Primase

DNA primase ialah enzim yang terlibat dalam replikasi DNA dan merupakan sejenis RNA polimerase. Primase memangkinkan sintesis RNA pendek (atau DNA dalam sesetengah organisma hidup) yang dipanggil primer yang berpelengkap dengan templat ssDNA (DNA untai tunggal). Selepas pemanjangan ini, kepingan RNA dikeluarkan oleh eksonuklease 5' hingga 3', dan diisi semula dengan DNA.

 Fungsi 
kanan|thumb| Asimetri sintesis helai pendahulu dan ketinggalan, dengan peranan primase DNA ditunjukkan.
kanan|thumb| Langkah-langkah sintesis DNA, dengan peranan DNA primase ditunjukkan.
Dalam bakteria, primase mengikat DNA helikase lalu membentuk kompleks yang dipanggil primosom. Primase diaktifkan oleh helikase, di mana ia kemudiannya mensintesis primer RNA pendek kira-kira 11 ±1 nukleotida panjang, yang mana nukleotida baru boleh ditambah oleh polimerase DNA. Primase arkea dan eukariot ialah protein heterodimer dengan satu subunit pemangkin kawal atur yang besar, dan satu subunit pemangkin kecil.

Segmen RNA mula-mula disintesis oleh primase, dan kemudian dipanjangkan oleh DNA polimerase. Kemudian, DNA polimerase membentuk kompleks protein dengan dua subunit primase untuk membentuk kompleks primase DNA polimerase alfa. Primase adalah salah satu polimerase yang paling mudah ralat dan perlahan. Primasa dalam organisma seperti E. coli mensintesis sekitar 2000 hingga 3000 primer pada kadar satu primer sesaat. Primase juga bertindak sebagai mekanisme penghentian untuk menghalang untai pendahulu daripada mengatasi untaian ketinggalan dengan menghentikan perkembangan garpu replikasi. Langkah penentu kadar dalam primase ialah apabila ikatan fosfodiester pertama terbentuk antara dua molekul RNA.

Mekanisme replikasi berbeza antara bakteria dan virus yang berbeza, di mana primase dihubungkan secara kovalen kepada helikase dalam virus seperti bakteriofaj T7. Dalam virus seperti virus herpes simplex (HSV-1), primase boleh membentuk kompleks dengan helikase. Kompleks primase-helikase digunakan untuk melepaskan dsDNA (DNA dwuntai) dan mensintesis untaian tertinggal menggunakan primer RNA. Majoriti primer yang disintesis oleh primase memiliki panjang dua hingga tiga nukleotida.

 Jenis 
Terdapat dua jenis utama primase: DnaG yang terdapat dalam kebanyakan bakteria, dan superkeluarga AEP (primase arkea-eukariot) yang terdapat dalam arkea dan eukariot. Walaupun primas bakteria (jenis DnaG) terdiri daripada unit protein tunggal (monomer) dan mensintesis primer RNA, primas AEP biasanya terdiri daripada dua unit primase yang berbeza (heterodimer), dan mensintesis primer dua bahagian dengan kedua-dua komponen RNA dan DNA. Walaupun fungsinya serupa, kedua-dua superkeluarga primase berkembang secara bebas antara satu sama lain.

 DnaG 
Struktur kristal primase dalam E. coli dengan teras yang mengandungi protein DnaG telah ditentukan pada tahun 2000. Kompleks DnaG dan primase berbentuk gajus dan mengandungi tiga subdomain. Subdomain pusat membentuk lipatan toprim yang diperbuat daripada campuran lima helai beta dan enam heliks alfa. Lipatan toprim digunakan untuk mengikat pengawal atur dan ion logam. Primase menggunakan domain fosfotransferase untuk penyelarasan pemindahan logam, menjadikannya berbeza daripada polimerase lain. Subunit sisi mengandungi terminal NH2 dan COOH yang diperbuat daripada heliks alfa dan helaian beta. Terminal NH2 berinteraksi dengan domain pengikat zink dan kawasan terminal COOH yang berinteraksi dengan DnaB-ID.

