DNA polimerase

DNA polimerase adalah enzim penting dalam replikasi DNA maupun dalam reparasi DNA.[1] DNA polimerase merupakan sebuah enzimyang mengkatalisasi reaksi polimerisasi deoksiribonukleotida menjadi rantai DNA, dengan kata lain enzim ini mengkatalisasi reaksi pembentukan DNA. DNA polimerase pertama kali ditemukan pada tahun 1957 [2] oleh Arthur Kornberg.[3] DNA polimerase membaca rantai DNA utuh sebagai cetakan (templat) dan menggunakannya untuk membentuk rantai baru. Molekul polimer yang baru terbentuk merupakan komplemen atau pasangan dari rantai yang digunakan sebagai cetakan, dan identik dengan pasangan dari rantai cetakan sebelum terjadi reaksi.

300px-DNA_polymerase.svg

DNA Polimerase berperan dalam elongasi dan proofreading.

  • Elongasi. Elongasi atau pemanjangan rantai menentukan kecepatan berlangsungnya reaksi polimerisasi (nukleotida per detik), yang dinyatakan sebagai prosesivitas yaitu jumlah nukleotida yang ditambahkan sebelum enzim DNA polimerase ini melepaskan dirinya dari rantai cetakan.
  • Proofreading merupakan aktivitas mengenali kekeliruan pengkopian dan memperbaikinya. Penelitian pada awal tahun 2010 pada sel jaringan ikat manusia menyatakan ada tiga jenis DNA polimerase yang terlibat dalam terjadinya pemotongan nukleotida, dalam rangka koreksi terhadap DNA, yaitu DNA polimerase δ, ε, dan κ

DNA polimerase dapat menambahkan nukleotida-nukleotida bebas hanya pada ujung 3′ dari rantai yang baru terbentuk. Hal ini menyebabkan terjadinya elongasi atau pemanjangan pada rantai baru dengan arah dari ujung 5′ ke ujung 3′. DNA polimerase tidak bisa memulai rantai baru. DNA polimerase hanya bisa menambahkan nukleotida ke ujung 3′ yang sudah ada, oleh karena itu membutuhkan primer sehingga nukleotida dapat ditambahkan. Nukleotida yang ditambahkan yaitu salah satu dari empat deoksiribonukleosidatrifosfat (dNTP) yang terdiri atas deoksiadenintrifosfat(dATP), deoksisitosintrifosfat (dCTP), deoksiguanintrifosfat (dGTP), dan deoksitimidintrifosfat (dTTP), yang kemudian setelah reaksi pembentukan DNA oleh DNA polimerase, berubah menjadi nukleotida monofosfat.[1]

DNA polimerase menggunakan satu situs aktif tunggal dalam reaksi katalisasi penambahan satu dari empat deoksiribonukleosidatrifosfat (dNTP) pada rantai tunggal DNA yang digunakan sebagai cetakan untuk membentuk DNA utuh, dalam hal ini menjadi DNA rantai ganda. DNA polimerase mengenali kemampuan nukleotida yang datang untuk membentuk pasangan basa A dan T atau G dan C dengan DNA rantai tunggal yang menjadi cetakannya, kemudian jika nukleotida tersebut merupakan pasangan basa yang sesuai maka terjadilah reaksi katalisasi pembentukan DNA baru.

Struktur DNA Polimerase diketahui melalui kristalografi menyerupai tangan kanan. DNA polimerase dianalogikan terbagi atas tiga bagian yaitu ibu jari, jari-jari tangan lainnya, serta telapak tangan.[1] [2]

  1. Daerah telapak tangan dari DNA polimerase tersusun atas helai beta serta situs katalis utama pada DNA polimerase. Daerah ini mengikat dua ion logam secara terpisah dari bagian enzim lainnya, biasanya ion logam yang diikat adalah ion Magnesium atau Seng. [3] Daerah ini berperan dalam katalisis reaksi transfer gugus fosfor. [1]
  2. Daerah jari-jari tangan lainnya dari DNA polimerase berperan penting saat suatu pasangan basa yang sesuai terbentuk antara nukleotida dengan cetakannya. Daerah ini bergerak mengurung nukleotida tersebut, kemudian memicu terjadinya reaksi katalisis dengan mendekatkan nukleotida tersebut dengan ion-ion logam katalis yang ada di daerah telapak tangan.[4]
  3. Daerah ibu jari dari DNA polimerase tidak secara langsung terlibat dalam dalam reaksi katalisis, melainkan hanya berinteraksi dengan DNA yang baru saja terbentuk. Hal ini berfungsi untuk mempertahankan posisi primer dengan situs aktif dari enzim DNA polimerase ini tetap dekat serta membantu DNA polimerase tetap bergabung dengan substratnya.[5] Daerah ini juga berperan dalam prosesivitas DNA polimerase.

