replikasi DNA

Asam deoksiribonukleat, yaitu DNA ( DNA adalah akronimnya dalam bahasa Inggris), merupakan identitas setiap sel, karena merupakan bahan genetiknya. Ketika sel membelah untuk membentuk dua sel, baik melalui mitosis atau meiosis, biomolekul dan organel harus menduplikasi untuk membuat setiap sel baru. Dalam sel eukariotik, DNA ditemukan di dalam inti sel, dan harus direplikasi dengan tepat untuk memastikan bahwa dua sel baru identik dengan sel asalnya, dan juga memiliki jumlah kromosom yang benar. Proses penggandaan DNA disebut  replikasi .; itu adalah proses penting dalam pertumbuhan dan reproduksi sel, serta dalam proses perbaikan sel. Proses replikasi DNA memiliki beberapa langkah dan melibatkan berbagai protein yang disebut enzim replikasi , serta RNA , asam ribonukleat.  Pada sel eukariotik , yaitu sel yang menyusun hewan dan tumbuhan, replikasi DNA terjadi pada fase S dari siklus sel .

Ini adalah aspek kunci dari replikasi DNA:

• Asam deoksiribonukleat, umumnya dikenal sebagai DNA, adalah asam nukleat yang memiliki tiga komponen utama: gula, deoksiribosa; gugus fosfat; dan basa nitrogen.
• Karena DNA mengandung bahan genetik suatu organisme, penting untuk disalin tepat ketika sel membelah. Proses biokimia kompleks yang mengarah pada penyalinan DNA disebut replikasi.
• Replikasi melibatkan produksi untaian DNA identik dari molekul DNA heliks ganda.
• Enzim sangat penting untuk replikasi DNA, karena mengkatalisasi langkah-langkah yang sangat penting dalam proses tersebut.
• Proses umum replikasi DNA sangat penting untuk pertumbuhan sel dan reproduksi organisme. Ini juga penting dalam proses perbaikan sel.

struktur dna

DNA atau asam deoksiribonukleat adalah jenis molekul yang dikenal sebagai asam nukleat. Ini terdiri dari deoksiribosa, gula yang memiliki lima atom karbon (C ₅ H ₁₀ O ₄ ), fosfat, dan basa nitrogen. DNA terdiri dari dua helai asam nukleat berbentuk spiral yang dihubungkan bersama untuk membentuk heliks ganda. Bentuk heliks yang terjalin memungkinkan DNA menjadi molekul yang disebut kromatin dan merupakan komponen kromosom. Sebelum replikasi DNA, kromatin terbuka memungkinkan proses replikasi seluler dari untaian DNA mengambil alih.

Mempersiapkan replikasi

Langkah 1: pembentukan garpu replikasi

Sebelum proses replikasi DNA dimulai, dua untai yang saling terkait yang membentuknya harus dipisahkan. DNA terdiri dari empat basa yang disebut adenin (A), timin (T), sitosin (C) dan guanin (G), disusun berpasangan yang menggabungkan dua rantai bersama, membentuk jembatan. Adenin hanya berikatan dengan timin, dan sitosin hanya berikatan dengan guanin. Untuk memisahkan dua untai DNA, jembatan yang dibentuk oleh basa ini harus dipatahkan. Proses ini dilakukan oleh enzim yang dikenal sebagai DNA helicase. DNA helicase secara berurutan mengganggu ikatan hidrogen antara basa yang membentuk setiap jembatan antara dua untaian, menariknya terpisah dan, dalam prosesnya, mengubah heliks ganda menjadi rakitan bercabang berbentuk Y yang dikenal sebagai garpu replikasi, seperti yang ditunjukkan pada gambar. angka.

Sebagai konsekuensi dari pemisahan rantai dan dengan mempertimbangkan bahwa basis yang membentuk jembatan berbeda di setiap rantai, masing-masing akan memiliki komposisi yang berbeda setelah pembagian. Ujung jembatan yang tersisa pada setiap untai setelah pemisahan dinyatakan sebagai 5′ atau 3′. Ujung 5′ memiliki gugus fosfat (P) sedangkan ujung 3′ memiliki gugus hidroksil (OH). Arah ini penting dalam proses replikasi, karena hanya terjadi pada arah 5′ ke 3′. Namun, seperti yang dinyatakan, percabangan pembagian menghasilkan ujung yang berbeda pada setiap rantai. Satu senar akan berorientasi pada arah 3′ ke 5′, senar terdepan, sedangkan senar lainnya akan berorientasi 5′ ke 3′, senar tertinggal. Karena itu,

Replikasi dimulai

Langkah 2: pengikatan inisiasi

Rantai utama adalah yang paling mudah ditiru. Setelah untaian DNA dipisahkan, sepotong pendek RNA, molekul pemula, menempel pada ujung 3′ untai, menyediakan titik awal untuk replikasi. Molekul inisiasi ini dihasilkan oleh enzim DNA primase.

