POLIMERASE: KARAKTERISTIK, STRUKTUR DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The polimerase merupakan enzim yang fungsinya berkaitan dengan proses replikasi dan transkripsi dari asam nukleat. Ada dua jenis utama enzim ini: DNA polimerase dan RNA polimerase.

DNA polimerase bertanggung jawab untuk mensintesis rantai DNA baru selama proses replikasi, menambahkan nukleotida baru. Mereka adalah enzim yang besar dan kompleks, dan berbeda dalam struktur tergantung pada apakah mereka ditemukan dalam organisme eukariotik atau prokariotik.

Taq polimerase: enzim yang digunakan dalam PCR.
Sumber: Lijealso

Demikian pula, RNA polimerase bekerja selama transkripsi DNA, mensintesis molekul RNA. Seperti DNA polimerase, ia ditemukan pada eukariota dan prokariota dan struktur serta kompleksitasnya bervariasi tergantung pada kelompoknya.

Dari perspektif evolusi, masuk akal untuk berpikir bahwa enzim pertama pasti memiliki aktivitas polimerase, karena salah satu persyaratan intrinsik untuk perkembangan kehidupan adalah kapasitas replikasi genom.

Dogma sentral biologi molekuler

Apa yang disebut "dogma" biologi molekuler menggambarkan pembentukan protein dari gen yang dienkripsi dalam DNA dalam tiga langkah: replikasi, transkripsi, dan terjemahan.

Prosesnya dimulai dengan replikasi molekul DNA, di mana dua salinannya dibuat dengan cara semi-konservatif. Pesan dari DNA kemudian ditranskripsikan menjadi molekul RNA, yang disebut messenger RNA. Akhirnya, pembawa pesan diterjemahkan menjadi protein oleh mesin ribosom.

Pada artikel ini kita akan mengeksplorasi dua enzim penting yang terlibat dalam dua proses pertama yang disebutkan.

Perlu dicatat bahwa ada pengecualian untuk dogma sentral. Banyak gen tidak diterjemahkan menjadi protein, dan dalam beberapa kasus aliran informasi dari RNA ke DNA (seperti pada retrovirus).

DNA polimerase

fitur

DNA polimerase adalah enzim yang bertanggung jawab atas replikasi genom yang tepat. Pekerjaan enzim harus cukup efisien untuk memastikan pemeliharaan informasi genetik dan transmisi ke generasi berikutnya.

Jika kita mempertimbangkan ukuran genom, ini adalah tugas yang cukup menantang. Misalnya, jika kita menetapkan sendiri tugas menyalin dokumen 100 halaman di komputer kita, kita pasti akan mengalami satu kesalahan (atau lebih, tergantung konsentrasi kita) untuk setiap halaman.

Polimerase dapat menambahkan lebih dari 700 nukleotida setiap detik, dan itu hanya salah setiap 10 ⁹ atau 10 ¹⁰ nukleotida yang digabungkan, suatu jumlah yang luar biasa.

Polimerase harus memiliki mekanisme yang memungkinkan informasi genom disalin dengan tepat. Oleh karena itu, ada berbagai polimerase yang memiliki kemampuan untuk mereplikasi dan memperbaiki DNA.

Karakteristik dan struktur

DNA polimerase adalah enzim yang bekerja pada arah 5'-3 ', dan bekerja dengan menambahkan nukleotida ke ujung terminal dengan gugus -OH bebas.

Salah satu konsekuensi langsung dari karakteristik ini adalah bahwa salah satu rantai dapat disintesis tanpa adanya ketidaknyamanan, tetapi bagaimana dengan untaian yang perlu disintesis pada arah 3'-5 '?

Rantai ini disintesis dalam apa yang dikenal sebagai fragmen Okazaki. Jadi, segmen-segmen kecil disintesis dalam arah normal, 5'-3 ', yang kemudian bergabung dengan enzim yang disebut ligase.

Secara struktural, DNA polimerase memiliki kesamaan dua situs aktif yang memiliki ion logam. Di dalamnya kami menemukan aspartat dan residu asam amino lainnya yang mengoordinasikan logam.

Jenis

Secara tradisional, dalam prokariota, tiga jenis polimerase telah diidentifikasi yang diberi nama dengan angka Romawi: I, II dan III. Pada eukariota, dikenali lima enzim dan diberi nama dengan huruf alfabet yunani, yaitu: α, β, γ, δ dan ε.

