polimerase merupakan enzim yang fungsinya berkaitan dengan proses replikasi dan transkripsi dari asam nukleat. Ada dua jenis utama dari enzim ini: DNA polimerase dan RNA polimerase.
DNA polimerase bertugas mensintesis rantai DNA baru selama proses replikasi, menambahkan nukleotida baru. Mereka besar, enzim kompleks, dan berbeda dalam struktur tergantung pada apakah mereka ditemukan dalam organisme eukariotik atau prokariotik.
Taq polimerase: enzim yang digunakan dalam PCR. Sumber: Lijealso [Domain publik]
Demikian pula, RNA polimerase bertindak 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.
Indeks artikel
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 translasi.
Prosesnya dimulai dengan replikasi molekul DNA, di mana dua salinannya dihasilkan secara semi-konservatif. Pesan dari DNA kemudian ditranskripsi menjadi molekul RNA, yang disebut messenger RNA. Terakhir, 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 terhadap 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 untuk replikasi yang tepat dari genom. Kerja enzim harus cukup efisien untuk memastikan pemeliharaan informasi genetik dan transmisinya ke generasi berikutnya.
Jika kita mempertimbangkan ukuran genom, ini adalah tugas yang cukup menantang. Misalnya, jika kita menetapkan tugas untuk menyalin dokumen 100 halaman di komputer kita, kita pasti akan memiliki satu kesalahan (atau lebih, tergantung pada konsentrasi kita) untuk setiap halaman.
Polimerase dapat menambahkan lebih dari 700 nukleotida setiap detik, dan itu hanya membuat kesalahan setiap 10 9 atau 10 10 nukleotida yang tergabung, jumlah yang luar biasa.
Polimerase harus memiliki mekanisme yang memungkinkan informasi genom disalin dengan tepat. Oleh karena itu, ada polimerase berbeda 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 fitur ini adalah bahwa salah satu untai dapat disintesis tanpa ketidaknyamanan, tetapi bagaimana dengan untai yang perlu disintesis dalam arah 3′-5 ‘?
Rantai ini disintesis dalam apa yang dikenal sebagai fragmen Okazaki. Dengan demikian, segmen kecil disintesis dalam arah normal, 5′-3 ‘, yang kemudian bergabung dengan enzim yang disebut ligase.
Secara struktural, DNA polimerase memiliki dua situs aktif yang sama yang memiliki ion logam. Di dalamnya kita menemukan aspartat dan residu asam amino lainnya yang mengoordinasikan logam.
Jenis
Secara tradisional, tiga jenis polimerase telah diidentifikasi dalam prokariota dan diberi nama dengan angka Romawi: I, II dan III. Pada eukariota, lima enzim dikenali dan diberi nama dengan huruf alfabet Yunani, yaitu: , , , dan .
Penyelidikan terbaru telah mengidentifikasi lima jenis DNA pada Escherichia coli, 8 pada ragi Saccharomyces cerevisiae dan lebih dari 15 pada manusia. Dalam garis keturunan tanaman, enzim tersebut kurang dipelajari. Namun, sekitar 12 enzim telah dijelaskan dalam caral organisme Arabidopsis thaliana .
Kegunaan
Salah satu teknik yang paling banyak digunakan di laboratorium biologi molekuler adalah PCR atau polymerase chain reaction. Prosedur ini memanfaatkan kapasitas polimerisasi DNA polimerase untuk mengamplifikasi, dengan beberapa kali lipat, molekul DNA yang ingin kita pelajari.
Dengan kata lain, pada akhir prosedur kita akan memiliki ribuan salinan DNA target kita.Kegunaan PCR sangat bervariasi. Ini dapat diterapkan untuk penelitian ilmiah , untuk diagnosis beberapa penyakit atau bahkan dalam ekologi.
RNA polimerase
Fitur
RNA polimerase bertanggung jawab untuk menghasilkan molekul RNA mulai dari template DNA. Transkrip yang dihasilkan adalah salinan yang melengkapi segmen DNA yang digunakan sebagai cetakan.
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 untuk dapat menjalankan fungsinya dengan sukses.
Karakteristik dan struktur
RNA polimerase adalah kompleks enzim besar. Mereka lebih kompleks dalam garis keturunan eukariotik daripada di prokariotik.
Pada eukariota, ada tiga jenis polimerase: Pol I, II dan III, yang masing-masing merupakan mesin pusat untuk sintesis ribosom, messenger, dan transfer RNA. Sebaliknya, pada prokariota semua gen mereka diproses oleh satu jenis polimerase.
Perbedaan DNA dan RNA polimerase
Meskipun kedua enzim menggunakan anil DNA, mereka berbeda dalam tiga cara utama. Pertama, DNA polimerase membutuhkan primer untuk memulai replikasi dan untuk menghubungkan nukleotida. Sebuah pertama atau primer adalah molekul yang terdiri dari beberapa nukleotida, yang urutannya saling melengkapi untuk situs tertentu 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 banyak daerah pengikatan pada molekul DNA. RNA polimerase hanya dapat mengikat sekuens 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
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Biologi sel esensial . Ilmu Garland.
- Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Replikasi DNA Archaeal: mengidentifikasi potongan-potongan untuk memecahkan teka-teki. Genetika , 152 (4), 1249–67.
- Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Sel: Pendekatan molekuler . Medicinska naklada.
- Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Beberapa fungsi DNA polimerase. Tinjauan kritis dalam ilmu tanaman , 26 (2), 105-122.
- Lewin, B. (1975). Ekspresi gen . Buku UMI Sesuai Permintaan.
- Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekuler . Macmillan.
- Pierce, BA (2009). Genetika: Sebuah pendekatan konseptual . Ed. Medis Panamerika.
- Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Fungsi DNA polimerase eukariotik. SAGE KE IPA , 2003 (8), 3.
- Steitz, TA (1999). DNA polimerase: keragaman struktural dan mekanisme umum. Jurnal Kimia Biologi , 274 (25), 17395-17398.
- 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.