replikasi DNA: pemanjangan

Langkah 3: Perpanjangan

Enzim yang dikenal sebagai DNA polimerase bertanggung jawab untuk menciptakan untaian baru melalui proses yang disebut pemanjangan. Ada lima jenis polimerase DNA pada bakteri dan sel manusia. Pada bakteri seperti E. coli, polimerase III adalah enzim replikasi utama, sedangkan polimerase I, II, IV dan V bertanggung jawab untuk memeriksa dan memperbaiki kesalahan yang terjadi pada rantai. DNA polimerase III mengikat untai di situs inisiasi dan mulai menambahkan pasangan basa komplementer baru ke untai replikasi. Dalam sel eukariotik, polimerase alfa, delta, dan epsilon adalah polimerase utama yang terlibat dalam replikasi DNA. Karena replikasi berlangsung dalam arah 5′ ke 3′ pada untai utama, untai baru terus terbentuk.

Rantai lagging memulai replikasi dari beberapa inisiator. Setiap primer dipisahkan oleh beberapa basa. DNA polimerase menambahkan potongan DNA, yang disebut fragmen Okazaki, ke bentangan untai yang terletak di antara primer. Dengan demikian, proses replikasi terputus-putus, karena ia bergantian sepanjang rantai antara inisiator.

Langkah 4: Penghentian

Setelah untaian kontinyu dan terputus-putus terbentuk, enzim yang disebut exonuclease menghilangkan semua primer RNA dari untaian asli. Primer ini kemudian diganti dengan basis yang sesuai. Eksonuklease lain mengoreksi DNA yang baru terbentuk untuk memverifikasinya, menghilangkan dan mengganti kesalahan yang mungkin terjadi dalam proses tersebut. Enzim lain yang disebut DNA ligase bergabung dengan fragmen Okazaki menjadi untai tunggal. Ujung DNA linier menimbulkan masalah, karena DNA polimerase hanya dapat menambahkan nukleotida pada arah 5′ ke 3′. Ujung untaian induk terdiri dari urutan DNA berulang yang disebut telomere. Telomere bertindak sebagai tutup pelindung di ujung kromosom untuk mencegah penggabungan kromosom terdekat. Jenis khusus enzim DNA polimerase yang disebut telomerase mengkatalisis sintesis urutan telomer di ujung DNA. Setelah selesai, untai induk dan untai DNA komplementernya dihubungkan bersama dalam gaya heliks ganda yang terkenal. Pada akhir proses replikasi, dihasilkan dua molekul DNA, masing-masing berisi satu untai dari molekul asli dan satu untai baru yang dihasilkan dalam proses replikasi.

enzim replikasi

Replikasi DNA tidak akan terjadi tanpa partisipasi enzim yang mengkatalisis berbagai langkah dalam proses tersebut. Enzim utama yang terlibat dalam proses replikasi DNA eukariotik adalah:

• DNA helicase: Membuka dan memisahkan untai ganda DNA saat bergerak sepanjang molekul. Dengan demikian membentuk garpu replikasi dengan memutus ikatan hidrogen yang membentuk jembatan antara pasangan nukleotida DNA.
• DNA primase: Suatu jenis RNA polimerase yang menghasilkan primer untuk proses tersebut. Primer adalah molekul RNA pendek yang bertindak sebagai templat pada titik awal replikasi DNA.
• DNA polimerase: mensintesis molekul DNA baru dengan menambahkan nukleotida ke untai DNA terdepan dan tertinggal.
• Topoisomerase atau DNA gyrase: Membuka dan menjalin untaian DNA untuk mencegah DNA kusut.
• Exonucleases: Sekelompok enzim yang menghilangkan basa nukleotida dari ujung untai DNA.
• DNA ligase: bergabung dengan fragmen DNA membentuk ikatan fosfodiester antara nukleotida.

Ringkasan

Replikasi DNA adalah proses yang menghasilkan untaian DNA identik dari satu molekul DNA heliks ganda. Setiap molekul DNA baru terdiri dari satu untai dari molekul asli dan satu untai yang terbentuk dalam proses replikasi. Sebelum replikasi, DNA membuka dan untaian heliks ganda terpisah. Garpu replikasi berbentuk Y terbentuk yang berfungsi sebagai templat untuk replikasi. Molekul primer menempel pada untaian DNA yang terpisah, dan DNA polimerase menambahkan urutan nukleotida baru dalam arah 5′ ke 3′.

Penggabungan nukleotida ini berlanjut pada untai terdepan dan terfragmentasi pada untai tertinggal. Setelah perpanjangan untai DNA selesai, untai baru diperiksa kesalahannya, perbaikan dilakukan seperlunya, dan urutan telomer ditambahkan ke ujung DNA.

Air mancur

• Reece, Jane B., dan Neil A. Campbell. Biologi Campbell . Benyamin Cummings, 2011.
• Lehninger. Prinsip Biokimia – Omega, Edisi ke-6 2014