BAB II
PEMBAHASAN
2.1 REPLIKASI DNA
Mekanisme replikasi bahan genetik
sangat kompleks dan melibatkan banyak protein yang masing-masing mempunyai
peranan spesifik.. protein-protein yang terlibat di dalam proses replikasi
bahan genetik di kode oleh gen-gen yang terdapat di dalam bahan genetik itu
sendiri. Secara umum, replikasi bahan genetik merupakan proses
pengkopian/penggandaaan rangkaian molekul bahan genetik (DNA/RNA) sehingga
dihasilkan molekul anakan yang sangat identik. (Triwibowo Yuwono, 2002)
v
MODEL DNA
Watson dan Crick
menyatakan bahwa setiap untai DNA dapat berperan sebagai cetakan bagi untai
komplementernya. Jika heliks ganda dapat mengurai dan memisah, maka untai-untai
yang terbentuk dapat menarik basa-basa komplementernya (seperti dalam sintesis
mRNA), dengan demikian, masing-masing untai awal itu akan berasosiasi lagi
dengan komplemennya, dan dua heliks ganda yang identikpun tercipta. Peristiwa
itu disebut sebagai replikasi semikonservatif, sebab masing-masing
heliks ganda yang terbentuk mengandung satu untai ‘induk’ dan satu untai yang
baru tersintesis. (George H. Fried, 2005)
Pada tahun 1958, Matthew
Meselson dan Franklin Stahl berhasil menunjukkan secara empiris
bahwa replikasi DNA berlangsung dengan mekanisme secara semikonservatif.
Meselson dan Stahl melakukan eksperimen untuk mengetahui mekanisme replikasi
DNA dengan menggunakan bekteri Escherchia coli. Hasil eksperimen
Meselson dan Stahl tersebut dengan jelas menunjukkan bahwa molekul DNA anakan
terdiri atas satu untai DNA induk dan satu untai DNA hasil sintesis baru
sehingga sesuai dengan model replikasi secara semikonservatif.
(Triwibowo Yuwono, 2002)
v Komponen-Komponen
Penting dalam Replikasi
·
DNA polimerase, yaitu
enzim utama yang mengkatalis proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian
DNA.
·
DNA cetakan, yaitu
molekul DNA atau RNA yang akan di replikasi.
·
Primase, yaitu
enzim yang mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA.
·
Helikase, enzim
pembuka ikatan untaian DNA induk.
·
DNA ligase, yaitu
suatu enzim yang berfungsi untuk menyambung fragmen-fragmen DNA.
v
MEKANISME REPLIKASI (SINTESIS DNA)
Mekanisme DNA berlangsung
dalam beberapa tahap yaitu: (1) denaturasi (pemisahan) untaian DNA induk, (2)
peng-”awal”-an/permulaan (inisiasi) sintesis DNA, (3) pemanjangan untaian DNA,
(4) memprimerkan sintesis DNA (Ligasi fragmen-fragmen DNA), dan (5) terminasi
sintesis DNA.
1.
Denaturasi (Pemisahan) Untaian DNA Induk
Sintesis untaian DNA baru
akan dimulai segera setelah kedua untaian DNA induk terpisah membentuk garpu
replikasi. Pemisahan kedua untaian DNA induk yang akan di replikasi dilakukan
oleh enzim DNA Heliksase. Kedua untaian DNA induk digunakan sebagai cetakan
untuk menyintesis DNA baru. Sintesis DNA berlangsung dengan orientasi 5 à 3. Oleh karena ada dua
untaian DNA cetakan yang orientasinya berlawanan, maka sintesis kedua untaian
DNA baru juga berlangsung dengan arah geometris yang berlawanan, namun semuanya
tetap dengan orientasi 5 à 3. Keadaan
semacam ini menimbulkan perbedaan dalam hal mekanisme sintesis antara kedua
untaian DNA baru. (Triwibowo Yuwono, 2002)
2.
