Proses Replikasi DNA

Replikasi adalah peristiwa penggandaan DNA yang terjadi pada semua sel hidup. DNA perlu digandakan untuk mempersiapkan terjadinya pembelahan sel, karena tiap sel baru yang terbentuk akan memiliki copian DNA yang sama. Replikasi membutuhkan bantuan dari beberapa enzim untuk membuka rantai DNA, membentuk DNA baru, dan menggabungkan DNA yang terbentuk.

Replikasi diawali dengan terbentuknya titik awal replikasi atau yang disebut dengan ori (origin of replication). Ori adalah rangkaian nukleotida khusus pada rantai DNA yang akan menjadi titik awal terjadinya replikasi. Sel prokariotik memiliki DNA yang pendek, oleh karena itu replikasi DNA prokariotik hanya akan diawali dengan satu ori saja. Namun replikasi DNA eukariotik akan diawali ratusan bahkan beberapa ribu ori karena DNA yang sangat panjang.

Suatu protein akan mengawali replikasi dengan mengenali bagian ori dan menyebabkan rantai DNA terbuka membentuk “gelembung” replikasi. Proses replikasi akan berjalan dari gelembung ini menuju kedua arah. Gelembung replikasi pada eukariotik akan saling memanjang dan akhirnya bertemu dengan gelelmbung di sebelahnya hingga DNA selesai digandakan. Di ujung gelembung replikasi akan terbentuk struktur mirip huruf Y yang disebut dengan garpu replikasi.

Proses replikasi DNA secara ringkas adalah sebagai berikut

• Protein tertentu akan mengenal ori dan mengawali terbentuknya gelembung replikasi.
• Enzim helikase akan akan memutuskan ikatan hidrogen pada nukleotida sehingga menyebabkan rantai ganda DNA berpisah.
• DNA yang telah terpisah akan diikat oleh protein pengikat rantai tunggal untuk mencegah rantai tunggal tersebut menyatu kembali.
• Dua rantai tunggal yang terbentuk memiliki formasi yang terbalik. Satu rantai memiliki formasi awal 3’ - 5’, sedangkan rantai pasangannya memiliki formasi 5’ - 3’.
• Replikasi selalu berjalan dari ujung 3’ menuju ujung 5’. Oleh karena itu replikasi akan berjalan pada arah yang berlawanan pada dua rantai tunggal DNA yang ada.
• Rantai tunggal yang terbentuk awalnya akan tegang sehingga membutuhkan kerja enzim topoisomerase untuk merilekskannya.
• Rantai tunggal DNA masing-masing menjadi template atau cetakan untuk rantai baru yang akan terbentuk. Molekul nukleotida sebagai bahan baku DNA akan ditambahkan dan ditempelkan pada DNA tunggal yang menjadi cetakan tersebut sehingga terbentuk kembali rantai ganda.
• Enzim primase akan mensintesis primer yang menjadi awal terjadinya rantai baru. Primer merupakan rantai pendek RNA yang akan menjadi awalan untuk terbentuknya rantai DNA baru.
• Enzim DNA polimerase yang bertugas memperpanjang rantai DNA tidak dapat membentuk DNA baru. DNA polimerase hanya mampu menembahkan nukleotida ke rantai yang telah ada, dan diawali dengan menempelkan nukleotida pada primer yang dibentuk primase.
• DNA polimerase akan menambahkan satu-persatu nukleotida pada rantai tunggal yang ada. Pada bakteri dapat terjadi penambahan sekitar 500 nukleotida per detik, sedangkan pada manusia terjadi penambahan sekitar 50 nukleotida per detik.
• Rantai 3’-5’ disebut sebagai leading strand, artinya replikasi dapat terjadi hanya dengan satu primer saja. Sedangkan rantai 5’-3’ disebut sebagai lagging strand karena replikasi berjalan berkebalikan dengan arah pembukaan rantai ganda DNA. Oleh karena itu lagging strand membutuhkan banyak primer dan membentuk rantai-rantai pendek DNA yang disebut fragmen okazaki.
• Enzim ligase akan menyambungkan rantai-rantai pendek DNA yang terjadi pada lagging strand.

Hasil akhir replikasi adalah dua DNA yang memiliki sifat yang sama, dan masing-masing tersusun atas rantai induk dan rantai baru yang terbentuk. Replikasi terjadi sebelum sel hakhluk siap melakukan pembelahan sel. Setelah terbentu copian DNA yang memiliki sifat sama, sel akan memulai pembelahan sel dan menyerahkan masing-masing copian DNA tersebut pada sel baru yang terbentuk.