DNA Polimerase adalah Enzim yang mengkatalisis sintesis molekul DNA komplementer baru dari templat dan primer DNA beruntai tunggal. DNA polimerase yang berbeda bertanggung jawab untuk replikasi dan perbaikan DNA, dan mereka memperpanjang rantai dengan menambahkan nukleotida ke ujung 3 dari DNA yang tumbuh. DNA polimerase mengkatalisasi pembentukan ikatan kovalen antara ujung 3 ‘dari fragmen DNA baru dan ujung 5’ dari untai yang sedang tumbuh.
DNA polimerase adalah enzim penting dalam replikasi DNA maupun dalam reparasi DNA. DNA polimerase merupakan suatu enzim yang mengkatalisasi reaksi polimerisasi deoksiribonukleotida menjadi untai DNA, dengan kata lain enzim ini mengkatalisasi reaksi pembentukan DNA
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.
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. 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.
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. 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. 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
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.
