Lecture Notes Replikasi DNA

1. IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 9
C12 Replikasi DNA
Lecture Notes : SGBM
Theme : Replikasi DNA
Oleh : DR.rer.physiol dr. Septelia Inawati Wanandi
A. Pendahuluan
Dalam suatu fungsi kehidupan, setiap organisme akan
melakukan replikasi DNA untuk memberikan salinan DNA yang
sesuai kepada sel anakan. Maka dari itu perlu dipelajari bagaimana
proses replikasi DNA yang terjadi pada sel prokariota dan
eukariota.
Model replikasi dari DNA telah tiga model yang dikemukakan
antara lain adalah model konservatif, semi-konservatif, dan
dispersif. Tetapi dalam kenyataannya, model yang diterima adalah
model semi-konservatif. Macam-macam model replikasi DNA
dapat dilihat di kanan.
B. Replikasi DNA pada Prokariota
Prokariota merupakan mikroorganisme uniseluler yang
dibedakan dengan eukariota berdasarkan keberadaan membran
inti sel, di mana prokariota tidak memiliki membran inti sel
sehingga materi genetiknya pun bergerak bebas di sitosolnya.
Selain itu, prokariota juga memiliki mini-DNA sirkular yang disebut
dengan plasmid. Dalam pelaksanaan prosesnya, replikasi DNA
pada prokariota ada yang mengatakan secara unidirectional (satu
arah) ada yang bilang bidirectional (dua arah).
Sebelum mengetahui bagaimana proses dari replikasi DNA
pada prokariota, tentu harus diketahui apa saja hal-hal yang
dibutuhkan untuk melakukan replikasi DNA, antara lain :
1. DNA polimerase I dan III
- DNA Polimerase III
Merupakan enzim yang melakukan polimerisasi rantai DNA
dengan cepat.
- DNA Polimerase I
Merupakan enzim yang dapat mengganti primer RNA yang
telah disintesis oleh RNA primase menjadi DNA sekaligus
melihat apakah ada kesalahan dalam pemasangan basa
nitrogen (fungsi dari eksonuklease) sehingga memainkan
peran dalam “proofreading”.
Gambar 12. 1 Model Replikasi DNA
Gambar 12. 2 Replikasi DNA pada
Prokariota

2. IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 10
C12 Replikasi DNA
2. RNA primase
Merupakan enzim yang menyintesis primer RNA di bagian
lagging strand untuk menyediakan –OH pada 3’ agar dapat
membentuk DNA.
3. DNA helikase
Enzim yang membuka dsDNA menjadi ssDNA dengan
memotong ikatan hidrogen pada DNA. Selain dengan enzim
ini, untuk membuka dsDNA menjadi ssDNA dapat dilakukan
peningkatan suhu. Pembukaan ulir ganda ini membentuk garpu
replikasi (replication fork).
4. DNA ligase
Enzim yang berfungsi dalam penyambungan DNA pengganti
primer RNA dan menyambungkan fragmen-fragmen Okazaki.
5. DNA girase
Enzim topoisomerase yang berfungsi untuk mengurangi
tegangan di depan garpu replikasi dan membuka ikatan kuat
pada struktur supercoil DNA.
6. Single Stranded Binding Protein (SSBP)
Protein yang berfungsi dalam pengikatan ssDNA yang telah
terlepas agar tidak kembali berikatan lagi membentuk dsDNA.
7. Protein inisiator (dnaB)  pada E. Coli
Berikut adalah mekanisme dari replikasi DNA pada prokariota :
1. Unwinding struktur supercoil yang mengganggu proses replikasi
DNA dengan enzim girase (mengkatalis pembentukan struktur
supercoil negatif) dan membutuhkan ATP
2. Kemudian, pembukaan rantai DNA sirkuler ini membentuk
garpu replikasi (replication fork) dengan bantuan enzim helikase
(pada E. Coli dalam pelaksanaan fungsi ini, ada dua yang
berperan yaitu dnaB helikase1
dan protein dnaC) yang
memerlukan ATP
3. Bagian tempat asal replikasi ini terbentuk dan disebut dengan
OriC
4. Selanjutnya adalah pengikatan Single Stranded Binding Protein
(SSBP) pada dua ssDNA agar terjadi pembentukan dsDNA lagi
1
dnaB helikase dapat inaktif jika bakteri terinfeksi oleh suatu bakteriofage sehingga terjadi pengikatan protein
bakteriofage dengan dnaB dan dilanjutkan dengan pengikatan ke protein O (protein pengikat Ori). dnaB dapat
kembali aktif jika ada heat shock protein (HPS) antara lain dnaK, dnaJ, dan GrpE.
Catatan Tambahan :
Enzim helikase bakteri berperan
dalam pembukaan lagging
strand sementara untuk
pembukaan leading strand
menggunakan Rep protein.

3. IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 11
C12 Replikasi DNA
5. Selanjutnya adalah penempelan DNA polimerase III di bagian
ujung 5’ dan melakukan polimerisasi ke ujung 3’ tanpa
membutuhkan primer, rantai ini disebut leading strand karena
menyintesis DNA tanpa adanya hambatan
6. Masalah terjadi di bagian rantai yang akan menyintesis DNA
dengan arah 3’ ke 5’ karena sintesis harus tetap dilakukan
dengan arah 5’ ke 3’ sehingga terjadi pembentukan DNA secara
terhambat
7. Ditambah lagi, polimerisasi DNA ini harus didahului dengan
pembentuk primer (suatu RNA) oleh enzim RNA primase agar
tersedia ujung –OH di 3’ agar dapat dilakukan polimerisasi DNA
8. Setelah tersedia primer, barulah dilanjutkan dengan polimerisasi
DNA oleh enzim DNA polimerasi III
9. Karena pembuatannya tersendat-sendat bagian ini disebut
dengan lagging strand dan menghasilkan fragmen-fragmen
DNA kecil yang disebut dengan fragmen Okazaki
10. Ada teori juga bahwa di lagging strand ini akan terbentuk suatu
loop sehingga pembentukan lagging strand akan tetap searah
5’ ke 3’
11. Setelah itu, karena ini merupakan proses replikasi DNA, maka
perlu diadakan penggantian primer yang merupakan RNA tadi
dengan DNA
12. Hal tersebut dibantun dengan enzim DNA polimerase I
13. Selain mengubah RNA jadi DNA, DNA polimerase I juga
berfungsi untuk mengawasi apakah ada kesalahan dalam
pemasangan basa nitrogen sehingga DNA polimerase I
berperan sebagai eksonuklease
14. Setelah selesai, dilakukan penyatuan oleh enzim ligase
15. Kemudian cetakan DNA telah siap digunakan
Gambar 12.3 Replikasi DNA pada bakteri E. coli

4. IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 12
C12 Replikasi DNA
C. Replikasi DNA pada Eukariota
Dalam proses replikasi DNA pada eukariota sebenarnya sama
saja dengan prokariota hanya perbedaannya adalah di eukariota
tidak terdapat protein inisiator sepert pada prokariota. Selain itu,
garpu replikasi yang dibentuk banyak (lebih dari satu) sementara
prokariota hanya membuat satu garpu replikasi. Dan sistemnya
tidak beda. Untuk itu langsung saja berikut langkah dari replikasi
DNA pada eukariota :
1. Unwinding struktur supercoil yang mengganggu proses
replikasi DNA dengan enzim topoisomerase (mengkatalis
pembentukan struktur supercoil negatif) dan membutuhkan
ATP
2. Kemudian, pembukaan rantai DNA ini membentuk garpu
replikasi (replication fork) dengan bantuan enzim helikase yang
membutuhkan ATP
3. Selanjutnya adalah pengikatan Single Stranded Binding Protein
(SSBP) pada dua ssDNA agar terjadi pembentukan dsDNA lagi
4. Selanjutnya adalah penempelan DNA polimerase III di bagian
ujung 5’ dan melakukan polimerisasi ke ujung 3’ tanpa
membutuhkan primer, rantai ini disebut leading strand karena
menyintesis DNA tanpa adanya hambatan
5. Masalah terjadi di bagian rantai yang akan menyintesis DNA
dengan arah 3’ ke 5’ karena sintesis harus tetap dilakukan
dengan arah 5’ ke 3’ sehingga terjadi pembentukan DNA secara
terhambat
6. Ditambah lagi, polimerisasi DNA ini harus didahului dengan
pembentuk primer (suatu RNA) oleh enzim RNA primase agar
tersedia ujung –OH di 3’ agar dapat dilakukan polimerisasi DNA
7. Setelah tersedia primer, barulah dilanjutkan dengan polimerisasi
DNA oleh enzim DNA polimerasi III
8. Karena pembuatannya tersendat-sendat bagian ini disebut
dengan lagging strand dan menghasilkan fragmen-fragmen
DNA kecil yang disebut dengan fragmen Okazaki
9. Ada teori juga bahwa di lagging strand ini akan terbentuk suatu
loop sehingga pembentukan lagging strand akan tetap searah
5’ ke 3’
10. Setelah itu, karena ini merupakan proses replikasi DNA, maka
perlu diadakan penggantian primer yang merupakan RNA tadi
dengan DNA
11. Hal tersebut dibantun dengan enzim DNA polimerase I
12. Selain mengubah RNA jadi DNA, DNA polimerase I juga
berfungsi untuk mengawasi apakah ada kesalahan dalam
Gambar 12.4 Replikasi DNA Eukariota

5. IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 13
C12 Replikasi DNA
pemasangan basa nitrogen sehingga DNA polimerase I
berperan sebagai eksonuklease
13. Setelah selesai, dilakukan penyatuan oleh enzim ligase
14. Kemudian cetakan DNA telah siap digunakan
D. Perbaikan DNA
DNA dapat mengalami kerusakan untuk itu perlu diperbaiki
agar tetap bisa menjalankan fungsi kehidupan. Kesalahan pada
DNA dapat terjadi secara spontan maupun dengan adanya induksi
(seperti mutasi). Berikut mekanisme perbaikan DNA :
1. Fotoreaktivasi
Terdapat DNA yang rusak kemudian karena ada rangsang
cahaya barulah enzim tunggal membuang atau membalikkan
DNA yang rusak oleh sebuah enzim.
2. Eksisi atau Perbaikan Gelak (Dark Repair)
Dalam pelaksanaannya, melibatkan empat mekanisme, antara
lain :
- Endonuklease spesifik (UV endonuklease) membuat
patahan untai tunggal di ujung 5’ tempat pembentukan
dimer
- Aktivitas eksonuklease (DNA Polimerase I) dari 5’ ke 3’
membuang nukleotida-nukleotida di tempat yang rusak
- DNA polimerase I menyintesis DNA ulang dari 5’ ke 3’
Gambar 12.5 Replikasi DNA Eukariota
Gambar 12.6 Eksisi DNA

6. IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 14
C12 Replikasi DNA
- Polinukleotida ligase menyambung patahan tadi
3. Perbaikan Mismatch
- Mengecek pasangan basa yang tidak cocok (unmatched)
- Dilakukan eksisi pada proses kedua dari tahapan
mekanisme eksisi
- Selanjutnya ada gen untuk memperbaiki mismatch
4. Perbaikan SOS
Proses ini melibatkan pembetulan kerusakan-kerusakan pada
DNA tanpa mengembalikan sekuens basa awal yang dipicu oleh
kerusakan DNA tingkat tinggi.
E. Replikasi Pada Ujung-Ujung Molekul DNA
1. Polimerasi di leading strand tidak masalah
2. Masalah ada di lagging strand
3. DNA Polimerase dapat melakukan polimerasi jika ada
nukleotida sebelumnya
4. Di lagging strand tidak ada nukleotida yang bisa
menggantikan RNA primer yang telah dibuang karena
tidak ada ujung 3’ untuk polimerasi DNA
5. Membuat molekul anak semakin pendek
6. Hal ini mengakibatkan gen-gen esensial menghilang
7. Tapi dihalangi dengan adanya enzim telomerase untuk
pemanjang telomer (ujung DNA)
8. Semakin pendek telomer menandakan usianya semakin
tua (dalam proses aging)
Gambar 12.7 Replikasi pada Telomer