Penyelidikan terbaru telah mengidentifikasi lima jenis DNA pada Escherichia coli, 8 pada ragi Saccharomyces cerevisiae dan lebih dari 15 pada manusia. Dalam garis keturunan tumbuhan, enzim kurang dipelajari. Namun, sekitar 12 enzim telah dijelaskan dalam organisme model Arabidopsis thaliana.

Aplikasi

Salah satu teknik yang paling banyak digunakan di laboratorium biologi molekuler adalah PCR atau reaksi berantai polimerase. Prosedur ini memanfaatkan kapasitas polimerisasi DNA polimerase untuk memperkuat, dengan beberapa kali lipat, molekul DNA yang ingin kita pelajari.

Dengan kata lain, pada akhir prosedur kita akan memiliki ribuan copy DNA target kita Penggunaan PCR sangat variatif. Ini dapat diterapkan pada penelitian ilmiah, untuk diagnosis beberapa penyakit atau bahkan dalam ekologi.

RNA polimerase

fitur

RNA polimerase bertanggung jawab untuk menghasilkan molekul RNA yang dimulai dari templat DNA. Transkrip yang dihasilkan adalah salinan yang melengkapi segmen DNA yang digunakan sebagai templat.

Messenger RNA bertanggung jawab untuk membawa informasi ke ribosom, untuk menghasilkan protein. Mereka juga berpartisipasi dalam sintesis jenis RNA lainnya.

Ini tidak dapat bekerja sendiri, ia membutuhkan protein yang disebut faktor transkripsi agar dapat menjalankan fungsinya dengan sukses.

Karakteristik dan struktur

RNA polimerase adalah kompleks enzim yang besar. Mereka lebih kompleks dalam garis keturunan eukariotik daripada di prokariotik.

Pada eukariota, ada tiga jenis polimerase: Pol I, II dan III, yang merupakan mesin pusat untuk sintesis RNA ribosom, messenger, dan transfer. Sebaliknya, pada prokariota semua gen mereka diproses oleh satu jenis polimerase.

Perbedaan antara DNA dan RNA polimerase

Meskipun kedua enzim menggunakan anil DNA, mereka berbeda dalam tiga hal utama. Pertama, DNA polimerase membutuhkan primer untuk memulai replikasi dan menghubungkan nukleotida. Primer atau primer adalah molekul yang terdiri dari beberapa nukleotida, yang urutannya melengkapi situs spesifik dalam DNA.

Primer memberikan –OH bebas ke polimerase untuk memulai proses katalitiknya. Sebaliknya, RNA polimerase dapat memulai pekerjaannya tanpa memerlukan primer.

Kedua, DNA polimerase memiliki beberapa daerah pengikatan pada molekul DNA. RNA polimerase hanya dapat berikatan dengan rangkaian gen promotor.

Terakhir, DNA polimerase adalah enzim yang melakukan tugasnya dengan ketelitian tinggi. RNA polimerase rentan terhadap lebih banyak kesalahan, memasukkan nukleotida yang salah setiap 10 ⁴ nukleotida.

Referensi

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Biologi sel esensial. Ilmu Garland.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Replikasi DNA Archaea: mengidentifikasi potongan untuk memecahkan teka-teki. Genetika, 152 (4), 1249–67.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Sel: Pendekatan molekuler. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Berbagai fungsi DNA polimerase. Ulasan kritis dalam ilmu tanaman, 26 (2), 105–122.
5. Lewin, B. (1975). Ekspresi gen. UMI Books on Demand.
6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekuler. Macmillan.
7. Pierce, BA (2009). Genetika: Pendekatan konseptual. Panamerican Medical Ed.
8. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Fungsi polimerase DNA eukariotik. Science's SAGE KE, 2003 (8), 3.
9. Steitz, TA (1999). DNA polimerase: keragaman struktural dan mekanisme umum. Jurnal Kimia Biologi, 274 (25), 17395-17398.
10. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Perbandingan struktural arsitektur DNA polimerase menunjukkan gerbang nukleotida ke situs aktif polimerase. Ulasan Kimia, 114 (5), 2759–74.