EXONUKLEÁZA: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA A FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Tieto exonukleázy sú typom nukleázy, ktoré Digest nukleovej kyseliny podľa jednej zo svojich voľných koncov - buď 3, alebo 5 '. Výsledkom je progresívne trávenie genetického materiálu, uvoľňovanie nukleotidov jeden po druhom. Náprotivkom týchto enzýmov sú endonukleázy, ktoré hydrolyzujú nukleové kyseliny vo vnútorných častiach reťazca.

Tieto enzýmy pôsobia hydrolýzou fosfodiesterových väzieb nukleotidového reťazca. Zúčastňujú sa na udržiavaní stability genómu a na rôznych aspektoch bunkového metabolizmu.

Zdroj: Christopherrussell

Konkrétne v prokaryotických aj eukaryotických líniách nachádzame rôzne typy exonukleáz, ktoré sa zúčastňujú replikácie a opravy DNA a maturácie a degradácie RNA.

vlastnosti

Exonukleázy sú typom nukleáz, ktoré hydrolyzujú fosfodiesterové väzby reťazcov nukleových kyselín postupne na jednom zo svojich koncov, buď na 3 'alebo 5'.

Fosfodiesterová väzba je tvorená kovalentnou väzbou medzi hydroxylovou skupinou umiestnenou na 3 'atóme uhlíka a fosfátovou skupinou umiestnenou na 5' atóme uhlíka. Spojenie medzi oboma chemickými skupinami vedie k dvojitej väzbe typu esteru. Funkciou exonukleáz - a nukleáz všeobecne - je narušiť tieto chemické väzby.

Existuje veľké množstvo exonukleáz. Tieto enzýmy môžu použiť DNA alebo RNA ako substrát v závislosti od typu nukleázy. Rovnakým spôsobom môže byť molekula jednoduchá alebo dvojitá.

Vlastnosti

Jedným z kritických aspektov udržiavania života organizmu v optimálnych podmienkach je stabilita genómu. Našťastie má genetický materiál sériu veľmi účinných mechanizmov, ktoré umožňujú jeho opravu, ak sú ovplyvnené.

Tieto mechanizmy vyžadujú kontrolované prerušenie fosfodiesterových väzieb a, ako bolo uvedené, nukleázy sú enzýmy, ktoré plnia túto životne dôležitú funkciu.

Polymerázy sú enzýmy prítomné v eukaryotoch aj prokaryotoch, ktoré sa podieľajú na syntéze nukleových kyselín. V baktériách boli charakterizované tri typy av eukaryotoch päť. V týchto enzýmoch je aktivita exonukleáz nevyhnutná na plnenie ich funkcií. Ďalej uvidíme, ako to robia.

Exonukleázová aktivita v baktériách

V baktériách majú všetky tri polymerázy exonukleázovú aktivitu. Polymeráza I má aktivitu v dvoch smeroch: 5'-3 'a 3'-5', zatiaľ čo II a III vykazujú aktivitu iba v smere 3'-5 '.

5'-3 'aktivita umožňuje enzýmu odstrániť primér z RNA, pridaný enzýmom nazývaným primáza. Následne bude vytvorená medzera vyplnená novo syntetizovanými nukleotidmi.

Prvou je molekula vytvorená z niekoľkých nukleotidov, ktorá umožňuje zahájiť DNA polymerázovú aktivitu. Takže bude vždy prítomný na replikačnej udalosti.

Ak DNA polymeráza pridá nukleotid, ktorý nezodpovedá, môže ho opraviť vďaka aktivite exonukleázy.

Exonukleázová aktivita v eukaryotoch

Päť polymeráz v týchto organizmoch sa označuje gréckym písmom. Iba gama, delta a epsilon vykazujú exonukleázovú aktivitu, všetko v smere 3'-5 '.

Gama DNA polymeráza súvisí s replikáciou mitochondriálnej DNA, zatiaľ čo zvyšné dve sa podieľajú na replikácii genetického materiálu umiestneného v jadre a na jeho oprave.

degradácia

Exonukleázy sú kľúčové enzýmy pri odstraňovaní určitých molekúl nukleových kyselín, ktoré už telo nepotrebuje.

V niektorých prípadoch musí bunka zabrániť pôsobeniu týchto enzýmov na ovplyvnenie nukleových kyselín, ktoré musia byť konzervované.

