Jumat, 23 September 2011

BAB IV. REPLIKASI DNA


Di  dalam  bab  ini  akan  dibahas  tiga  fungsi  DNA  sebagai  materi  genetik  pada
sebagian  besar  organisme  serta  cara  replikasi  DNA  baik  pada  sistem  prokariot  maupun
eukariot.  Dengan  mempelajari  pokok  bahasan  ini  akan  diperoleh  gambaran  mengenai
perbedaan cara replikasi DNA di antara kedua kelompok organisme tersebut. 
Setelah mempelajari pokok bahasan di dalam bab ini mahasiswa diharapkan mampu
menjelaskan:
1.   tiga fungsi DNA sebagai materi genetik,
2.   mekanisme replikasi semikonservatif,
3.   mekanisme replikasi lingkaran menggulung,
4.   pengertian replikon, ori, garpu replikasi, dan termini,
5.   cara replikasi DNA pada prokariot, dan
6.   cara replikasi DNA pada eukariot.
Pengetahuan  awal  yang  diperlukan oleh  mahasiswa  agar  dapat mempelajari pokok
bahasan  ini  dengan  lebih  baik  adalah  struktur  asam  nukleat,  khususnya  DNA,  dan
struktur molekuler kromosom, yang masing-masing telah dijelaskan pada Bab II dan Bab
III.    Selain  itu,  konsep  dasar  tentang  replikasi  DNA  yang  telah  diperoleh  pada  mata
kuliah Genetika juga sangat mendukung pemahaman materi bahasan di dalam bab ini.

Fungsi DNA sebagai Materi Genetik
DNA  sebagai  materi  genetik  pada  sebagian  besar  organisme  harus  dapat
menjalankan tiga macam fungsi pokok berikut ini.
1.   DNA  harus  mampu  menyimpan  informasi  genetik  dan  dengan  tepat  dapat
meneruskan  informasi  tersebut  dari  tetua  kepada  keturunannya,  dari  generasi  ke
generasi.  Fungsi  ini  merupakan      fungsi  genotipik,  yang  dilaksanakan  melalui
replikasi. Inilah materi yang akan dibahas di dalam bab ini. 
2.   DNA  harus  mengatur  perkembangan  fenotipe  organisme.  Artinya,  materi  genetik
harus mengarahkan pertumbuhan dan diferensiasi organisme mulai dari zigot hingga
individu dewasa. Fungsi ini merupakan fungsi fenotipik, yang dilaksanakan melalui
ekspresi gen (Bab V hingga Bab VII). 
3.   DNA  sewaktu-waktu  harus  dapat  mengalami  perubahan  sehingga  organisme  yang
bersangkutan  akan  mampu  beradaptasi  dengan  kondisi  lingkungan  yang  berubah.




38


Tanpa  perubahan  semacam  ini,  evolusi  tidak  akan  pernah  berlangsung.  Fungsi  ini
merupakan  fungsi  evolusioner,  yang  dilaksanakan  melalui  peristiwa  mutasi  (Bab
VIII).  

Mekanisme Replikasi Semikonservatif
Ada  tiga  cara  teoretis  replikasi  DNA  yang  pernah  diusulkan,  yaitu  konservatif,
semikonservatif,  dan  dispersif.  Pada  replikasi  konservatif  seluruh  tangga  berpilin  DNA
awal tetap dipertahankan dan akan mengarahkan pembentukan tangga berpilin baru. Pada
replikasi semikonservatif tangga berpilin mengalami pembukaan terlebih dahulu sehingga
kedua  untai  polinukleotida  akan  saling  terpisah.  Namun,  masing-masing  untai  ini  tetap
dipertahankan  dan  akan  bertindak  sebagai  cetakan  (template)  bagi  pembentukan  untai
polinukleotida  baru.  Sementara  itu,  pada  replikasi  dispersif  kedua  untai  polinukleotida
mengalami  fragmentasi di sejumlah tempat.  Kemudian, fragmen-fragmen polinukleotida
yang  terbentuk  akan  menjadi  cetakan  bagi  fragmen  nukleotida  baru  sehingga  fragmen
lama dan baru akan dijumpai berselang-seling di dalam tangga berpilin yang baru. 

























