Proses replikasi DNA melibatkan pemisahan untaian ganda DNA menjadi dua untaian tunggal, pembentukan garpu replikasi, dan sintesis DNA baru oleh enzim DNA polimerase pada leading strand secara berkesinambungan dan pada lagging strand dalam fragmen-fragmen yang kemudian digabung oleh enzim DNA ligase. Enzim kunci yang berperan adalah helikase, primase, DNA polimerase dan DNA ligase.

1. Replikasi DNA
OLEH :
Ardila Yunita
Elis S. Rohmawati
Nurma Yunita
DOSEN PENGAMPU :
Israwati Harahap, M.Si

2. Definisi Replikasi
• Proses perbanyakan bahan genetik dikenal
sebagai proses replikasi.
• Replikasi bahan genetik dapat dikatakan
sebagai proses yang mengawali pertumbuhan
sel, meskipun sebenarnya pertumbuhan
merupakan suatu resultan banyak proses yang
saling berkaitan satu sama lain.

3. Hipotesis Mekanisme Replikasi DNA
Sebelum mekanisme replikasi DNA dapat dibuktikan secara
eksperimental oleh Matthew dan Franklin Sthal pada tahun
1958, ada tiga hipotesis yang berkembang mengenai
mekanisme replikasi DNA, antara lain model replikasi secara:
1. Konservatif
sepasang DNA turunan (anak) akan memiliki untai yang
membawa penuh DNA induk, dan sepasang DNA turunan akan
memperoleh sepasang untai baru.
2. Semikonservatif
dua pasang untai DNA turunan akan membawa masing-masing
satu untai DNA induk.
3. Dispersif
setiap untai DNA turunan memiliki fragmen-fragmen pendek
dari untai DNA induk.

4. Mekanisme Replikasi DNA Semi-
Konservatif
Tahapan mekanisme replikasi DNA semikonservatif
secara garis besar adalah:
• pemisahan (denaturation, denaturasi) untaian
DNA induk,
• peng-“awal”-an (initiation, inisiasi) sintesis DNA,
• pemanjangan (elongation, elongasi) untaian DNA,
• ligasi (ligation) fragmen-fragmen DNA, dan
• peng-“akhir”-an (termination, terminasi) sintesis
DNA.

5. Gambar macam-macam bentuk hipotesis mekanisme replikasi DNA

7. tahapan replikasi DNA semikonservatif

8. keterangan:
(1) Lagging strand
(2) Leading strand
(3) DNA polimerase
(4) Enzim DNA ligase
(5) Primer
(6) Primase
(7) Fragmen Okazaki
(8) Molekul DNA polymerase
(9) Enzim helikase
(10) Protein pengikat untaian tunggal
(11) Topoisomerase

9. Penjelasan gambar
• Heliks ganda DNA (merah) dibuka menjadi dua untai tunggal oleh enzim
helikase (9) dengan bantuan topoisomerase (11) yang mengurangi
tegangan untai DNA.
• Untaian DNA tunggal dilekati oleh protein-protein pengikat untaian
tunggal (10) untuk mencegahnya membentuk heliks ganda kembali.
• Primase (6) membentuk oligonukleotida RNA yang disebut primer (5)
• Molekul DNA polimerase (3) & (8) melekat pada seuntai tunggal DNA dan
bergerak sepanjang untai tersebut memperpanjang primer, membentuk
untaian tunggal DNA baru yang disebut leading strand (2) dan lagging
strand (1).
• DNA polimerase yang membentuk lagging strand mensintesis segmen-
segmen polinukleotida diskontinu (disebut fragmen Okazaki (7)).
• Enzim DNA ligase (4) kemudian menyambungkan potongan-potongan
lagging strand.

10. • Inisiasi.
DNA dalam sel-sel eukaryotik memiliki ARCs
(autonomously replicating sequence) yang berperan
sebagai asal muasal replikasi dan mereka saling
berlawanan dari asal bakterial (ORI). ARCs terdiri atas 11
pasangan landasan rentetan tambah dua atau tiga
rentetan nucleotida pendek tambahan dengan 100 hingga
200 pasangan landasan sepanjang area DNA. Grup utama
dari enam protein, secara kolektif dikenal dikenal sebagai
ORC (Origin Recognition Complex), mengikat asal muasal
replikasi, menandai replikasi DNA dengan tepat pada saat
waktu yang sesuai melalui siklus sel. Pengenalan situs
awal replikasi, oleh suatu protein komponen polymerase
DnaA yang dihasilkan oleh gen dnaA.

11. • Terbentuknya 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. Masing-
masing 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.

12. • Pembentukan Leading strand.
Pada replikasi DNA, untaian pengawal (leading
strand) ialah untaian DNA 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.

13. • 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. Panjang fragmen okazaki mencapai
sekitar 2.000 nukleotides panjang dalam sel-sel
bakterial dan sekitar 200 panjang nukelotides
dalam sel-sel eukaryotic. 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′.

14. • Modifikasi Post-Replikasi DNA,
Setelah DNA direplikasikan, dua helaian
tersintesis terbaru dipasangkan ke modifikasi
enzimatik. Perubahan-perubahan ini biasanya
melibatkan penambahan molekul-molekul
tertentu untuk mengkhususkan titik-titik
sepanjang helix ganda.

15. Enzim-enzim yang berperan dalam proses
replikasi DNANo. Nama Enzim Keterangan Fungsi
1 Helikase (DnaB)
memutuskan ikatan-ikatan hidrogen yang menyatukan kedua untaian DNA sehingga
terbentuk garpu/cabang replikasi
2 Topoisomerase
mengurangi ketegangan superheliks DNA dengan menciptakan istirahat sementara
pada satu atau kedua untai DNA
3 Primase
mensintesis RNA-primer
menghentikan perkembangan garpu/cabang replikasi untuk mencegah leading
strand melampaui lagging strand
mengawali pembentukan DNA baru pada leading strand atau DNA fragmen Okazaki
pada lagging strand oleh DNA Polimerase
4 DNA polimerase
enzim utama yang mengkatalisi proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA
menambahkan nukleotida bebas hanya pada ujung 3' dari rantai yang baru
terbentuk, sehingga terjadinya elongasi (pemanjangan) pada rantai baru dengan
arah dari ujung 5' ke ujung 3'
menggunakan gugus OH 3' bebas pada RNA-primer untuk mensintesis DNA dengan
arah 5'→3'
hanya bisa menambahkan nukleotida ke ujung 3' yang sudah ada, karena itu butuh
primer sehingga nukleotida dapat ditambahkan
5 DNA ligase
menggabung fragmen-fragmen okazaki (lagging strand) saat proses replikasi
menyambung potongan-potongan DNA yang baru disintesis