Proses Replikasi DNA

Proses replikasi pada DNA  double helix merupakan suatu proses yang kompleks dan melibatkan banyak enzim bahkan para peneliti memerlukan 1 dekade untuk mempelajarinya. Secara ringkas terdapat 5 tahapan dalam Proses replikasi pada DNA  double helix, yaitu :

1. Membuka double stranded DNA

Untuk mengawali proses replikasi, double stranded DNA harus dibuka agar terbentuk single strandedDNA sehingga proses replikasi bisa berjalan. Seperti yang telah dibahas sebelumnya bahwa DNA direplikasi secara semi konservatif (Postingan tentang Replikasi DNA secara semi konservatif). Artinya setiap double stranded DNA yang dihasilkan dari proses replikasi memiliki 1 strand DNA dari DNA induk dan 1 strand DNA merupakan strand baru hasil replikasi.

Pembukaan double stranded DNA dimulai dengan menempelnya initiator protein pada replication origin. Replication origin adalah titik dimulainya proses replikasi. Enzim helicase membuka ikatan nitrogen dari double stranded DNA sehingga membentuk garpu replikasi. Agar kedua single stranded DNA tidak berikatan lagi membentuk double stranded DNA, maka single-strand binding proteinmenempel pada masing-masing strand DNA. Putaran helix DNA akan diluruskan oleh enzim topoisomerase.

Origin Replication merupakan titik dimulainya pembelahan DNA; Eukariotik mempunyai banyak origin replication

2. Penempelan Primer pada DNA Template

Strand DNA baru tidak dapat disintesis hingga sebuah primer menempel pada DNA template karena DNA polymerase memerlukan ujung 3’ primer untuk memulai proses replikasi. Primer tersebut berupa RNA yang tersusun dari rangkain nukleotida pendek yaitu terdiri dari sekitar 10 nukelotida. Penempelan primer dikatalisis oleh RNA polimerase yang sering disebut dengan primase.

3. Perakitan DNA Baru

DNA polymerase III kemudian akan memulai proses perakitan DNA baru dengan menambahkan nukleotida pada ujung 3’ dari primer.  selanjutnya DNA polymerase III terus memperpanjang DNA dengan menambahkan nukleotida pada ujung 3’ dari nukleotida yang baru ditambahkan.

DNA Polymerase III mengkatalisis pemanjangan DNA dengan merangkai nukleotida; Ketika 2 nukleotida saling berikatan, 2 atom fosfat dilepaskan ( Pyrophosphate)

DNA polymerase III hanya dapat melakukan replikasi DNA dengan menambahkan nukleotida pada ujung 3’ dari nukleotida sebelumnya sehingga perpanjangan DNA hanya dari arah ujung 5’ ke ujung 3’. Sedangkan kedua strand dari DNA double helix tersusun secara antiparallel, yaitu 1 strand DNA berorientasi / terbentang dari arah ujung 3’ ke ujung 5’ dan 1 strand DNA satunya berorientasi / terbentang dari arah ujung 5’ ke ujung 3’. Kedua hal tersebut menyebabkan replikasi DNA dari kedua strand DNA berjalan dengan mekanisme berbeda. Ada 2 istilah yang dikenal yaitu leading strand dan lagging strand.

Leading strand adalah replikasi DNA pada strand DNA yang berorientasi / terbentang dari arah ujung 5’ ke ujung 3’. Karena orientasi  strand DNA sama dengan arah replikasi DNA, proses replikasi / penambahan nukleotida berjalan terus menerus hingga proses replikasi selesai.

Lagging strand adalah replikasi DNA pada strand DNA yang berorientasi / terbentang dari arah ujung 3’ ke ujung 5’. Karena orientasi strand DNA berbeda dengan arah replikasi DNA, proses replikasi / penambahan nukleotida menghasilkan potongan-potongan DNA yang disebut dengan fragmen okizaki. Fragmen okizaki terdiri dari sekitar 200 nukleotida.

3. Pelepasan primer dari DNA Template

Primer (RNA) yang sebelumnya mengawali terjadinya replikasi kemudian dilepas

/ dipindahkan dari  DNA template dan diganti dengan nukleotida (DNA) oleh enzim DNA polymeraseI. DNA polymerase I mengkatalisis pengisian celah-celah (gap) antar fragmen okizaki.

5. Penyambungan fragmen-framen Okizaki

Setelah celah-celah (gap) antar fragmen okizaki terisi nukleotida, enzim DNA ligase kemudian menyambung fragmen-fragmen okizaki pada keseluruhan lagging strand DNA.

Gambar diagram proses replikasi