ЕКЗОНУКЛЕАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На екзонуклеази са вид на нуклеази, които смилат нуклеинови киселини от един от свободните си краища - или 3 'или 5'. Резултатът е прогресивно усвояване на генетичния материал, освобождавайки нуклеотидите един по един. Противоположно на тези ензими са ендонуклеазите, които хидролизират нуклеиновите киселини във вътрешните секции на веригата.

Тези ензими действат чрез хидролиза на фосфодиестерните връзки на нуклеотидната верига. Те участват в поддържането на стабилността на генома и в различни аспекти на клетъчния метаболизъм.

Източник: Christopherrussell

По-конкретно, както в прокариотичните, така и в еукариотните линии, откриваме различни видове екзонуклеази, които участват в репликацията и възстановяването на ДНК и в съзряването и разграждането на РНК.

характеристики

Екзонуклеазите са вид нуклеази, които хидролизират фосфодиестерните връзки на веригите на нуклеиновите киселини постепенно в един от техните краища, или 3 ', или 5'.

Фосфодиестерната връзка се образува от ковалентната връзка между хидроксилна група, разположена на 3 'въглерод, и фосфатна група, разположена на 5' въглерод. Съединението между двете химични групи води до двойна връзка от естерен тип. Функцията на екзонуклеазите - и нуклеазите като цяло - е да разрушат тези химични връзки.

Има голямо разнообразие от екзонуклеази. Тези ензими могат да използват ДНК или РНК като субстрат, в зависимост от вида нуклеаза. По същия начин молекулата може да бъде единична или двойна лента.

Характеристика

Един от критичните аспекти за поддържане на живота на организма в оптимални условия е стабилността на генома. За щастие генетичният материал има серия от много ефективни механизми, които позволяват неговото поправяне, ако е засегнато.

Тези механизми изискват контролирано разрушаване на фосфодиестерните връзки и, както споменахме, нуклеазите са ензимите, които изпълняват тази жизненоважна функция.

Полимеразите са ензими, присъстващи както в еукариоти, така и в прокариоти, които участват в синтеза на нуклеинови киселини. При бактериите са охарактеризирани три вида, а при еукариотите - пет. В тези ензими активността на екзонуклеазите е необходима за изпълнение на техните функции. След това ще видим как го правят.

Екзонуклеазна активност при бактерии

В бактериите и трите полимерази имат екзонуклеазна активност. Полимеразата I има активност в две посоки: 5'-3 'и 3'-5', докато II и III показват активност само в посока 3'-5 '.

Активността на 5'-3 'позволява на ензима да отстрани праймера от РНК, добавен от ензим, наречен примаза. Впоследствие създадената празнина ще бъде запълнена с ново синтезирани нуклеотиди.

Първият е молекула, съставена от няколко нуклеотида, която позволява активността на ДНК полимераза. Така че винаги ще присъства на събитието за репликация.

Ако ДНК полимеразата добави нуклеотид, който не съответства, тя може да я коригира благодарение на активността на екзонуклеазата.

Екзонуклеазна активност в еукариоти

Петте полимерази в тези организми са обозначени с гръцки букви. Само гама, делта и епсилон показват екзонуклеазна активност, всички в посока 3'-5 '.

Гама ДНК полимеразата е свързана с репликацията на митохондриална ДНК, докато останалите две участват в репликацията на генетичния материал, разположен в ядрото, и в неговото поправяне.

Деградация

Екзонуклеазите са ключови ензими за отстраняване на определени молекули нуклеинова киселина, които вече не са необходими на организма.

В някои случаи клетката трябва да предотврати действието на тези ензими да влияят на нуклеиновите киселини, които трябва да бъдат запазени.

Например към „месинджърната РНК“ се добавя „капачка“. Това се състои от метилиране на терминален гуанин и две рибозни единици. Смята се, че функцията на капачката е защитата на ДНК срещу действието на 5 'екзонуклеаза.

Примери

Една от основните екзонуклеази за поддържане на генетичната стабилност е човешката екзонуклеаза I, съкратено като hExo1. Този ензим се намира в различни пътища за възстановяване на ДНК. Той е от значение за поддържането на теломери.

Тази екзонуклеаза позволява да се отстранят пропуските в двете вериги, които, ако не бъдат поправени, могат да доведат до хромозомни пренастройки или делеции, които водят до пациент с рак или преждевременно стареене.

Приложения

Някои екзонуклеази са в търговска употреба. Например, екзонуклеаза I, която позволява разграждането на еднолентови праймери (не може да деградира двулентови субстрати), екзонуклеаза III се използва за насочена на място мутагенеза, а ламбда екзонуклеазата може да се използва за отстраняване на нуклеотид, разположен в 5 'край на двойна лента ДНК.

В исторически план екзонуклеазите са определящи елементи в процеса на изясняване на природата на връзките, които държат заедно градивните елементи на нуклеиновите киселини: нуклеотиди.

Освен това, в някои по-стари техники за секвениране действието на екзонуклеазите е съчетано с използването на масспектрометрия.

Тъй като продуктът на екзонуклеазата е прогресивното освобождаване на олигонуклеотиди, тя представлява удобен инструмент за анализ на последователности. Въпреки че методът не работи много добре, той беше полезен за кратки последователности.

По този начин екзонуклеазите се считат за много гъвкави и безценни средства в лабораторията за манипулиране на нуклеиновите киселини.

структура

Екзонуклеазите имат изключително разнообразна структура, така че не е възможно да се обобщят техните характеристики. Същото може да бъде екстраполирано за различните видове нуклеази, които откриваме в живите организми. Следователно ще опишем структурата на точков ензим.

Екзонуклеаза I (ExoI), взета от моделния организъм Escherichia coli е мономерен ензим, участващ в рекомбинацията и възстановяването на генетичен материал. Благодарение на прилагането на кристалографските техники е илюстрирана неговата структура.

В допълнение към екзонуклеазния домен на полимеразата, ензимът включва и други домени, наречени SH3. И трите региона се комбинират, образувайки вид С, въпреки че някои сегменти правят ензима да изглежда подобно на О.

Препратки

1. Breyer, WA, & Matthews, BW (2000). Структура на екзонуклеазата на Escherichia coli I предполага как се постига процесивност. Природна структурна и молекулярна биология, 7 (12), 1125.
2. Браун, Т. (2011). Въведение в генетиката: Молекулен подход. Garland Science.
3. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Биохимия на нуклеиновите киселини на Дейвидсън. Обърнах се.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT, & Yuan, HS (2012). Как една екзонуклеаза решава къде да спре при подрязването на нуклеинови киселини: кристални структури на РНКаза Т - продуктови комплекси. Изследване на нуклеинови киселини, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V., & Eckert, KA (2002). Корекцията 3 '→ 5' екзонуклеазна активност на ДНК полимерази: кинетична бариера за синтеза на транлезионна ДНК. Мутационни изследвания / Фундаментални и молекулярни механизми на мутагенезата, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodner, RD, & Marsischky, GT (1999). Еукариотичен ремонт на несъответствие с ДНК. Настоящо мнение в генетиката и развитието, 9 (1), 89–96.
7. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Структура и функция на нуклеази при ремонта на ДНК: форма, захват и острие на ДНК ножиците. Онкоген, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., & Beese, LS (2011). Структурите на човешки ДНК комплекси с екзонуклеаза 1 предполагат единен механизъм за нуклеазно семейство. Клетка, 145 (2), 212-223.
9. Yang, W. (2011). Нуклеази: разнообразие от структура, функция и механизъм. Тримесечни рецензии на Biophysics, 44 (1), 1-93.