Lipatan toprim juga terdapat dalam topoisomerase dan primase/helikase Twinkle mitokondrion. Beberapa primase seperti DnaG (seperti bakteria; ) telah ditemui dalam genom arkea.

 AEP 
Primase eukariot dan arkea cenderung lebih serupa antara satu sama lain, dari segi struktur dan mekanisme, berbanding primase bakteria. Superkeluarga primase arkea-eukariot (AEP), sebahagian besar subunit pemangkin primase eukariot dan arkea, baru-baru ini telah ditakrifkan semula sebagai keluarga primase-polimerase sebagai pengiktirafan terhadap banyak peranan lain yang dimainkan oleh enzim dalam keluarga ini. Pengelasan ini juga menekankan asal usul luas primase AEP; superkeluarga ini kini diiktiraf sebagai peralihan antara fungsi RNA dan DNA.

Primase arkea dan eukariot ialah protein heterodimer dengan satu subunit kawal atur besar (PRIM2 manusia, p58) dan satu subunit pemangkin kecil (PRIM1 manusia, p48/p49). Subunit besar mengandungi gugusan 4Fe-4S di terminal N, berpecah dalam beberapa arkea sebagai PriX/PriCT. Subunit besar terlibat dalam meningkatkan aktiviti dan kekhususan subunit kecil. Sebagai contoh, pemadaman bahagian yang sepadan dengan subunit besar dalam protein gabungan PolpTN2 menghasilkan enzim yang lebih perlahan dengan aktiviti transkripase terbalik.

 Primase pelbagai fungsi 
kiri|thumb|500x500px| Pilihan primas berbilang fungsi merentas tiga domain kehidupan (eukariot, arkea dan bakteria). Keupayaan primase untuk melakukan aktiviti tertentu ditunjukkan dengan tanda semak. Diadaptasi daripada rujukanː
Keluarga AEP bagi primase-polimerase mempunyai ciri yang pelbagai selain hanya membuat primer. Sebagai tambahan kepada penyebuan DNA semasa replikasi, enzim AEP mungkin mempunyai fungsi tambahan dalam proses replikasi DNA, seperti pempolimeran DNA atau RNA, pemindahan terminal, sintesis translesi (TLS), sambungan hujung bukan homolog (NHEJ), dan mungkin memulakan semula garpu replikasi yang terhenti. Primase biasanya mensintesis primer daripada ribonukleotida (NTP); walau bagaimanapun, primase dengan keupayaan polimerase juga mempunyai pertalian terhadap deoksiribonukleotida (dNTP). Primase dengan fungsi pemindahan terminal mampu menambah nukleotida pada hujung 3' untaian DNA secara bebas daripada templat. Enzim lain yang terlibat dalam replikasi DNA seperti helikase mungkin juga mempamerkan aktiviti primase.

 Dalam eukariot dan arkea 
PrimPol Manusia (ccdc111 ) berfungsi kedua-dua fungsi primase dan polimerase seperti kebanyakan primase arkea; mempamerkan aktiviti pemindahan terminal dengan kehadiran mangan; dan memainkan peranan penting dalam sintesis translesi, dan dalam memulakan semula garpu replikasi yang terhenti. PrimPol secara aktif direkrut ke tapak yang rosak melalui interaksinya dengan RPA, protein penyesuai yang memudahkan replikasi dan pembaikan DNA. PrimPol mempunyai domain jejari zink yang serupa dengan beberapa primase virus yang penting untuk sintesis translesi dan aktiviti primase, dan mungkin mengawal panjang primer. Tidak seperti kebanyakan primase, PrimPol secara unik mampu memulakan rantai DNA dengan dNTP.

PriS, subunit kecil primase arkea, mempunyai peranan dalam sintesis translesi (TLS), dan boleh memintas lesi DNA biasa. Kebanyakan arkea kekurangan polimerase khusus yang melakukan TLS dalam eukariot dan bakteria. PriS sahaja lebih suka mensintesis rentetan DNA; tetapi dalam kombinasi dengan PriL, subunit besar, aktiviti polimerase RNA meningkat.

