DNA polimerase

DNA polimerase adalah enzim penting dalam penggandaan DNA maupun perbaikan DNA.^[1] DNA polimerase merupakan suatu enzim yang mengatalis reaksi polimerisasi deoksiribonukleotida menjadi untai DNA, dengan kata lain enzim ini mengatalis reaksi pembentukan DNA. DNA polimerase pertama kali ditemukan pada tahun 1957^[2] oleh Arthur Kornberg.^[3] DNA polimerase membaca untai DNA utuh sebagai cetakan dan menggunakannya untuk membentuk untai baru. Molekul polimer yang baru terbentuk merupakan komplemen atau pasangan dari untai yang digunakan sebagai cetakan, dan identik dengan pasangan dari untai cetakan sebelum terjadi reaksi.

DNA polimerase dalam pemanjangan untai dan koreksi cetakan

Peran

DNA polimerase berperan dalam elongasi dan proofreading.^[4][5]

• Elongasi. Elongasi atau pemanjangan untai 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 untai cetakan.
• Proofreading merupakan aktivitas mengenali kekeliruan pengkopian dan memperbaikinya. Penelitian pada awal 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^[6]

Mekanisme kerja

DNA polimerase dapat menambahkan nukleotida-nukleotida bebas hanya pada ujung 3' dari untai yang baru terbentuk. Hal ini menyebabkan terjadinya elongasi atau pemanjangan pada untai baru dengan arah dari ujung 5' ke ujung 3'. DNA polimerase tidak bisa memulai untai 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.^[7]

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

Struktur

Struktur 3 dimensi DNA Polimerase beta manusia berserta dengan DNA

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.^[8][9]

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.^[10] Daerah ini berperan dalam katalisis reaksi transfer gugus fosfor.^[8]
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.^[11]
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.^[12] Daerah ini juga berperan dalam prosesivitas DNA polimerase.^[8]

Klasifikasi

DNA polimerase diklasifikasikan berdasarkan hubungan filogenetiknya menjadi enam kelompok utama:^[13]

• 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.^[13]

DNA polimerase pada prokariota

Ada 5 jenis DNA polimerase yang diketahui pada bakteri Escherichia coli:^[14][15]

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:^[14][15]

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

Lihat juga

• Reaksi berantai polimerase
• RNA polimerase