Replikasi Dna Pada Eukaryot

BIOLOGI SEL DAN MOLEKULER

Pengajar: WILMAR MAARISIT, M.Sc

ENZIM DNA Polimerase a

PERANAN Mengawali replikasi pada kedua untaian

DNA Polimerase d DNA Polimerase b DNA Polimerase e DNA Polimerase g

Pemanjangan pada kedua untaian Reparasi DNA Reparasi DNA Replikasi DNA mitokondria

polimerase a mempunyai aktivitas primase yang berperan penting dalam sintesis fragmen Okazaki. DNA polimerase d diduga berperan sebagai enzim yang membuat DNA awal karena enzim ini mempunyai prosesivitas yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan DNA polimerase a. Prosesivitas DNA polimerase d disebabkan oleh adanya protein PCNA (proliferating cell nuclear antigen). DNA

polimerase b tidak mempunyai prosesivitas sama sekali sehingga diduga hanya berperan dalam proses reparasi DNA. DNA polimerase g terdapat didalam mitokondria sehingga diduga berperan dalam replikasi DNA Mitokondria. DNA

DNA Polimerase

Salah

satu ciri inisiasi replikasi DNA pada eukaryot yaitu banyaknya titik awal replikasi. Hal ini disebabkan karena genom prokaryot jauh lebih besar dibandingkan eukaryot sehingga diperlukan lebih banyak ori untuk mempercepat replikasi. garpu replikasi pada eukaryot lebih lambat.

Pergerakan

Bidrectional DNA synthesis

Replication forks will merge

Setelah dilakukan inisiasi pada proses replikasi DNA eukaryot, selanjutnya dilakukan polimerisasi. Dalam keadaan normal gen hanya direplikasikan satu kali setiap fase S (sintesis), beberapa gen di replikasikan pada awal fase sedangkan yang lainya pada akhir fase S. Gen-gen yang ditranskripsikan secara aktif akan direplikasikan pada awal fase S, sedangkan kromosom X yang tidak aktif pada mamalia betina direplikasikan pada akhir fase S.

Replikasi

kromosom pada eukaryot dibagi menjadi banyak replikon. fase S ditandai dengan aktivitas replikon pertama. DNA eukaryot berlangsung jauh lebih lambat dibandingkan dengan replikasi DNA prokaryot

Awal

Replikasi

Proses replikasi harus dilakukan seteliti mungkin agar tidak terjadi perbedaan komposisi genetik antara sel induk dengan sel anakan. Tingkat kesalahan pada E. coli diperkirakan hanya mencapai 1 (satu) pasangan basa tiap satu miliar (109) pasangan basa, atau sekitar satu kesalahan per 1.000 sel per generasi. Ketelitian proses replikasi ditentukan oleh aktivitas DNA polimerase III dan DNA polimerase I, yang mempunyai sistem koreksi pembacaan (proof- reading).

DNA

polimerase III akan menyeleksi nukleotida yang disambungkan dengan ujung 3-OH pada primer. DNA yang berpasangan secara keliru pada ujung 3-OH tidak akan efektif sebagai cetakan. ada kekeliruan semacam ini maka aktivitas eksonuklease 3-5 yang ada pada subunit DNA polimerase III akan memotong nukleotida yang salah pasang tersebut.

Molekul

Jika

Jasad yang mempunyai genom berupa DNA untai tunggal adalah kelompok virus tertentu fX174. Virus fX174 adalah virus yang menginfeksi bakteri (sehingga disebut sebagai bakteriofag). Pada waktu virus menginveksi bakteri E. coli, DNA nya akan diinjeksikan ke dalam sel inang.

Molekul DNA yang diinjeksikan tersebut disimbolkan dengan untain positif (+). Untain inilah yang mengandung informasi genetik virus tersebut.

Sekitar 20-30 menit setelah DNA virus diinjeksikan ke dalam sel inang protein A* yang dikode di dalam genom virus disintesis di dalam sel E. coli. Protein A* tersebut akan menghambat sintesis DNA di dalam sel inang. Untain (+) ini akan menjadi cetakan dalam proses replikasi DNA virus sehingga akan dihasilkan untaian komplemenya, yaitu untaian (-) Untain (-) tersebut akan menjadi cetakan untuk menghasilkan untain (+)

REPLIKASI DNA fX174Secara Umum, replikasi DNA fX174 dilakukan melalui tiga tahapan: 1. Pengubahan DNA untai tunggal menjadi bentuk dupleks yang dapat digunakan untuk replikasi (dupleks replicative form, FR) yang mengandung untain (+) dan untaian (-). Molekul ini disebut sebagai molekul induk RF. 2. Perbanyalkan RF melalui mekanisme replikasi lingkarberputar (rolling circle replication) sehingga dihasilkan turunan RF.

3.

Sintesis untain (+) dengan menggunakan untaian (1) pada RF melalui mekanisme replikasi lingkaran berputar sehingga dihasilkan molekul untaitunggal

Virus

TMV (tobacco mosaic virus) mempunyai genom berupa molekul RNA. virus ini berupa molekul RNA untai-tunggal yang terdiri atas 6.390 nukleotida yang membawa informasi genetik dalam struktur empat gen. RNA TMV memerlukan cetakan dan suatu enzim RNA polimerase yang dikendalikan oleh RNA (RNA-directed RNA polymerase) atau yang sering dikenal sebagai replikase.

Genom

Replikasi

Sintesis RNA virus selalu berorientasi 5-3, seperti halnya sintesis DNA, dan dimulai pada ujung 3 molekul cetakan. Replikasi RNA TMV dimulai dengan proses infeksi sel inang (daun tembakau oleh virus TMV) RNA virus yang masuk ke dalam sel inang selanjutnya menghasilkan beberapa enzim replikasi dan protein selubung. Replikasi kemudian dilakukan sintesis untain komplementer (untaian negatif) dengan menggunakan untaian RNA induk (untain +) sebagai cetakan.

Sintesis

untaian baru (untain -) dilakukan pada ujung 3 molekul cetakan, sehingga arah sintesis adalah dari ujung 5-3. (-) baru yang terbentuk kemudian digunakan oleh replikase sebagai cetakan sebagai proses sintesis unatain (+). (+) yang terbentuk mempunyai urutan nukleotida yang identik dengan urutan nukleotida RNA virus yang pertama kali menginfeksi sel inang.

Untaian

Untaian

Selanjutnya,

protein selubung yang disintesis pada saat terjadi translasi RNA virus, akan mengenali bagian untain RNA (+)tertentu. selubung akan membentuk struktur yang disebut sebagai piringan protein.

Protein

Pada

waktu ujung 3 RNA diperpanjang, piringan protein ditambahkan pada bagain RNA yang melipat.

Semakin

banyak piringan protein yang ditambahkan maka ujung 5 RNA akan ditarik kearah protein selubung. Sehingga terbentuk partikel virus yang berupa susunan heliks protein yang mengelilingi genom RNA.

Selain TMV, virus lain yang genomnya berupa RNA adalah kelompok retrovirus, misalnya virus HIV (human immunodeficiency virus). Virus HIV adalah virus penyebab AIDS (acquired immunodeficiency syndrome) Virus HIV mempunyai genom berupa RNA linear, untai tunggal. Replikasi RNA pada virus HIV dilakukan dengan mengubah terlebih dahulu molekul RNA tersebut menjadi DNA oleh enzim DNA polimerase yang dikendalikan oleh RNA (RNA-directed DNA polymerase) atau yang dikenal sebagai enzim transkripsi balik. (reverse trancriptase).

Genom virus HIV tersusus atas tiga gen yaitu gen gag (mengkode protein struktural), gen env (mengkode protein selubung) dan gen pol (mengkode enzim transkiptase balik dan enzim integrase.) Terdapat enam gen yang lain yang fungsinya belum diketahui.

Enzim transkiptase balik melakukan sintesis DNA dengan menggunakn genom RNA sebagai cetakan

Penempelan Virus pada reseptor yang ada pada limfosit CD4. Molekul DNA untai-tunggal kemudian disintesis dengan menggunakan molekul RNA cetakan . Sintesis DNA untai-tunggal ini dilakukan oleh enzim transkiptase balik. Enzi yang sama kemudian mengubah molekul DNA untai tunggal menjadi molekul untai-ganda linear. Molekul DNA untai ganda yang terbentuk kemudian diintegrasikan ke dalam kromosom sel inang oleh aktivias enzim integrase. Dalam keadaan demikian virus tersebut sebagai provirus karena genomnnya adalh RNA bukan DNA.

Setelah

DNA untai ganda diintegrasikan, selanjutnya dilakukan sinstesis RNA virus dengan menggunakan aktivitas RNA polimerase yang dimiliki oleh sel inang.

Genom

RNA virus selanjutnya dibungkus oleh protein selubung yang terdiri atas dua lapisan yaitu protein utama (core protein) dan protein cangkang (shell protein).virus yang terbentuk selanjutnya menembus membran palsma sel inang sehingga memperoleh selubung lemak.

Partikel

MEKANISME REPLIKASI RETROVIRUS

Skema Makanisme Replikasi RNA RetrovirusMekanisme replikasi RNA semacam ini dilakukan dengan terlebih dahulu mengubah RNA untai tunggal menjadi DNA untai-ganda dengan menggunakan enzim transkriptase balik (reverse transcriptase). Hal ini berbeda dari mekanisme replikasi RNA pada TMV yang direplikasi secara langsung dari RNA menjadi RNA

Enzim DNA polimerase yang dikendalikan oleh RNA mempunyai tiga macam aktivitas yaitu: 1. Aktivitas DNA polimerase yang dikendalikan oleh RNA. Aktivitas ini digunakan untuk sintesis DNA dari cetakan. 2. Aktivitas DNA polimrase yang dikendalikan oleh DNA, yang digunakan untuk sintesis DNA untaiganda.

3. Ribonuklease H, yaitu aktivitas yang diperlukan untuk degradasi primer yang digunakan dalam proses sintesis DNA. Dalam hal ini yang digunakan sebagai primer adalah molekul tRNA sel inang yang terikat pad genom virus. Pada saat sintesis DNA sudah dimulai dan primer tidak diperlukan lagi maka aktivitas ribonuklease akan mendegradasi molekul tRNA primer.