2. Replikasi DNA
Replikasi DNA Sebelum terjadi pembelahan sel, DNA melakukan replikasi terlebih dahulu sehingga informasi genetik yang diterima oleh sel anak akan sama dengan yang terkandung di dalam sel induk. Dengan demikian keteraturan dalam siklus sel dapat dipertahankan
Replikasi DNA atau duplikasi DNA atau disebut juga sintesa DNA.
Replikasi DNA artinya satu untai (single strand) DNA mencetak satu untai pasangannya. Replikasi DNA berlangsung pada saat , fase S dari siklus sel. Sebelum replikasi DNA, dua rantai heliks ganda harus diuraikan terlebih dahulu
• Karakteristik Replikasi DNA Membutuhkan: Template – Untai DNA yang akan direplikasi Primer - Free 3' OH Deoxyribonucleotides (dNTPs) – Keempatnya (A,T,G,C) harus ada Polymerase – Enzim yang mengkatalisis polimerisasi dNTPs mejadi DNA.. Magnesium (Mg++) - Ion yang bertindak sebagai kofaktor beberapa enzim, termasuk DNA polimerase Arahnya - 5' to 3'.
Contents
• Replikasi Semiconservative - satu untai kromatid anak (daughter chromatid ) merupakan yang baru disintesa dan untai yang lainnya diturunkan langsung dari kromosom template. • Bidirectional – Replikasi berlangsung dalam kedua arah mulai dari central origins of replication (ori). • Discontinuous – Untai lambat disintesa sebagai fragmen pendek (Okazaki fragments)
Contents
Inisiasi dari Replikasi DNA Origins of Replication (ori) – Sequen dimana replikasi DNA dimulai Diidentifikasi pada E. coli, SV40 virus and yeast. Sekuen ori pada ragi adalah:
CTAAACATAAAATCT –// – AATTTCGTCAAAAATGCT –// – ATTTAAGTATTG –// – TGAAAAGCAAGCA
Replicon – suatu wilayah dari kromosom yang merupakan unit replikasi . Replikasi dimulai dari ori di tengah replicon dan meluas ke kedua arah menuju wilayah ujung2nya
Contents
Dalam proses replikasi ini terlibat beberapa protein/enzim yaitu:
A. DNA polimerase dan RNA primase untuk mengkatalisis polimerisasi triposfat nukleotida Persyaratan untuk DNA polimerase: 1. DNA harus dalam keadaan belitan terbuka dan untai tunggal 2. Penambahan nukleotoda2 hanya pada ujung rantai 3. Hanya berfungsi pada arah 5’ – 3’
Polimerase dan fungsinya: 1. DNA Pol I membuang primer2, mengisi gap, merupakan kelompok enzim umum yg berfungsi utk menggabungkan deoksiribonukleotida
2. DNA Pol II memperbaiki kerusakan DNA 3. DNA Pol III berfungsi utk pembentuk polimer yaitu digunakan utk mengisi celah antara fragmen-fragmen Okazaki yg dibentuk selama sintesa ”lagging strand’
Ada 3 jenis DNA polimerase pada eukariot yaitu: 1. DNA polimerase : enzim yg bertanggung jawab untuk sintesa kebanyakan DNA, yg peranannya sama dg DNA polimerase III pd bakteri. 2. DNA polimerase : enzim yg terlibat dalam perbaikan DNA 3. DNA polimerase : enzim yg berfungsi dlm replikasi molekul DNA mitokondria
Lokasi dan fungsi dari ke tiga DNA polimerase pada eukariot DNA polimerase
Lokasi Inti sel
Inti sel
Mitokondria
Fungsi Replikasi DNA Perbaikan DNA Replikasi DNA Mitokondria
B. DNA helicase dan protein helix-destabilizing untuk membuka belitan DNA double helix dan menahannya agar tidak terbelit kembali sehingga primase dapat bekerja membutuhkan hidolisis ATP Helicase berikatan dengan ATP dan kemudian melekat pd bagian untai DNA. Ada 2 jenis helicase yg telah diketahui fungsinya yaitu: Helicase II & III : melekat pd “lagging strand” dan bergerak dari arah 5’3’ Protein Rep. : melekat pd “leading strand” dan bergerak dari arah 3’5’
C. DNA ligase dan suatu enzim yang mendegradasi RNA primer untuk menyatukan fragmen-fragmen rantai DNA yang disintesa dengan suatu ikatan phosphoiester
D. DNA topoisomerase I (Gyrase) yang membantu untuk mengurangi masalah belitan helix yang telah dibuka oleh helikase
E. Protein pemula yang membantu menurunkan percabangan replikasi yang baru.
F. PCNA (proliferating cellular nuclear antigent) faktor yang dibutuhkan agar Polimerase dapat bekerja. Tanpa PCNA Polimerase hanya akan mereplikasi oligonukleotida yang pendek. Dengan PCNA dpt dihasilkan 1000 bp
Beberapa DNA polymerase mempunyai aktifitas exonuclease 3' to 5'
Contents
PERTUMBUHAN RANTAI Pertumbuhan rantai atau sintesa DNA terjadi dari arah ujung 5 ke ujung 3 (5’3’) dan dari arah ujung 3 ke ujung 5 (3’5’) dari utas DNA Pertumbuhan rantai yg berlawanan tersebut menandakan bahwa dua untai anak disintesa pada masing2 garpu replikasi dan berjalan ke arah yg berlawanan. Oleh karena itu arah pertumbuhan rantai harus dari arah 5’3’ untuk satu untai anak dan dari 3’5’ untuk untai anak yg lainnya.
Sintesis untai anak pd arah 5’3’ dan 3’5’ memiliki perbedaan laju pertumbuhan: arah 5’3’ merupakan untai cepat (leading strand) arah 3’5’ merupakan untai lambat (lagging strand) yg disebut juga dengan fragmen Okazaki.
Pd arah 5’3’, nukleotida baru langsung ditambahkan ke polinukleotida sehingga proses pertumbuhan rantai berlangsung cepat. Pada arah 3’ 5’, nukleotida baru tdk langsung ditambahkan ke polinukleotida sehingga proses pertumbuhan rantai akan berlangsung lebih lama.
• Discontinuous Replication of the Lagging Strand (3’- 5’) Menggunakan fragment Okazaki 1000 – 2000 bp Merupakan potongan2 pendek dari RNA Fragment Okazaki dihasilkan pada Replikasi diskontinu
16.14 Priming DNA synthesis
Contents
16.15 The main proteins of DNA replication and their functions
Contents
16.16 A summary of DNA replication
Contents
• Penyelesaian replikasi (Telomeres) • Jika perangkat replikasi mencapai telomer untuk menghasilkan fragmen Okazaki yang terakhir maka harus disintesa RNA primer pada bagian ujung dari lagging strand • RNA ini akan dibuang oleh RNAase, menyebabkan ujung kromosom untai tunggal mnggantung • Tidak ada jalan bagi DNA polimerase untuk mengisi bagian yang menggantung ini karena primer 3’tidak ada. • Jika tidak ada mekanisme untuk mengisi gap terminal, maka telomer akan berkurang setiap siklus sel dan fungsi gen akan hilang
16.18 The end-replication problem
16.19 Telomeres and telomerase
Telomerase - suatu bentuk khusus dari reverse transcriptase yang tidak hanya mengisi bagian ujung yang menggantung tetapi juga meningkatkan panjang telomer
AktifitasTelomerase menurun sejalan dengan usia. Akibatnya telomer akan bertambah pendek Peningkatan aktifitas telomer dapat diamati pada tumor dan pada kultur sel jaringan hidup Kelebihan Ekspresi telomerase pada sel akan meningkatkan rentang hidupnya Pengamatan ini menegaskan bahwa telomerase mempunyai peran pada penuaan dan kanker Terapi gen dengan telomerase dapat membalikkan atau paling tidak memperlambat penuaan .
3. DNA REPARASI
16.17 Excision repair of DNA damage
4. REKOMBINASI GENETIK
Coat-color genes
• How crossing over leads to genetic recombination
Eye-color genes Tetrad (homologous pair of chromosomes in synapsis)
1
Breakage of homologous chromatids
2
Joining of homologous chromatids
Chiasma
3
Separation of homologous chromosomes at anaphase I
4
Separation of chromatids at anaphase II and completion of meiosis Parental type of chromosome Recombinant chromosome Recombinant chromosome Parental type of chromosome
Figure 8.18B
Gametes of four genetic types