DNA polimerase diklasifikasikan berdasarkan hubungan filogenetiknya menjadi enam kelompok utama  :

  • E.coli pol I (kelas A)
  • E.coli pol II (kelas B)
  • E.coli pol III (kelas C)
  • Euryarchaeotic Pol II (kelas D)
  • Pol β manusia (kelas X)
  • E.coli UmuC/DinB dan varian RAD30/xeroderma pigmentosum eukariota (kelas Y)

DNA polimerase pada eukariota termasuk pada enzim-enzim kelas A, kelas B, kelas X, kelas Y

DNA polimerase pada prokariota

Ada 5 jenis DNA polimerase yang diketahui pada bakteri Escherichia coli :[1] [2]

  1. Pol I
  2. Pol II
  3. Pol III
  4. Pol IV
  5. Pol V

DNA polimerase pada eukariota

Ada berbagai DNA polimerase pada eukariota:[1] [2]

  1. Pol α
  2. Pol β
  3. Pol γ
  4. Pol δ
  5. Pol ε
  6. Pol θ
  7. Pol ζ
  8. Pol λ
  9. Pol μ
  10. Pol κ
  11. Pol η
  12. Pol ι
  13. Rev1

Reaksi berantai polimerase

Alat pengatur suhu reaksi yang biasanya digunakan pada teknik reaksi berantai polimerase

Reaksi berantai polimerase atau lebih umum dikenal sebagai PCR (kependekan dari istilah bahasa Inggris polymerase chain reaction) merupakan suatu teknik atau metode perbanyakan (replikasi) DNA secara enzimatik tanpa menggunakan organisme. Dengan teknik ini, DNA dapat dihasilkan dalam jumlah besar dengan waktu relatif singkat sehingga memudahkan berbagai teknik lain yang menggunakan DNA. Teknik ini dirintis oleh Kary Mullis pada tahun 1983 dan ia memperoleh hadiah Nobel pada tahun 1994 berkat temuannya tersebut. Penerapan PCR banyak dilakukan di bidang biokimia dan biologi molekular karena relatif murah dan hanya memerlukan jumlah sampel yang kecil.

 

Secara prinsip, PCR merupakan proses yang diulang-ulang antara 20–30 kali siklus yang tergantung oleh kebutuhan. Setiap siklus terdiri atas tiga tahap. Berikut adalah tiga tahap bekerjanya PCR dalam satu siklus:

  1. Tahap peleburan (melting) atau denaturasi. Pada tahap ini (berlangsung pada suhu tinggi, 94–96 °C) ikatan hidrogen DNAterputus (denaturasi) dan DNA menjadi berberkas tunggal. Biasanya pada tahap awal PCR tahap ini dilakukan agak lama (sampai 5 menit) untuk memastikan semua berkas DNA terpisah. Pemisahan ini menyebabkan DNA tidak stabil dan siap menjadi templat (“patokan”) bagi primer. Durasi tahap ini 1–2 menit.
  2. Tahap penempelan atau annealing. Primer menempel pada bagian DNA templat yang komplementer urutan basanya. Ini dilakukan pada suhu antara 45–60 °C. Penempelan ini bersifat spesifik. Suhu yang tidak tepat menyebabkan tidak terjadinya penempelan atau primer menempel di sembarang tempat. Durasi tahap ini 1–2 menit.
  3. Tahap pemanjangan atau elongasi. Suhu untuk proses ini tergantung dari jenis DNA polimerase (ditunjukkan oleh P pada gambar) yang dipakai. Dengan Taq-polimerase, proses ini biasanya dilakukan pada suhu 76 °C. Durasi tahap ini biasanya 1 menit.

