PROSES: Regulasi, Sintesis dan Replikasi DNA Pada Sel Bakteri

·         Regulasi Replikasi DNA

Kromosom suatu bakteri yang khas ialah sebuah molekul DNA berutasan-ganda, yang mempunyai berat molekul kira-kira 2,5 x 10⁹ Dalton (satu Dalton sama dengan massa satu atom hidrogen). Jumlah pasangan basanya kurang lebih 4 x 10⁶. Bila kromosom tersebut ditarik secara linier dalam bentuk heliks-ganda, ukurannya akan mencapai kira-kira 1,25 mm, yaitu beberapa ratus kali lebih panjang daripada sel bakteri yang memilikinya.

a.      Replikasi mensyaratkan situs awal

Syarat pertama agar suatu DNA dapat bereplikasi ialah bahwa pada DNA tersebut terdapat situs awal replikasi. Hasil pengamatan terhadap kromosom E.coli memperlihatkan bahwa replikasi selalu dimulai dari titik awal tertentu (Cairns, 1963). Situs awal replikasi dikenal dengan istilah titik ori (singkatan dari origin of replication). Pada kromosom bakteri diketahui hanya ada satu titik ori, sedangkan pada kromosom eukariot terbukti mempunyai banyak titik ori. DNA yang tidak mempunyai titik ori tidak akan dapat bereplikasi.

b.      Replikasi memerlukan untaian ganda

Persyaratan kedua untuk dapat berlangsungnya proses replikasi ialah bahwa asam nukleat harus berada dalam bentuk untaian ganda. Hal ini telah diuraikan oleh Watson dan Crick (1953), yaitu bahwa implikasi genetik dari heliks ganda ialah memungkinkan pembentukan DNA baru secara swaproduksi (replikasi). Adanya dua untai polinukleotida serta per pasangan antiparalel antara basa-basanya akan mendukung proses replikasi, yaitu setiap untaian akan menjadi model bagi pembentukan untai pasangannya. Bukti bahwa untai ganda menjadi syarat dalam replikasi dapat dilihat pada DNA virus yang sedang bereplikasi. Virus mempunyai genom bervariasi, baik beruntai ganda maupun tunggal, tetapi pada saat bereplikasi virus selalu berada dalam keadaan untai ganda.

c.       Replikasi DNA mengikuti pola hipotesis semikonservatif

Untuk dapat terjadi proses replikasi seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, Watson dan Crick mengajukan suatu usulan pola replikasi DNA yang disebut pola semikonservatif. Pola konservatif mula-mula dibuktikan oleh Mathew Maselson dan Francis Stahl yang bekerja dengan E.coli yang telah menggunakan teknik radio isotop, sentrifugasi, dan spektrofotometer. Dengan pola semikonservatif ini akan terpenuhi dua hal. Pertama, fungsi pewarisan dalam replikasi satu utasan DNA. Kedua, fungsi pemeliharaan sifat, yaitu struktur DNA yang baru akan sama dengan struktur DNA sebelumnya.

d.      Sintesis DNA mempunyai arah pertumbuhan 5’ à 3’

Molekul nukleotida dalam keadaan bebas akan terbentuk nukleotida tripospat. Dalam proses sintesis DNA, dua nukleotida digabungkan satu dengan yang lainnya dengan cara merangkaikan karbon gula kelima (C5) yang mengandung fosfat dari satu nukleotida kepada karbon gula ketiga (C3) yang mengandung –OH dari nukleotida lain dan membentuk ikatan 5’-3’ fosfodieter.

e.       Replikasi berjalan secara bertahap

Dalam proses replikasi terjadi dua proses. Pertama, pelepasan heliks ganda menjadi untai tunggal dan membentuk cabang replikasi. Kedua, sintesis rantai baru dengan menggunakan untaian tunggal tersebut sebagai model. Pada situs awal replikasi, enzim DNA polimerase akan memutus pilinan heliks ganda menjadi dua untaian tunggal. Dalam proses ini akan terbentuk struktur huruf Y, titik persimpangannya disebut titik tumbuh. Replikasi bergerak berurutan dari titik tumbuh, baik pada satu arah (replikasi satu arah) atau dua arah (replikasi dua arah). Situs awal dan titik tumbuh terikat pada membran sel dan dari sinilah kedua utasan diduplikasi. Masing-masing utasan mempunyai urutan basa pada utasan-utasan DNA yang mula-mula.

f.        Sintesis DNA bersifat tidak sinambung

Utasan-utasannya direplikasi dalam bentuk segmen-segmen kecil yang disebut fragmen Okazaki, dengan arah 5’ ke 3’. Fragmen-fragmen ini kemudian digabungkan menjadi satu oleh enzim DNA ligase. Inisiasi (pengawalan) replikasi DNA membutuhkan suatu pancingan, yaitu sepotong pendek RNA yang disintesis oleh RNA polimerase dan komplementer terhadap DNA. Dengan adanya pemula ini, DNA polimerase dapat mulai mensintesis deoksiribonukleotida. Sekali pancingan mengena, DNA polimerase lalu mencerna RNA tersebut dan menggantikannya dengan DNA. Berpartisipasinya RNA sebagai pancing tampaknya ekstensif karena setiap fragmen Okazaki juga mengandung sebagian RNA sebagai pancing.