Belajar Tahap Proses Replikasi DNA 7 Langkah

Tahap Proses Replikasi DNA. Deoxyribonucleic acid atau DNA adalah molekul yang menarik yang menyimpan dan melewatkan semua informasi yang diperlukan dari satu generasi ke generasi lain. Butuh beberapa eksperimen menarik oleh Frederick Griffith, Avery, MacLeod, McCarty, Alfred Hershey, Martha Chase dll, menemukan bahwa DNA adalah materi herediter. Dengan dasar ini, dan penelitian oleh beberapa ilmuwan seperti Rosalind Franklin, struktur molekul ini akhirnya dipecahkan oleh James Watson dan Francis Crick.

Kode kimia Sederhana dari molekul DNA menimbulkan kompleksitas besar dari semua organisme hidup. Tetapi bahkan lebih memikat adalah kemampuannya dalam mereplikasi diri dan menghasilkan molekul lain yang serupa dengan dirinya sendiri. Diberikan di bawah ini adalah penjelasan singkat dari struktur DNA serta langkah-langkah melalui mana molekul DNA membuat salinan dirinya dengan akurasi yang luar biasa.

Struktur DNA

Blok bangunan DNA adalah molekul yang disebut nukleotida, yang terdiri dari gula deoksiribosa (gula 5-karbon), sebuah basa nitrogen yang melekat pada gula, dan gugus fosfat. Ada empat jenis molekul nukleotida tergantung pada jenis basa nitrogen terpasang. Keempat nukleotida (dan basa nitrogen masing-masing) adalah:

AdenosineAdenosine (Adenin)
ThymidineThymidine (Timin)
GuanosineGuanosine (Guanin)
CytidineCytidine (Sitosin)

Sitosin dan timin adalah pirimidin, sejenis molekul heterosiklik beranggota enam. Di sisi lain, adenin dan guanin adalah purin, yang merupakan molekul dua cincin yang terdiri dari cincin pirimidin dan cincin imidazol. Ini nukleotida dihubungkan melalui gugus fosfat dan gugus gula untuk membentuk untai tunggal dari molekul DNA. Kelompok fosfat satu nukleotida dan gugus hidroksil dari nukleotida yang berdekatan terhubung melalui ikatan fosfodiester. gugus Gula dan gugus fosfat membentuk tulang punggung masing-masing untai DNA. Setiap untai memiliki ujung 5 ‘fosfat dan 3′ hidroksil akhir.

Helix ganda DNA terdiri dari dua untai komplementer yang berjalan anti-sejajar satu sama lain. Satu untai berjalan di arah 5′→ 3′, sedangkan lainnya berjalan ke arah anti-paralel 3 ‘→ 5′. Ini untai melekat satu sama lain melalui ikatan hidrogen yang terjadi antara purin dan pirimidin untai berlawanan. Pasangan adenin dengan timin melalui ikatan ganda (A = T), sedangkan pasangan guanin dengan sitosin melalui tiga ikatan (G ≡ C). DNA berputar pada jarak tertentu karena sudut ikatan dari molekul tulang punggung DNA. Ini membentuk struktur heliks bukannya tangga lurus. A = T dan G ≡ C pasangan basa membentuk anak tangga heliks ini.

Langkah-langkah dalam Replikasi DNA

Proses replikasi DNA merupakan suatu masalah yang kompleks, dan melibatkan set protein dan enzim yang secara kolektif merakit nukleotida dalam urutan yang telah ditentukan. Dalam menanggapi isyarat molekul yang diterima selama pembelahan sel, molekul-molekul ini melakukan replikasi DNA, dan mensintesis dua untai baru menggunakan helai yang ada sebagai template atau ‘cetakan’. Masing-masing dua resultan, molekul DNA yang identik terdiri dari satu untai baru lama dan salah satu DNA. Oleh karena itu proses replikasi DNA disebut sebagai semi-konservatif.

Rangkaian peristiwa yang terjadi selama replikasi DNA prokariotik telah dijelaskan di bawah ini.

❶ Inisiasi

Pelepasan untai DNA

Replikasi DNA dimulai pada lokasi spesifik disebut sebagai asal replikasi, yang memiliki urutan tertentu yang bisa dikenali oleh protein yang disebut inisiator DnaA. Mereka mengikat molekul DNA di tempat asal, sehingga mengendur untuk docking protein lain dan enzim penting untuk replikasi DNA. Sebuah enzim yang disebut helikase direkrut ke lokasi untuk unwinding (proses penguraian) heliks dalam alur tunggal.

Helikase melepaskan ikatan hidrogen antara pasangan basa, dengan cara yang tergantung energi. Titik ini atau wilayah DNA yang sekarang dikenal sebagai garpu replikasi (Garpu replikasi atau cabang replikasi adalah struktur yang terbentuk ketika DNA bereplikasi). Setelah heliks yang unwound, protein yang disebut untai tunggal mengikat protein (SSB) mengikat daerah unwound, dan mencegah mereka untuk annealing (penempelan). Proses replikasi sehingga dimulai, dan garpu replikasi dilanjutkan dalam dua arah yang berlawanan sepanjang molekul DNA.