Lepas tahap 3, siklus diulang kembali mulai tahap 1. Akibat denaturasi dan renaturasi, beberapa berkas baru (berwarna hijau) menjadi templat bagi primer lain. Akhirnya terdapat berkas DNA yang panjangnya dibatasi oleh primer yang dipakai. Jumlah DNA yang dihasilkan berlimpah karena penambahan terjadi secara eksponensial.

Referensi

  1. (Inggris) Mikheikin, Andrey L.; Hsiang-Kai Lin, Preeti Mehta, Linda Jen-Jacobson, MichaSecara prinsip, PCR merupakan proses yang diulang-ulang antara 20–30 kali siklus yang tergantung oleh kebutuhan. Setiap siklus terdiri atas tiga tahap. Berikut adalah tiga tahap bekerjanya PCR dalam satu siklus:
    1. Tahap peleburan (melting) atau denaturasi. Pada tahap ini (berlangsung pada suhu tinggi, 94–96 °C) ikatan hidrogen DNAterputus (denaturasi) dan DNA menjadi berberkas tunggal. Biasanya pada tahap awal PCR tahap ini dilakukan agak lama (sampai 5 menit) untuk memastikan semua berkas DNA terpisah. Pemisahan ini menyebabkan DNA tidak stabil dan siap menjadi templat (“patokan”) bagi primer. Durasi tahap ini 1–2 menit.
    2. Tahap penempelan atau annealing. Primer menempel pada bagian DNA templat yang komplementer urutan basanya. Ini dilakukan pada suhu antara 45–60 °C. Penempelan ini bersifat spesifik. Suhu yang tidak tepat menyebabkan tidak terjadinya penempelan atau primer menempel di sembarang tempat. Durasi tahap ini 1–2 menit.
    3. Tahap pemanjangan atau elongasi. Suhu untuk proses ini tergantung dari jenis DNA polimerase (ditunjukkan oleh P pada gambar) yang dipakai. Dengan Taq-polimerase, proses ini biasanya dilakukan pada suhu 76 °C. Durasi tahap ini biasanya 1 menit.

    Lepas tahap 3, siklus diulang kembali mulai tahap 1. Akibat denaturasi dan renaturasi, beberapa berkas baru (berwarna hijau) menjadi templat bagi primer lain. Akhirnya terdapat berkas DNA yang panjangnya dibatasi oleh primer yang dipakai. Jumlah DNA yang dihasilkan berlimpah karena penambahan terjadi secara eksponensial.

    el A. Trakselis (22 September 2009). “A trimeric DNA polymerase complex increases the native replication processivity” (pdf). Nucleic Acid Research 37: 7194–7205. doi:doi:10.1093/nar/gkp767 Check |doi= value (bantuan). Diakses tanggal 13 April 2010.  Cite uses deprecated parameter |month= (bantuan) CS1 maint: Date and year (link)

