POLIMERASE: CIRI, STRUKTUR DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2026

The polymerases adalah enzim yang berfungsi adalah berkaitan dengan proses replikasi dan transkripsi asid nukleik. Terdapat dua jenis utama enzim ini: DNA polimerase dan RNA polimerase.

DNA polimerase bertanggungjawab untuk mensintesis rantai DNA baru semasa proses replikasi, menambahkan nukleotida baru. Mereka adalah enzim yang besar dan kompleks, dan strukturnya berbeza bergantung pada sama ada ia terdapat dalam organisma eukariotik atau prokariotik.

Taq polymerase: enzim yang digunakan dalam PCR.
Sumber: Lijealso

Begitu juga, polimerase RNA bertindak semasa transkripsi DNA, mensintesis molekul RNA. Seperti DNA polimerase, ia terdapat di eukariota dan prokariota dan struktur dan kerumitannya berbeza-beza bergantung pada kumpulannya.

Dari perspektif evolusi, masuk akal untuk berfikir bahawa enzim pertama mesti mempunyai aktiviti polimerase, kerana salah satu syarat intrinsik untuk pengembangan kehidupan adalah keupayaan replikasi genom.

Dogma pusat biologi molekul

Apa yang disebut "dogma" biologi molekul menggambarkan pembentukan protein dari gen yang dienkripsi dalam DNA dalam tiga langkah: replikasi, transkripsi dan terjemahan.

Prosesnya dimulakan dengan replikasi molekul DNA, di mana dua salinannya dihasilkan secara semi-konservatif. Mesej dari DNA kemudian ditranskripsikan ke dalam molekul RNA, yang disebut messenger RNA. Akhirnya, utusan itu diterjemahkan ke dalam protein oleh mesin ribosom.

Dalam artikel ini kita akan meneroka dua enzim penting yang terlibat dalam dua proses pertama yang disebutkan.

Perlu diingat bahawa terdapat pengecualian terhadap dogma pusat. Banyak gen tidak diterjemahkan ke dalam protein, dan dalam beberapa kes aliran maklumat adalah dari RNA ke DNA (seperti pada retrovirus).

Polimerase DNA

ciri-ciri

DNA polimerase adalah enzim yang bertanggungjawab untuk mereplikasi genom dengan tepat. Kerja enzim mesti cukup cekap untuk memastikan pemeliharaan maklumat genetik dan penyebarannya ke generasi akan datang.

Sekiranya kita mempertimbangkan ukuran genom, itu adalah tugas yang cukup mencabar. Sebagai contoh, jika kita menetapkan tugas mentranskripsikan dokumen 100 halaman di komputer kita, kita pasti mempunyai satu ralat (atau lebih, bergantung pada tumpuan kita) untuk setiap halaman.

Polimerase dapat menambahkan lebih daripada 700 nukleotida setiap saat, dan hanya salah setiap 10 ⁹ atau 10 ¹⁰ nukleotida yang digabungkan, bilangan yang luar biasa.

Polimerase mesti mempunyai mekanisme yang membolehkan maklumat genom disalin dengan tepat. Oleh itu, terdapat pelbagai polimerase yang mempunyai kemampuan untuk meniru dan memperbaiki DNA.

Ciri dan struktur

DNA polimerase adalah enzim yang berfungsi dalam arah 5'-3 ', dan berfungsi dengan menambahkan nukleotida ke hujung terminal dengan kumpulan -OH bebas.

Salah satu akibat langsung dari ciri ini ialah salah satu helai dapat disintesis tanpa kesulitan, tetapi bagaimana dengan helai yang perlu disintesis dalam arah 3'-5 '?

Rantai ini disintesis dalam apa yang dikenali sebagai serpihan Okazaki. Oleh itu, segmen kecil disintesis dalam arah normal, 5'-3 ', yang kemudian disatukan oleh enzim yang disebut ligase.

Secara struktural, polimerase DNA mempunyai kesamaan dua tapak aktif yang mempunyai ion logam. Di dalamnya kita dapati residu asam amino dan asid amino lain yang menyelaraskan logam.

Jenis-Jenis

Secara tradisional, di prokariota, tiga jenis polimerase telah dikenal pasti yang dinamakan dengan angka Rom: I, II dan III. Dalam eukariota, lima enzim dikenali dan diberi nama dengan huruf abjad Yunani, iaitu: α, β, γ, δ dan ε.