Inisiasi Sintesis DNA
Inisiasi replikasi DNA
adalah proses permulaan sintesis untaian DNA yang sebelumnya didahului oleh
sintesis molekul primer. Dalam proses replikasi, garrpu replikasi akan membuka secara
bertahap dimulai dari titik awal replikasi (ori)/pangkal replikasi (origin
of replication) dan akan bergerak sepanjang DNA cetakan sampai semua
molekul DNA induk di replikasi. Seperti telah disinggung sebelumnya, kedua
untaian DNA yang baru disintesis dengan arah geometris yang berlawanan. Salah
satu untaian DNA disintesis dengan arah geometris yang searah dengan pembukaan
garpu replikasi, sedangkan untaian DNA lain di sintesis dengan arah yang
berlawanan. Oleh karena itu, sintesis untaian DNA baru yang searah dengan
pembukaan garpu replikasi akan dapat dilakukan tanpa terputus (sintesis
secara kontinu). Untaian DNA yang di sintesis secara kontinu semacam ini
disebut sebagai untaian DNA awal (leading strand). Sebaliknya,
sintesis untaian DNA yang berlawanan arah geometrinya dengan arah pembukaan
garpu replikasi dilakukan secara tahap demi tahap (sintesis secara
diskontinu). Hal ini terjadi karena proses polimerisasi
pada untaian DNA ini hanya dapat dilakukan setelah DNA cetakannya membuka
seiring dengan membukanya garpu replikasi. Untaian DNA yang disintesis secara
lambat semacam ini disebut untaian DNA lambat (lagging strand).
(Triwibowo Yuwono, 2002)
3.
Pemanjangan Untaian DNA
Pemanjangan DNA baru pada cabang
replikasi di katalis oleh enzim-enzim yang disebut DNA polimerase. Saat
nukleotida-nukleotida berjejer dengan basa-basa komplementer sepanjang untaian
pola cetakan DNA nukleotida-nukleotida ini di tambahkan oleh polimerase
satu demi satu, ke ujung yang baru tumbuh dari untai DNA yang baru. Laju
pemanjangannya kurang lebih 500 nukleotida per detik pada bakteri dan 50 per
detik pada sel-sel manusia. (Neil A. Campbell, 2002)
DNA polimerase menambahkan
nukleotida hanya pada ujung 3’ yang bebas dari untai DNA yang sedang terbentuk,
tidak pernah pada ujung 5’. Jadi, untai DNA baru dapat memanjang hanya pada
arah 5’ à 3’.
Disepanjang salah satu untai cetakan, DNA polimerase dapat mensintesis
untai komplementer yang kontinu dengan memanjangkan DNA yang baru ini dengan
arah 5’ à 3’
yang bersifat wajib. Polimerase tersebut semata-mata bersarang pada
cabang replikasi dan bergerak di sepanjang untai cetakan seiring bergeraknya
cabang. Untai DNA yang dibuat dengan metode ini disebut leading strand
(untai pemimpin).
Untuk memanjangkan untai baru DNA
yang lain, polimerase harus bekerja di sepanjang cetakan jauh dari
cabang replikasi. Untai DNA yang disintesis dalam arah ini disebut lagging
strand. Prosesnya analog dengan metode menjahit yang disebut stik
balik. Saat gelembung replikasi terbuka, molekul polimerase dapat
bekerja jauh dari cabang replikasi dan mensintesis segmen pendek DNA. Saat
gelembung berkembang, satu segmen pendek lagging strand lainnya
dapat dibuat dengan cara yang sama. Berbeda dengan leading strand,
yang memanjang terus menerus, lagging strand pertama kali
disintesis sebagai serangkaian segmen. Potongan ini disebut fragmen Okazaki,
sesuai dengan nama saintis Jepang yang menemukannya. Panjang fragmen-fragmen
ini sekitar 100-200 nukleotida. (Neil A. Campbell, 2002)
4.
Memprimerkan Sintesis DNA
DNA polimerase
sebenarnya tidak dapat memulai sintesis sebuah polinukleotida, tetapi hanya
dapat menambahkan nukleotida pada ujung rantai yang sebelumnya sudah ada. Di
dalam sel, rantai asli yang sebelumnya sudah ada, primer, bukanlah DNA, tetapi
potongan pendek RNA, kelas lain asam nukleat. Suatu enzim yang disebut primase
menggabungkan nukleotida-nukleotida RNA untuk membentuk primer, yang panjangnya
kurang lebih 10 nukleotida pada eukariota. DNA polimerase yang lain
kemudian menggantikan nukleotida-nukleotida RNA dari primer-primer ini dengan
versi DNA. Hanya satu primer yang dibutuhkan agar DNA polimerase dapat
mulai mensintesis leading strand dari untai DNA baru. Untuk lagging
strand, setiap fragmen harus diprimerkan, primer-primer ini diubah ke
DNA sebelum DNA ligase menggabungkan fragmen-fragmen tersebut menjadi
satu. (Neil A. Campbell, 2002)
5.
