Replikasi DNA dan Model-model Replikasi DNA

Replikasi DNA adalah proses penggandaan DNA untuk memperbanyak diri yang tejadi pada fase sintesis saat interfase menjelang sel akan membelah. Tujuannya agar sel anakan hasil pembelahan mengandung DNA yang identiik dengan DNA sel induknya. Kesalahan dalam replikasi DNA dapat menyebabkan perubahan pada sifat sel-sel anakan. 

Model Replikasi DNA
Para ahli mengemukakan tiga model mekanisme replikaksi DNA, yaitu sebagai berikut.

1. Model Konservatif 

Kedua untai polinukleotida induk atau  yang lama tidak berubah dan berperan sebagai cetakan. Jadi, heliks ganda DNA baru tidak mengandung polinukleotida lama. 

2. Model Semikonservatif 

Kedua untai polinukleotida berpisah, kemudian masing-masing untai nukleotida membuat untai polinukleotida baru sebagai pelengkapnya. Jadi, diperoleh dua heliks ganda DNA yang masing-masing mengandung satu untai polinukleotida lama dan satu untai polinukleotida baru. 

3. Model Dispersif 

Beberapa bagian kedua untai polinukleotida lama secara terbesar berfungsi sebagai cetakan, kemudian  masing-masing bagian tersebut membuat bagian-bagian polinukleotida baru sebagai pelengkapnya. Jadi, diperoleh dua heliks ganda DNA yang masing-masing menandung molekul DNA lama dan DNA baru secara berselang-seling pada kedua untai polinukleotida. 

Dari ketiga model replikasi DNA tersebut, model semikonservatiflah yang lebih diyakini kebenarannya. Hal ini telah dibuktikan oleh Matthew Meselson dan Franklin Stahl dengan percobaan pembiakan  bakteri Escherichia  coli hingga beberapa generasi dalam medium yang mengandung isoto nitrogen berat 15N, kemudian memindahkannya ke dalam  medium isotop nitrogen ringan 14N. Dari hasil ekstraksi DNA bakteri yang disentrifungasi selama 20 menit, diperoleh DNA hibrid (15N – 14N). Hal ini mematahkan teori konservatif. Selanjutnya, sampel DNA disentrifugasi lagi untuk kedua kalinya, ternyata menghasilkan DNA ringan dan DNA hibrid. Hal ini memtahkan teori dispersif dan mendukung teori semikonservatif. 

Tahapan Replikasi DNA:
1. DNA induk mempunyai dua untai DNA yang  komplementer dan mempunyai ikatan hidrogen pada pasangan basa nitrogen yang spesipik, yaitu A – T dan G – C.

2. Kedua untai DNA memisah.

3. Masing untai DNA lama berfungsi sebagai cetakan dalam menentukan urutan nukleotida baru sebagai pelengkapnya. Nukleotida baru terbentuk di sepanjang permukaan cetakan dengan urutan basa nitrogen yang sesuai. 

4. Nukleotida baru terangkai satu sama lainnya membentuk tulang belakang (back bone) gula fosfat. Terbentuknya dua heliks ganda DNA yang masing-masing mengandung satu untai DNA lama dan satu untai DNA baru. 

Gambar. Replikasi DNA

Mekanisme Replikasi DNA 

Replikasi DNA terjadi di dalam nukleus. Sumber energinya berasal dari nukleosia trifosfat (nukleotida dengan 3 gugus fosfat). Replikasi DNA dikatalis oleh beberapa enzim, antara lain sebagai berikut. 

1. Helikase, berperan memutuskan ikatan-ikatan hidrogen untuk membuka heliks ganda  DNA menjadi dua untai tunggal. 

2. RNA primase, untuk menggabungkan nukleotida-nukleotida RNA agar dapat  membentuk  primer (kelas lain asam nukleat). 

3. DNA polimerase, berfungsi  menggabungkan nukleotida-nukleotida menjadi polimer DNA yang panjang. 

4. DNA ligase, berfungsi menyambungkan fragmen-fragmen DNA (fragmen Okasaki) yang baru terbentuk sehingga menjadi untaian DNA yang lengkap. 

Mekanisme replikasi DNA adalah sebagai berikut.

1. Helikase membuka heliks ganda DNA induk. 

2. Protein pengikat untai tunggal menstabilkan DNA induk yang terbuka. 

3. Untai utama (leading strand) disintesis secara terus-menerus pada arah 5’ → 3’ oleh

DNA polimerase. Pembentukan leading strand dimulai dari satu primer RNA yang disintesis oleh enzim primase. Primer RNA bukanlah DNA tetapi potongan pendek RNA. DNA polimerase kemudian menggantikan nukleotida primer RNA dngan DNA. 

4. Untuk memanjangkan untai baru DNA yang lain, DNA polimerase harus bekerja disepanjang cetakan yang jauh dari cabang replikasi. Untai DNA yang disintesis pada arah ini disebut lagging strand (untai lamban). Lagging strand disintesis secara tidak kontinu. Enzim primase menyintesis primer-primer  RNA pendek yang kemudian diperpanjang oleh  DNA polimerase membentuk fragmen  Okazaki.

5. Setelah primer RNA diganti menjadi DNA oleh DNA polimerase yang lainnya, DNA ligase  menggabungkan fragmen Okazaki ke untai yan g sedang tumbuh.