❷ Sintesis Primer

Sintesis DNA Primer

Sintesis baru, untai komplementer DNA menggunakan untai yang ada sebagai template yang dibawa oleh enzim yang dikenal sebagai DNA polimerase. Selain replikasi mereka juga memainkan peran penting dalam perbaikan DNA dan rekombinasi.

Namun, DNA polimerase tidak dapat memulai sintesis DNA secara independen, dan membutuhkan 3′ gugus hidroksil untuk memulai penambahan nukleotida komplementer. Ini disediakan oleh enzim yang disebut DNA primase yang merupakan jenis DNA dependent-RNA polimerase. Ini mensintesis bentangan pendek RNA ke untai DNA yang ada. Ini segmen pendek disebut primer, dan terdiri dari 9-12 nukleotida. Hal ini memberikan DNA polimerase platform yang diperlukan untuk mulai menyalin sebuah untai DNA. Setelah primer terbentuk pada kedua untai, DNA polimerase dapat memperpanjang primer ini menjadi untai DNA baru.

Unwinding DNA dapat menyebabkan supercoiling (bentukan seperti spiral yang mengganggu) di wilayah berikut garpu. Ini superkoil DNA Unwinding oleh enzim khusus yang disebut topoisomerase yang mengikat ke bentangan DNA depan garpu replikasi. Ini menciptakan nick di untai DNA dalam rangka untuk meringankan supercoil tersebut.

❸ Sintesis leading strand

Replikasi DNA untaian pengawal (leading strand)

DNA polimerase dapat menambahkan nukleotida baru hanya untuk ujung 3 ‘dari untai yang ada, dan karenanya dapat mensintesis DNA dalam arah 5′ → 3 ‘saja. Tapi untai DNA berjalan di arah yang berlawanan, dan karenanya sintesis DNA pada satu untai dapat terjadi terus menerus. Hal ini dikenal sebagai untaian pengawal (leading strand).

Di sini, DNA polimerase III (DNA pol III) mengenali 3 ‘OH akhir primer RNA, dan menambahkan nukleotida komplementer baru. Seperti garpu replikasi berlangsung, nukleotida baru ditambahkan secara terus menerus, sehingga menghasilkan untai baru.

❹ Sintesis lagging Strand (untai tertinggal)

Pada untai berlawanan, DNA disintesis secara terputus dengan menghasilkan serangkaian fragmen kecil dari DNA baru dalam arah 5 ‘→ 3′. Fragmen ini disebut fragmen Okazaki, yang kemudian bergabung untuk membentuk sebuah rantai terus menerus nukleotida. Untai ini dikenal sebagai lagging Strand (untai tertinggal) sejak proses sintesis DNA pada untai ini hasil pada tingkat yang lebih rendah.

sintesis lagging Strand

Di sini, primase menambahkan primer di beberapa tempat sepanjang untai unwound. DNA pol III memperpanjang primer dengan menambahkan nukleotida baru, dan jatuh ketika bertemu fragmen yang terbentuk sebelumnya. Dengan demikian, perlu untuk melepaskan untai DNA, lalu geser lebih lanjut up-stream untuk memulai perluasan primer RNA lain. Sebuah penjepit geser memegang DNA di tempatnya ketika bergerak melalui proses replikasi.

❺ Penghapusan Primer

Meskipun untai DNA baru telah disintesis primer RNA hadir pada untai baru terbentuk harus digantikan oleh DNA. Kegiatan ini dilakukan oleh enzim DNA polimerase I (DNA pol I). Ini khusus menghilangkan primer RNA melalui ’5→ 3′ aktivitas eksonuklease nya, dan menggantikan mereka dengan deoksiribonukleotida baru oleh 5 ‘→ 3′ aktivitas polimerase DNA.

menghilangkan primer RNA

❻ Ligasi

Setelah penghapusan primer selesai untai tertinggal masih mengandung celah atau nick antara fragmen Okazaki berdekatan. Enzim ligase mengidentifikasi dan segel nick tersebut dengan menciptakan ikatan fosfodiester antara 5 ‘fosfat dan 3′ gugus hidroksil fragmen yang berdekatan.

❼ Pemutusan

Replikasi mesin ini menghentikan di lokasi terminasi khusus yang terdiri dari urutan nukleotida yang unik. Urutan ini diidentifikasi oleh protein khusus yang disebut tus yang mengikat ke situs tersebut, sehingga secara fisik menghalangi jalur helikase. Ketika helikase bertemu protein tus itu jatuh bersama dengan terdekat untai tunggal protein pengikat.