Siasatan terbaru telah mengenal pasti lima jenis DNA pada Escherichia coli, 8 pada ragi Saccharomyces cerevisiae dan lebih daripada 15 pada manusia. Dalam keturunan tumbuhan, enzim kurang dipelajari. Walau bagaimanapun, kira-kira 12 enzim telah dijelaskan dalam model organisma Arabidopsis thaliana.

Permohonan

Salah satu teknik yang paling banyak digunakan di makmal biologi molekul adalah PCR atau reaksi berantai polimerase. Prosedur ini memanfaatkan keupayaan pempolimeran polimerase DNA untuk memperkuat, dengan beberapa urutan besarnya, molekul DNA yang ingin kita kaji.

Dengan kata lain, pada akhir prosedur kita akan mempunyai ribuan salinan DNA sasaran kita.Penggunaan PCR sangat bervariasi. Ini dapat diterapkan pada penelitian ilmiah, untuk diagnosis beberapa penyakit atau bahkan dalam ekologi.

RNA polimerase

ciri-ciri

RNA polimerase bertanggungjawab untuk menghasilkan molekul RNA bermula dari templat DNA. Transkrip yang dihasilkan adalah salinan yang melengkapi segmen DNA yang digunakan sebagai templat.

Messenger RNA bertanggungjawab membawa maklumat ke ribosom, untuk menghasilkan protein. Mereka juga mengambil bahagian dalam sintesis RNA jenis lain.

Ini tidak boleh bertindak sendiri, ia memerlukan protein yang disebut faktor transkripsi untuk dapat menjalankan fungsinya dengan jayanya.

Ciri dan struktur

RNA polimerase adalah kompleks enzim yang besar. Mereka lebih kompleks dalam keturunan eukariotik daripada pada prokariotik.

Dalam eukariota, terdapat tiga jenis polimerase: Pol I, II dan III, yang merupakan mesin utama untuk sintesis ribosom, messenger, dan transfer RNA, masing-masing. Sebaliknya, dalam prokariota semua gen mereka diproses oleh satu jenis polimerase.

Perbezaan antara DNA dan polimerase RNA

Walaupun kedua-dua enzim menggunakan penyepuhlindapan DNA, mereka berbeza dalam tiga cara utama. Pertama, polimerase DNA memerlukan primer untuk memulakan replikasi dan menghubungkan nukleotida. Primer atau primer adalah molekul yang terdiri dari beberapa nukleotida, urutannya saling melengkapi dengan laman web tertentu dalam DNA.

Primer memberikan –OH percuma kepada polimerase untuk memulakan proses pemangkinnya. Sebaliknya, polimerase RNA dapat memulakan kerja tanpa memerlukan primer.

Kedua, polimerase DNA mempunyai banyak kawasan pengikat pada molekul DNA. RNA polimerase hanya dapat mengikat urutan gen yang mempromosikan.

Terakhir, DNA polimerase adalah enzim yang menjalankan tugasnya dengan kesetiaan yang tinggi. RNA polimerase rentan terhadap lebih banyak kesalahan, memperkenalkan nukleotida yang salah setiap 10 ⁴ nukleotida.

Rujukan

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2015). Biologi sel penting. Ilmu Garland.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Replikasi DNA purba: mengenal pasti kepingan untuk menyelesaikan teka-teki. Genetik, 152 (4), 1249–67.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Sel: Pendekatan molekul. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Pelbagai fungsi polimerase DNA. Ulasan kritikal dalam sains tumbuhan, 26 (2), 105–122.
5. Lewin, B. (1975). Ekspresi gen. Buku UMI Atas Permintaan.
6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, … & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekul. Macmillan.
7. Pierce, BA (2009). Genetik: Pendekatan konsep. Panamerican Medical Ed.
8. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Fungsi polimerase DNA eukariotik. Sains SAGE KE, 2003 (8), 3.
9. Steitz, TA (1999). DNA polimerase: kepelbagaian struktur dan mekanisme biasa. Jurnal Kimia Biologi, 274 (25), 17395-17398.
10. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Perbandingan struktur seni bina polimerase DNA menunjukkan pintu masuk nukleotida ke tapak aktif polimerase. Ulasan Kimia, 114 (5), 2759–74.