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
| 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)
- 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
- ↑ Loc'h J, Rosario S, Delarue M (September 2016). "Structural Basis for a New Templated Activity by Terminal Deoxynucleotidyl Transferase: Implications for V(D)J Recombination". Structure. 24 (9): 1452–63. doi:10.1016/j.str.2016.06.014. PMID 27499438.
{{cite journal}}: Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link) - ↑ Hansen JL, Long AM, Schultz SC (Agustus 1997). "Structure of the RNA-dependent RNA polymerase of poliovirus". Structure. 5 (8): 1109–22. doi:10.1016/S0969-2126(97)00261-X. PMID 9309225.
{{cite journal}}: Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link) - ↑ Cramer P (Februari 2002). "Multisubunit RNA polymerases". Current Opinion in Structural Biology. 12 (1): 89–97. doi:10.1016/S0959-440X(02)00294-4. PMID 11839495.
{{cite journal}}: Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link) - ↑ Sauguet L (September 2019). "The Extended "Two-Barrel" Polymerases Superfamily: Structure, Function and Evolution". Journal of Molecular Biology. 431 (20): 4167–4183. doi:10.1016/j.jmb.2019.05.017. PMID 31103775.
{{cite journal}}: Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link) - ↑ Salgado PS, Koivunen MR, Makeyev EV, Bamford DH, Stuart DI, Grimes JM (Desember 2006). "The structure of an RNAi polymerase links RNA silencing and transcription". PLOS Biology. 4 (12): e434. doi:10.1371/journal.pbio.0040434. PMC 1750930. PMID 17147473.
{{cite journal}}: Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link) - ↑ Aravind L, Leipe DD, Koonin EV (September 1998). "Toprim--a conserved catalytic domain in type IA and II topoisomerases, DnaG-type primases, OLD family nucleases and RecR proteins". Nucleic Acids Research. 26 (18): 4205–13. doi:10.1093/nar/26.18.4205. PMC 147817. PMID 9722641.
{{cite journal}}: Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link) - ↑ Iyer LM, Koonin EV, Leipe DD, Aravind L (2005). "Origin and evolution of the archaeo-eukaryotic primase superfamily and related palm-domain proteins: structural insights and new members". Nucleic Acids Research. 33 (12): 3875–96. doi:10.1093/nar/gki702. PMC 1176014. PMID 16027112.
- ↑ Ellefson, JW; Gollihar, J; Shroff, R; Shivram, H; Iyer, VR; Ellington, AD (24 Juni 2016). "Synthetic evolutionary origin of a proofreading reverse transcriptase". Science (New York, N.Y.). 352 (6293): 1590–3. doi:10.1126/science.aaf5409. PMID 27339990.
{{cite journal}}: Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link) - ↑ "WarmStart® RTx Reverse Transcriptase | NEB". www.neb.com.
- ↑ Nikoomanzar, A; Vallejo, D; Yik, EJ; Chaput, JC (17 Juli 2020). "Programmed Allelic Mutagenesis of a DNA Polymerase with Single Amino Acid Resolution". ACS synthetic biology. 9 (7): 1873–1881. doi:10.1021/acssynbio.0c00236. PMID 32531152.
{{cite journal}}: Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link) - ↑ Hajjar, Mohammad; Maola, Victoria A.; Lee, Joy J.; Holguin, Manuel J.; Quijano, Riley N.; Nguyen, Kalvin K.; Ho, Katherine L.; Medina, Jenny V.; Botello-Cornejo, Elionel; Barpuzary, Bhawna; Chim, Nicholas; Chaput, John C. (19 Desember 2025). "Directed evolution of a TNA polymerase identifies independent paths to fidelity and catalysis". Nature Communications. doi:10.1038/s41467-025-67652-1.
{{cite journal}}: Pemeliharaan CS1: DOI bebas tanpa ditandai (link) Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link) - ↑ Medina, EL; Maola, VA; Hajjar, M; Ko, GK; Ho, EJ; Horton, AR; Chim, N; Chaput, JC (7 Januari 2026). "Rapid evolution of a highly efficient RNA polymerase by homologous recombination". Nature chemical biology. doi:10.1038/s41589-025-02124-7. PMID 41501182.
{{cite journal}}: Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link)
Pranala luar
Basis data pengawasan otoritas: Nasional  |
|---|