimerase berfungsi merangkai rantai- rantai mononukleotida membentuk DNA baru.

Enzim Ligase

Enzim Ligase berfungsi menyambung nukleotida rantai DNA yang baru terbentuk. 

Daftar Pustaka:

  1. Arumingtyas, Laras, Estri. Widyarti, Sri. Rahayu, Sri, 2011, “Biologi Molekular, Prinsip Dasar Analisis”, PT Penerbit Erlangga Jakarta.
  2. Starr, Cecie. Taggart, Ralph. Evers, Christine. Starr, Lisa, 2012, “Biologi Kesatuan dan Keragaman Makhluk Hidup”, Edisi 12, Buku 1, Penerbit Salemba Teknika, Jakarta.
  3. Kimballl, J.W., Siti Soetarmi Tjitro dan Nawangsari Sugiri. 1983, “Biologi”, Jilid 2, Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta.
  4. Kimballl, J.W., Siti Soetarmi Tjitro dan Nawangsari Sugiri,1983, “Biologi”, Jilid 1, Edisi Kelima, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  5. Hartanto, L.N., 2004, “Biologi Dasar”, Edisi Ketiga, Penerbit Penebar Swadaya, Yogyakarta.
  6. Schlegel, H.G., 1994, “Mikrobiologi Umum”, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
  7. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Replikasi DNA dan Proses Replikasi DNA dengan Pengertian Deoxyribonucleic acid DNA beserta Fungsi heterokatalitik DNA dan Fungsi otokatalitik DNA. Susunan unit DNA secara Hipotesisi Replikasi DNA dari Teori Hipotesis Konservatif replikasi DNA.
  8. Ardra.Biz, 2019, “Teori Hipotesis Dispersif Replikasi DNA dan Teori Hipotesis Semikonservatif dengan Mekanisme replikasi DNA dan Faktor Yang Mempengaruhi Proses Replikasi DNA.
  9. Ardra.Biz, 2019, “Yang Menyebabkan Terjadinya Replikasi DNA dengan Fungsi Enzim nuclease pada replikasi DNA dan Fungsi Enzim polymerase pada proses replikasi DNA. Fungsi Enzim Helikase pada replikasi DNA dan Fungsi Enzim Polimerase Pada Replikasi DNA atau Fungsi Enzim Ligase pada replikasi DNA.
  10. Ardra.Biz, 2019, “Fungsi Replikasi DNA, Fragmen Okazaki, Fungsi Enzim RNA primase, Rantai Cetakan DNA, Antiparalel DNA double heliks, Arah rantai DNA 3’ – 5’, Arah ikatan rantai gula-fosfat 5’ – 3’, Gambar Tahapan Replikasi DNA,
  11. Ardra.Biz, 2019, “Lagging Strand Replikasi DNA, Leading Strand Replikasi DNA, Fungsi Lagging Strand Replikasi DNA, Fungsi Leading Strand Replikasi DNA, Replikasi DNA Leading Strand, Replikasi DNA Lagging Strand, Contoh Replikasi DNA,