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