Replikasi Lingkaran Berputar (Rolling Circle Replication)
Makhluk hidup ada yang memiliki genom DNA (untai ganda), DNA (untai tunggal), serta RNA. DNA untai tunggal dimiliki oleh kelompok virus tertentu, misal: bakteriofag (virus yang menginfeksi bakteri). DNA untai tunggal pada bakteriofag berbentuk lingkar yang tersusun atas 5.386 nukleotida. Replikasi genom bakteriofag sangat menyesuaikan dengan sistem replikasi sel inangnya, yaitu bakteri E.coli.
Ketika bakteriofag menginfeksi E.coli, DNA bakteriofag diinjeksikan ke dalam sel inang, yang disimbolkan dengan untaian positif (+) yang mengandung informasi genetik bakteriofag. Sekitar 20-30 menit setelah DNA bakteriofag diinjeksikan ke dalam sel inang, protein A* yang dikode di dalam genom bakteriofag disintesis di dalam sel E.coli, sehingga sintesis DNA di dalam sel inang menjadi terhambat. Untaian (+) akan menjadi cetakan sehingga terbentuk untaian komplemen berupa untaian negatif (-), yang selanjutnya menjadi cetakan lagi untuk pembentukan untaian (+). Ada tiga tahap replikasi bakteriofag, yaitu:
- Pengubahan DNA untai tunggal menjadi bentuk dupleks yang dapat digunakan untuk replikasi (duplex replicative form, RF) yang mengandung untaian (+) dan untaian (-). Molekul tersebut merupakan molekul induk RF. Tahapan ini dilakukan seperti ada mekanisme sintesis untaian DNA lambat.
- Perbanyakan RF melalui mekanisme replikasi lingkaran berputar (rolling circle replication) sehingga dihasilkan turunan RF.
- Sintesis untaian (+) dengan menggunakan untaian (1) pada RF melalui mekanisme replikasi lingkaran-berputar, sehingga dihasilkan molekul untai tunggal.
Tahap 1: Pembentukan molekul induk RF
Setelah DNA bakteriofag, dalam bentuk untaian (+), diinjeksikan ke dalam sel inang, kemudian dilakukan pelekatan protein SSB pada DNA bakteriofag, diikuti oleh pembukaan lilitan oleh enzim DNA girase yang ada pada sel inang. Proses ini selanjutnya diikuti dengan pengikatan protein n, n’, n”, seta protein i, Dna B, dan Dna C. Enzim primase kemudian meleka sehingga terbentuk primosom. Dengan adanya hidrolisis ATP yang dikatalisis oleh n’, primosom kemudian begerak dengan arah 5’→3’ serta membentuk RNA primer. Inisiasi pembentukan primer berlangsung secara acak. Dengan adanya primer maka DNA polimerase III yang ada pada inang akan melakukan perpanjangan sintesis DNA dengan membentuk fragmen Okazaki. Celah-celah diantara fragmen-fragmen Okazaki tersebut diisi oleh aktivitas DNA polimerase I yang sekaligus menghilangkan primer. Fragmen-fragmen yang terbentuk selanjutnya diligasi dengan menggunakan aktivitas DNA ligase. Untaian (-) dan (+) selanjutnya dililitkan satu sama lain oleh DNA girase sehingga terbentuk molekul RF dupleks.
Tahap 2: Pembentukan turunan RF
DNA helikase dan protein SSB berikatan dengan molekul RF dupleks sehingga molekul tersebut menjadi terbuka. Aktivitas protein gpA selanjutnya membuat takik pada untaian DNA (+). DNA polimerase III kemudian menambahkan nukleotida-nukleotida pada ujung 3’ takik tersebut dengan menggunakan untaian (-) sebagai cetakan sehingga ujung untaian DNA (+) induk akan terdesak. Pada saat ini dilakukan sintesis untaian DNA (+) yang baru dengan mekanisme sintesis secara kontinu. Untaian DNA (+) induk akhirnya akan lepas dan menggulung lagi. DNA gpA selanjtnya akan membuat takik lagi pada untaian DNA (+) baru sekaligus menyambung untaian DNA (+) yang terlepas dengan membentuk ikatan fosfodiester. DNA (+) induk yang terlepas tersebut selanjutnya akan digunakan lagi sebagai cetakan untuk membentuk untaian DNA (-) seperti yang dilakukan pada tahap 1. Sampai tahap ini dilakukan replikasi RF sampai kurang lebih 35 kali. Pengubahan RF induk menjadi turunan RF memerlukan waktu sekitar 20 menit.
Tahap 3: Sintesis untaian DNA (+)
Tahapan ini dilakukan untuk membentuk untaian (+) saja dengan menggunakan untaian (-) sebagai cetakan dengan mekanisme replikasi lingkaran berputar. Pada tahap ini sintesis DNA dilakukan secara kontinu. Protein gpA yang masih melekat pada dupleks kembali membuat takik pada untaian DNA (+). Enzim DNA helikase selanjutnya terikat pada untaian DNA (-) pada takik tersebut. Bersama-sama dengan primosom dan protein SSB, helikase membuka DNA pada waktu primosom melakukan sintesis primer yang dimulai pada ujung 3’ untaian DNA (-). DNA polimerase III kemudian melakukan polimerisasi molekul primer. Untaian DNA (+) yang lama pada dupleks kemudian di desak ke luar dengan mekanisme lingkaran berputar. Secara simultan, protein selubung bakteriofag, yang dihasilkan dengan menggunakan sistem sintesis protein sel inang, dilekatkan pada molekul DNA yang tersebut, sehingga untaian DNA (+) yang terlepas tersebut tidak dapat digunakan lagi sebagai cetakan untuk sintesis untaian DNA (1). Akhirnya protein gpA memotong untaian DNA yang terlepas tersebut pada titik awal replikasi. Kemudian dilakukan penutupan lingkaran DNA dengan membuat ikatan fosfodiester. Pada tahapan akhir ini ditambahkan lebih banyak lagi protein selubung pada untaian DNA (+) sehingga terbentuk partikel virus yang baru. Secara skematis mekanisme replikasi DNA untai tunggal bakteriofag dapat dilihat pada gambar 1.
(Sumber: Yuwono, 2005)
DAFTAR RUJUKAN:
Yuwono, T. 2005. Biologi Molekular. Jakarta: Erlangga
Hak cipta Indah Fitriani desainwebsite.net
Leave a Reply