Terminasi Sintesis DNA
Setelah dilakukan inisiasi dan
polimerisasi, akhirnya proses replikasi DNA akan di akhiri dengan proses
terminasi atau pengakhiran replikasi. Pada prokaryot, replikasi genom berbentuk
lingkar akan berakhir pada waktu kedua garpu replikasi bertemu pada satu titik.
Titik tempat pengakhiran replikasi disebut sisi terminasi. Pada
eukariyot, keadaannya menjadi lain karena struktur genomnya linear sehingga ada
komplikasi terminasi replikasi pada ujung-ujung kromosom. (Triwibowo Yuwono,
2002)
2.2 TRANSKRIPSI
RNA
Transkripsi adalah proses
penyalinan kode-kode genetik yang ada pada urutan DNA menjadi
molekul RNA. Urutan nukleotida pada salah satu untaian molekul DNA digunakan
sebagai cetakan (template) untuk sintesis molekul RNA yang komplementer.
(Triwibowo Yuwono, 2002)
Transkripsi merupakan sintesis RNA
berdasarkan arahan DNA. Kedua asam nukleat menggunakan bahasa yang sama, dan
informasinya tinggal di transkripsi, atau di salin, dari satu molekul ke molekul yang lain.
Transkripsi ini menyediakan suatu cetakan untuk penyusunan urutan nukleotida
RNA. (Neil A. Campbell, 2002)
Molekul RNA yang disintesis
dalam proses transkripsi pada garis besarnya dapat di bedakan menjadi 3
kelompok molekul RNA, yaitu: mRNA (messenger RNA), tRNA (transfer
RNA), dan rRNA (ribosomal RNA). (Triwibowo Yuwono, 2002)
DNA membimbing sintesis mRNA
dengan cara yang amat serupa dengan cara membimbing replikasi dirinya. Enzim
RNA polimerase mengikatkan diri pada situs khusus molekul DNA dan memisahkan
kedua rantai pilinan ganda. Sintesis semua molekul RNA berlangsung menuju 5’ à 3’
perangkaian ribonukleotida membebaskan banyak sekali energi bebas karena kedua
fosfat ujung setiap prekursor nukleotida trifosfat terpisah lepas karena
nukleotida itu di tambahkan pada untaian yang bertumbuh. (John W. Kimball,
1983)
v
MEKANISME TRANSKRIPSI (SINTESIS RNA)
Terdapat 3
(tiga) tahapan transkripsi, yaitu:
1.
Pengikatan RNA Polimerase dan Inisiasi
Transkripsi
Daerah DNA dimana RNA
polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter.
Suatu promoter mencakup titik-awal (startpoint) transkripsi (nukleotida
di mana sintesis RNA sebenarnya dimulai) dan biasanya membentang beberapa lusin
pasangan nukleotida “upstream” (ke depan) dari titik-awal. Di samping
menentukan dimana transkripsi dimulai, promoter ini juga menentukan yang mana
dari kedua untai heliks DNA yang digunakan sebagai cetakan.
Bagian-bagian tertentu suatu
promoter sangat penting untuk pengikatan RNA polimerase. Dalam prokariota, RNA
polimerase itu sendiri secara khusus mengenali dan mengikatkan dirinya dengan
promoternya. Sebaliknya, dalam eukariota, suatu kumpulan protein yang disebut faktor
transkripsi menjadi perantara antara pengikatan polimerase RNA dan inisiasi
transkripsi. Hanya setelah faktor transkripsi tertentu diikat pada promoter
barulah RNA polimerase mengikatkan diri pada promoter tersebut. Susunan yang
lengkap antara faktor transkripsi dan RNA polimerase yang mengikatkan diri pada
promoter disebut kompleks inisiasi transkripsi.