Napríklad k mediátorovej RNA sa pridá „čiapka“. Pozostáva z metylácie terminálnej guaniny a dvoch ribózových jednotiek. Predpokladá sa, že funkciou viečka je ochrana DNA proti pôsobeniu 5 'exonukleázy.

Príklady

Jednou z podstatných exonukleáz na udržanie genetickej stability je ľudská exonukleáza I, skrátene hExo1. Tento enzým sa nachádza v rôznych opravných cestách DNA. Je to dôležité pre udržiavanie telomérov.

Táto exonukleáza umožňuje opravu medzier v obidvoch reťazcoch, ktoré, pokiaľ nie sú opravené, môžu viesť k chromozomálnym prestavbám alebo deléciám, ktoré vedú k pacientovi s rakovinou alebo predčasným starnutím.

aplikácia

Niektoré exonukleázy sa bežne používajú. Napríklad exonukleáza I, ktorá umožňuje degradáciu jednokopových primérov (nemôže degradovať dvojpásmové substráty), sa použije exonukleáza III na cielenú mutagenézu a lambda exonukleáza sa môže použiť na odstránenie nukleotidu umiestneného v 5 'koniec dvojpásmovej DNA.

Historicky boli exonukleázy určujúcimi prvkami v procese objasňovania povahy väzieb, ktoré držali pohromade stavebné bloky nukleových kyselín: nukleotidy.

Ďalej, v niektorých starších technikách sekvenovania bol účinok exonukleáz spojený s použitím hmotnostnej spektrometrie.

Pretože produktom exonukleázy je progresívne uvoľňovanie oligonukleotidov, predstavuje vhodný nástroj na sekvenčnú analýzu. Aj keď táto metóda nefungovala veľmi dobre, bola užitočná pre krátke sekvencie.

Týmto spôsobom sa exonukleázy v laboratóriu považujú za veľmi flexibilné a neoceniteľné nástroje na manipuláciu s nukleovými kyselinami.

štruktúra

Exonukleázy majú veľmi rozmanitú štruktúru, takže nie je možné zovšeobecniť ich vlastnosti. To isté možno extrapolovať pre rôzne typy nukleáz, ktoré nachádzame v živých organizmoch. Preto opíšeme štruktúru bodového enzýmu.

Exonukleáza I (ExoI) získaná z modelového organizmu Escherichia coli je monomérny enzým, ktorý sa podieľa na rekombinácii a oprave genetického materiálu. Vďaka použitiu kryštalografických techník bola ilustrovaná jeho štruktúra.

Okrem exonukleázovej domény polymerázy enzým zahrnuje ďalšie domény nazývané SH3. Všetky tri regióny sa spoja a vytvoria druh C, hoci niektoré segmenty robia enzým vyzerajúci podobne ako O.

Referencie

1. Breyer, WA, a Matthews, BW (2000). Štruktúra exonukleázy Escherichia coli I naznačuje, ako sa dosiahne spracovateľnosť. Nature Structural & Molecular Biology, 7 (12), 1125.
2. Brown, T. (2011). Úvod do genetiky: Molekulárny prístup. Garland Science.
3. Davidson, J. a Adams, RLP (1980). Biochémia Davidsonových nukleových kyselín. Obrátil som sa.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT a Yuan, HS (2012). Ako sa exonukleáza rozhodne, kde zastaviť v orezávaní nukleových kyselín: kryštálové štruktúry komplexov RNázy T - produkty. Nucleic acid Research, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V. a Eckert, KA (2002). Korektívna 3 '→ 5' exonukleázová aktivita DNA polymeráz: kinetická bariéra syntézy translácie DNA. Výskum mutácií / základné a molekulárne mechanizmy mutagenézy, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodner, RD, a Marsischky, GT (1999). Oprava nesúladu eukaryotickej DNA. Aktuálny názor na genetiku a vývoj, 9 (1), 89–96.
7. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Štruktúra a funkcia nukleáz pri oprave DNA: tvar, priľnavosť a čepeľ nožníc DNA. Oncogene, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., & Beese, LS (2011). Štruktúry DNA komplexov ľudskej exonukleázy 1 naznačujú jednotný mechanizmus pre rodinu nukleáz. Celí, 145 (2), 212-223.
9. Yang, W. (2011). Nukleázy: diverzita štruktúry, funkcie a mechanizmu. Štvrťročné recenzie na Biophysics, 44 (1), 1-93.