Polimerase

Dalam biokimia, polimerase (nomor EC: 2.7.7.6/7/19/48/49) adalah enzim yang mensintesis rantai panjang polimer atau asam nukleat. DNA polimerase dan RNA polimerase digunakan untuk merakit molekul DNA dan RNA, dengan menyalin untai templat DNA menggunakan interaksi pasangan basa atau replikasi setengah tangga.

DNA polimerase dari bakteri termofilik yaini Thermus aquaticus (disingkat "Taq") (PDB 1BGX, EC 2.7.7.7), digunakan dalam reaksi berantai polimerase, suatu teknik penting dalam biologi molekuler.

Suatu polimerase dapat bergantung pada templat atau tidak bergantung pada templat. Polimerase poli-A adalah contoh polimerase yang tidak bergantung pada templat. Terminal deoksinukleotidil transferase juga diketahui memiliki aktivitas yang tidak bergantung pada templat dan yang bergantung pada templat.

Berdasarkan fungsi

Kelas-kelas polimerase yang bergantung pada templat

	Menghasilkan DNA	Menghasilkan RNA
Templatnya adalah DNA	DNA-dependent DNA polymerase (DdDp) atau DNA polimerase umum	DNA-dependent RNA polymerase (DdRp) atau RNA polimerase umum
Templatnya adalah RNA	DNA polimerase yang bergantung pada RNA (RdDp) atau transkriptase balik (RT)	RNA polimerase yang bergantung pada RNA (RdRp) atau replikase RNA

• DNA polimerase (DNA-directed DNA polymerase, DdDP)
  • Keluarga A: DNA polimerase I; Pol γ, θ, ν
  • Keluarga B: DNA polimerase II; Pol α, δ, ε, ζ
  • Keluarga C: Holoenzim DNA polimerase III
  • Keluarga X: Pol β, λ, μ
    • Terminal deoksinukleotidil transferase (TDT), yang memberikan keragaman pada rantai berat antibodi.^[1]
  • Keluarga Y: DNA polimerase IV (DinB) dan DNA polimerase V (UmuD'2C) - polimerase perbaikan SOS; Pol η, ι, κ
• Transkriptase balik (RT; polimerase DNA yang diarahkan RNA; RdDP)
  • Telomerase
• Polimerase RNA yang diarahkan DNA (DdRP, RNAP)
  • Multi-subunit (msDdRP): RNA polimerase I, RNA polimerase II, RNA polimerase III
  • Subunit tunggal (ssDdRP): polimerase RNA T7, POLRMT
  • Primase, PrimPol
• Replikase RNA (polimerase RNA yang diarahkan RNA, RdRP)
  • Viral (subunit tunggal)
  • Seluler eukariotik (cRdRP, subunit ganda)
• Perpanjangan RNA tanpa templat
  • Poliadenilasi: PAP, PNPase

Berdasarkan struktur

Polimerase umumnya terbagi menjadi dua superfamili, lipatan "tangan kanan" (Interpro: IPR043502) dan lipatan "barel beta psi ganda" (sering disebut "barel ganda"). Yang pertama terlihat di hampir semua polimerase DNA dan hampir semua polimerase subunit tunggal virus, yang ditandai dengan domain "telapak tangan" yang terkonservasi.^[2] Yang kedua terlihat di semua polimerase RNA multi-subunit, di cRdRP, dan di polimerase DNA "famili D" yang ditemukan di archaea.^[3][4] Keluarga "X" yang diwakili oleh polimerase DNA beta hanya memiliki bentuk "telapak tangan" yang samar, dan terkadang dianggap sebagai superfamili yang berbeda (InterPro: IPR043519).^[5]

Primase umumnya tidak termasuk dalam salah satu kategori tersebut. Primase bakteri biasanya memiliki domain Toprim, dan berhubungan dengan topoisomerase dan helikase mitokondria twinkle.^[6] Primase Archaea dan eukariotik membentuk keluarga AEP yang tidak berhubungan, mungkin berhubungan dengan polimerase palm. Namun demikian, kedua keluarga tersebut berasosiasi dengan kumpulan helikase yang sama.^[7]

• 
  Struktur sisi kanan Bakteriofag RB69, DdRP keluarga B.

Modifikasi aktivitas

Para ilmuwan telah memodifikasi aktivitas polimerase asam nukleat dengan berbagai cara, mulai dari desain rasional hingga evolusi terarah, untuk mencapai perubahan dari penyesuaian bertahap seperti kecepatan/akurasi/termostabilitas yang lebih tinggi atau pergeseran besar seperti konversi jenis templat dan produk.

Jenis asam nukleat

Semua transkriptase balik alami yang diketahui berevolusi dari leluhur yang tidak memiliki kemampuan koreksi kesalahan, sehingga menyebabkan fidelitas rendah. Pada tahun 2016, para ilmuwan berhasil menggunakan evolusi terarah untuk memodifikasi polimerase DNA yang diarahkan oleh DNA dari Thermococcus kodakarensis menjadi apa yang mereka sebut sebagai "xenotranskriptase transkripsi balik" (RTX). Enzim baru ini mampu menyalin dan mengoreksi kesalahan dengan templat RNA dan DNA. Diharapkan dapat meningkatkan akurasi dalam pengurutan RNA dan bentuk RT-PCR lainnya.^[8] Enzim ini dikomersialkan beberapa waktu sebelum April 2018.^[9]

Pada tahun 2022, mutasi selektif mengubah DNA polimerase "Kod" menjadi polimerase yang menghasilkan asam nukleat α-l-treofuranosil atau asam nukleat treosa (TNA).^[10] Hasil ini telah ditingkatkan pada tahun 2024 dan 2025 menggunakan evolusi terarah yang dipercepat HR, menghasilkan beberapa enzim dengan kecepatan dan fidelitas yang mendekati alami.^[11]

Pada tahun 2025, para ilmuwan menggunakan evolusi terarah, yang dipercepat oleh rekombinasi homolog (HR), untuk mengubah DNA polimerase menjadi RNA polimerase. Polimerase ini mampu melakukan transkripsi dengan cepat (3 nt/s) dan akurat (>99%). Polimerase ini juga merupakan polimerase yang agak "universal", karena juga mampu menghasilkan DNA yang diarahkan RNA (transkripsi balik) dan amplifikasi DNA-RNA kimerik.^[12]

Referensi

Pranala luar