konservatif                        semikonservatif                            dispersif
Gambar 4.1. Tiga cara teoretis replikasi DNA
= untai lama            = untai baru





39


Di  antara  ketiga  cara  replikasi  DNA  yang  diusulkan  tersebut,  hanya  cara
semikonservatif  yang  dapat  dibuktikan  kebenarannya  melalui  percobaan  yang  dikenal
dengan  nama   sentrifugasi  seimbang  dalam  tingkat  kerapatan    atau  equilibrium
density-gradient centrifugation. Percobaan ini dilaporkan hasilnya pada tahun 1958 oleh
M.S. Meselson dan F.W. Stahl.
Mereka menumbuhkan bakteri Escherichia coli selama beberapa generasi di dalam
medium  yang  mengandung  isotop  nitrogen 15N  untuk  menggantikan  isotop  nitrogen
normal 14N  yang lebih ringan. Akibatnya, basa-basa nitrogen pada molekul DNA sel-sel
bakteri tersebut akan memiliki 15N yang berat. Molekul DNA dengan basa nitrogen yang
mengandung 15N  mempunyai  tingkat  kerapatan  (berat  per  satuan  volume)  yang  lebih
tinggi  daripada  DNA  normal  (14N).  Oleh  karena  molekul-molekul  dengan  tingkat
kerapatan yang berbeda dapat dipisahkan dengan cara sentrifugasi tersebut di atas, maka
Meselson dan Stahl dapat mengikuti perubahan tingkat kerapatan DNA sel-sel bakteri E.
coli  yang  semula  ditumbuhkan  pada  medium 15N  selama  beberapa  generasi,  kemudian
dikembalikan ke medium normal 14N selama beberapa generasi berikutnya.
Molekul  DNA  mempunyai  kerapatan  yang  lebih  kurang  sama  dengan  kerapatan
larutan  garam  yang  sangat  pekat  seperti  larutan  6M  CsCl  (sesium  khlorida).    Sebagai
perbandingan, kerapatan DNA E.coli dengan basa nitrogen yang mengandung isotop 14N
dan 15N  masing-masing  adalah  1,708  g/cm3  dan  1,724  g/cm3,  sedangkan  kerapatan
larutan 6M CsCl adalah 1,700 g/cm3.  
Ketika  larutan  6M  CsCl  yang  di  dalamnya  terdapat  molekul  DNA  disentrifugasi
dengan  kecepatan sangat tinggi, katakanlah 30.000 hingga 50.000  rpm, dalam  waktu 48
hingga  72  jam,  maka  akan  terjadi  keseimbangan  tingkat  kerapatan.  Hal  ini  karena
molekul-molekul  garam  tersebut  akan  mengendap  ke  dasar  tabung  sentrifuga  akibat
adanya  gaya  sentrifugal,  sementara  di  sisi  lain  difusi  akan  menggerakkan  molekul-
molekul garam kembali ke atas tabung. Molekul DNA dengan tingkat kerapatan tertentu
akan  menempati  kedudukan  yang  sama  dengan  kedudukan  larutan  garam  yang  tingkat
kerapatannya sama dengannya.














   medium 15N     ekstrak DNA
                            (generasi 0)





                             ekstrak DNA
   medium 14N        (generasi 1)





                              ekstrak DNA
                               (generasi 2)
   medium 14N





                              ekstrak DNA
    medium 14N       (generasi 3)
                                                                       interpretasi data hasil sentrifugasi DNA
Gambar 4.2. Diagram percobaan Meselson dan Stahl yang memperlihatkan
                              replikasi DNA secara semikonservatif




40

Tidak ada komentar:

Posting Komentar