Dalam Sulfolobus solfataricus, PriSL heterodimer primase boleh bertindak sebagai primase, polimerase, dan transferase terminal. PriSL dianggap memulakan sintesis primer dengan NTP, dan kemudian bertukar kepada dNTP. Enzim ini boleh mempolimerkan rantai RNA atau DNA dengan produk DNA mencecah sehingga 7000 nukleotida (7 kb). Ada cadangan bahawa kefungsian duaan ini mungkin merupakan ciri umum primase arkea.

 Dalam bakteria 
AEP multifutional primases juga muncul dalam bakteria dan faj yang menjangkiti mereka. Ia boleh memaparkan organisasi domain baharu dengan domain yang membawa lebih banyak fungsi melangkaui pempolimeran.

LigD Bakteria () terlibat terutamanya dalam laluan NHEJ. Ia mempunyai domain polimerase/primase superkeluarga AEP, domain 3'-fosfoesterase dan domain ligase. Ia juga berkeupayaan primase, DNA dan RNA polimerase, dan aktiviti transferase terminal. Aktiviti pempolimeran DNA boleh menghasilkan rantai melebihi 7000 nukleotida (7 kb) panjang, manakala pempolimeran RNA menghasilkan rantai sehingga 1 kb panjang.

 Virus dan plasmid 
Enzim AEP tersebar luas, dan boleh didapati dikodkan dalam unsur genetik mudah alih termasuk virus/faj dan plasmid. Ia sama ada menggunakannya sebagai protein replikasi tunggal atau digabungkan dengan protein berkaitan replikasi lain seperti helikase dan DNA polimerase (secara kurang kerap). Manakala kehadiran AEP dalam virus eukariot dan arkea dijangka kerana ia mencerminkan perumahnya, virus bakteria dan plasmid juga kerap mengekod enzim sperkeluarga AEP seperti yang mereka lakukan pada keluarga primase DnaG. Kepelbagaian besar keluarga AEP telah ditemui dalam pelbagai plasmid bakteria melalui tinjauan genomik perbandingan. Sejarah evolusi mereka pada masa ini tidak diketahui, kerana apa yang terdapat dalam bakteria dan bakteriofaj kelihatan terlalu berbeza daripada homolog arkea-eukariot mereka untuk membayangkan pemindahan gen mendatar.

Helikase seperti MCM dalam strain Bacillus cereus ATCC 14579 (BcMCM; ) ialah helikase SF6 yang digabungkan dengan primase AEP. Enzim ini mempunyai kedua-dua fungsi primase dan polimerase sebagai tambahan kepada fungsi helikase. Pengekodan gen untuknya ditemui dalam profaj. Ia mempunyai homologi kepada ORF904 plasmid pRN1 daripada Sulfolobus islandicus yang mempunyai domain AEP PrimPol. Virus Vaccinia D5 dan HSV primase adalah contoh gabungan AEP-helikase juga.

PolpTN2 ialah primase arkea yang terdapat dalam plasmid TN2. Gabungan domain homolog dengan PriS dan PriL, ia mempamerkan aktiviti polimerase primase dan DNA, serta fungsi pemindahan terminal. Tidak seperti kebanyakan primase, PolpTN2 membentuk primer yang terdiri secara eksklusif daripada dNTP. Tanpa diduga, apabila domain seperti PriL telah dipotong, PolpTN2 juga boleh mensintesis DNA pada templat RNA, iaitu, bertindak sebagai polimerase DNA yang bergantung kepada RNA (transkripase terbalik).

Primase DnaG juga boleh mempunyai fungsi tambahan jika diberi domain yang betul. gp4 faj T7 ialah gabungan DnaG primase-helikase, dan melaksanakan kedua-dua fungsi dalam replikasi.

 Rujukan 

 Pautan luar 

 Gambaran keseluruhan artikel mengenai struktur dan fungsi primase (1995)

 Proteopedia: Domain pengikat helikase Escherichia coli primase
 Proteopedia: Kompleks antara helikase DnaB dan primase DnaG

Kategori:Replikasi DNA
Kategori:EC 2.7.7