Interaksi antara RNA
polimerase eukariotik dan faktor transkripsi merupakan suatu contoh betapa
pentingnya interaksi protein-protein dalam mengontrol transkripsi eukariotik. Peran
faktor transkripsi dan suatu urutan DNA promoter yang disebut boks TATA
penting dalam membentuk kompleks inisiasi. Begitu polimerase tersebut terikat
kuat pada DNA promoter, kedua untai DNA mengulur disana, dan enzim mulai mentranskripsi
untai cetakannya. (Neil A. Campbell, 2002)
2.
Elongasi (Pemanjangan) Untai RNA
Pada saat RNA bergerak di
sepanjang DNA, RNA itu terus membuka pilinan heliks ganda tersebut,
memperlihatkan kira-kira 10-20 basa DNA sekaligus untuk berpasangan dengan
nukleotida RNA. Enzim ini menambahkan nukleotida ke ujung 3’dari molekul RNA
yang sedang tumbuh begitu enzim itu berlanjut di sepanjang heliks ganda
tersebut. Pada saat sintesis RNA berlangsung, heliks ganda DNA terbentuk
kembali dan molekul RNA baru akan lepas dari cetakan DNA-nya. Transkripsi
berlanjut pada laju kira-kira 60 nukleotida per detik pada eukariota.
Satu gen tunggal dapat di
transkripsi secara simultan oleh beberapa molekul RNA polimerase yang saling
mengikuti seperti barisan truk dalam suatu konvoi. Untai RNA yang sedang tumbuh
memperlihatkan jejak dari setiap polimerase, dengan panjang setiap untai baru
yang mencerminkan sejauh mana enzim itu telah berjalan dari titik awalnya di
sepanjang cetakan tersebut. Banyaknya molekul polimerase yang secara simultan
mentranskripsi gen tunggal akan meningkatkan jumlah molekul mRNA dan membantu
suatu sel membuat protein dalam jumlah yang lebih besar. (Neil A. Campbell,
2002)
3.
Terminasi Transkripsi
Transkripsi berlangsung sampai
RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator.
Terminator yang di traskripsi yakni, suatu urutan RNA berfungsi sebagai sinyal
terminasi yang sesungguhnya. Terdapat beberapa mekanisme yang berbeda untuk
terminasi transkripsi, yang perinciannya sebenarnya masih kurang jelas. Pada
sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir sinyal
terminasi; ketika polimerase mencapai titik tersebut polimerase melepas RNA dan
DNA. Sebaliknya, pada sel eukariota,
polimerase ini terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam
pra-mRNA. Pada titik yang lebih jauh kira-kira 10-35 nukleotida, pra-mRNA ini
dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut. (Neil A. Campbell, 2002)
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
·
Replikasi bahan genetik merupakan suatu mekanisme
yang harus dilalui oleh suatu jasad untuk dapat memperbanyak diri.
·
Mekanisme replikasi bahan genetik
memerlukan banyak protein dan enzim. Protein dan enzim merupakan produk
ekspresi gen-gen yang ada pada genom jasad dengan melalui mekanisme transkripsi
dan translasi. Replikasi bahan genetik hanya akan berlangsung jika ada proses
transkripsi dan translasi.
·
Proses replikasi bahan genetik
bersama-sama dengan proses transkripsi dan translasi merupakan rangkaian proses
yang pada akhirnya akan bermuara pada pertumbuhan dan perbanyakan jasad hidup.
·
Transkripsi adalah proses yang mengawali
ekspresi sifat-sifat genetik yang nantinya akan muncul sebagai fenotipe.
·
Molekul RNA yang di sintesis dalam
proses transkripsi pada garis besarnya dapat dibedakan menjadi tiga kelompok
molekul RNA, yaitu: mRNA, tRNA, dan rRNA.
DAFTAR PUSTAKA
Campbell, Neil A. 2002. Biologi
Edisi Kelima. Jakarta. Penerbit: Erlangga
Fried, George H. 2005. Biologi
Edisi Kedua. Jakarta. Penerbit: Erlangga
Kimball, John W. 1983. Biologi.
Jakarta. Penerbit: Erlangga
Yuwono, Triwibowo. 2002. Biologi
Molekular. Jakarta. Penerbit: Erlangga
Tidak ada komentar:
Posting Komentar