  2. (Inggris) Alberts, Bruce; Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter (2008). Molecular Biology of the cell. Garland Science. ISBN 978-0-8153-4106-2.  Cite uses deprecated parameter |coauthors= (bantuan); |accessdate= requires |url= (bantuan)
  3. (Inggris) Anthony JF Griffiths, Jeffrey H Miller, David T Suzuki, Richard C Lewontin, and William M Gelbart (2000). An Introduction to Genetic Analysis. University of British Columbia, University of California, Harvard University (7 ed.) (W. H. Freeman). p. Mechanism of DNA replication. ISBN 0-7167-3520-2. Diakses tanggal 2010-08-16. 
  4. (Indonesia) Murray RK; Granner DK, Mayes PA, Rodwel VW, Alih Bahasa : Andry Hartono, Editor Bahasa Indonesia: Anna P. Bani, Tiara M.N. Sikumbang (2003). Biokimia Harper. EGC.  Cite uses deprecated parameter |coauthors= (bantuan)
  5. (Inggris) Alberts, Bruce; Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter (2004). Essential Cell Biology. New York: Garland Science. ISBN 0-8153-3481-8.  Cite uses deprecated parameter |coauthors= (bantuan)
  6. (Inggris) Ogi, Tomoo; Siripan Limsirichaikul; Rene M. Overmeer; Marcel Volker; Katsuya Takenaka; Ross Cloney; Yuka Nakazawa; Atsuko Niimi; Yoshio Miki; Nicolaas G. Jaspers; Leon H.F. Mulenders; Shunici Yamashita; Maria I. Fousteri; Alan R. Lehmann (12 Maret 2010). “Three DNA Polymerases, Recruited by Different Mechanisms, Carry Out NER Repair Synthesis in Human Cells” (pdf). Molecular Cell 37 (5): 714–727. doi:10.1016/j.molcel.2010.02.009. Diakses tanggal 13 April 2010.  Cite uses deprecated parameter |month= (bantuan) CS1 maint: Date and year (link)
  7. (Inggris) Pritchard, Dorian J; Bruce R. Korf (2008). Medical Genetics at a Glance. Blackwell Publishing. p. 19. ISBN 978-1-4051-4846-7.  Cite uses deprecated parameter |coauthors= (bantuan)
  8. 1 2 3 (Inggris) Thomas A. Steitz (1999). DNA Polymerases: Structural Diversity and Common Mechanisms (PDF). The Jornal of Biological Chemistry 274: 17395-17398. 
  9. (Inggris) Premal H. Patel; Lawrence A. Loeb (2000). DNA polymerase active site is highly mutable Evolutionary consequences (PDF). PNAS 97: 5095-5100. 
  10. (Inggris) Watson, James D; Tania A. Baker, Stephen P. Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard Losick (2008). Molecular Biology of the Gene. San Francisco: Pearson Education, Inc. p. 204. ISBN 0-321-50781-9 / 978-0-321-50781-5.  Cite uses deprecated parameter |coauthors= (bantuan)
  11. (Inggris) Watson, James D; Tania A. Baker, Stephen P. Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard Losick (2008). Molecular Biology of the Gene. San Francisco: Pearson Education, Inc. p. 205. ISBN 0-321-50781-9 / 978-0-321-50781-5.  Cite uses deprecated parameter |coauthors= (bantuan)
  12. (Inggris) Watson, James D; Tania A. Baker, Stephen P. Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard Losick (2008). Molecular Biology of the Gene. San Francisco: Pearson Education, Inc. pp. 206–207. ISBN 0-321-50781-9 / 978-0-321-50781-5.  Cite uses deprecated parameter |coauthors= (bantuan)
  13. 1 2 (Inggris) Burgers, Peter M.J.; Eugene V. Koonin, Elspeth Bruford, Luis Blanco, Kenneth C. Burtis,Michael F. Christman, William C. Copeland, Errol C. Friedberg, Fumio Hanaoka,David C. Hinkle, Christopher W. Lawrence, Makoto Nakanishi, Haruo Ohmori,Louise Prakash, Satya Prakash,Claude-Agnes Reynaud,Akio Sugino, Takeshi Todo,Zhigang Wang,Jean-Claude Weill,Roger Woodgatet (28 September 2009). “Eukaryotic DNA Polymerases: Proposal for a Revised Nomenclature” (pdf). The journal of biological chemistry 276: 43487–43490. doi:10.1074/jbc.R100056200. Diakses tanggal 13 April 2010.  Cite uses deprecated parameter |month= (bantuan)
  14. 1 2 (Inggris) Watson, James D; Tania A. Baker, Stephen P. Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard Losick (2008). Molecular Biology of the Gene. San Francisco: Pearson Education, Inc. p. 219. ISBN 0-321-50781-9 / 978-0-321-50781-5.  Cite uses deprecated parameter |coauthors= (bantuan)
  15. 1 2 (Inggris) Sutton, Mark D.; Graham C. Walker (17). “Managing DNA polymerases: Coordinating DNA replication, DNA repair, and DNA recombination” (pdf). PNAS 98 (15): 8342–8349. Diakses tanggal 13 April 2010.  Cite uses deprecated parameter |month= (bantuan) CS1 maint: Date and year (link)

 

Allah SWT akan menolong seorang hamba selama ia mau menolong sesama. Try To Look At the Bright Side. Teposeliro sifate satrio, Nelongso sing dhadhi gegondelaning roso, Prihatin dhalaning mukti utomo

%d bloggers like this: