НУКЛЕАЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ВИДОВЕ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На нуклеази са ензими, които са отговорни за деградиращи нуклеинови киселини. Те правят това чрез хидролиза на фосфодиестерните връзки, които държат нуклеотидите заедно. Поради тази причина те са известни в литературата и като фосфодиестерази. Тези ензими се намират в почти всички биологични образувания и играят основна роля в репликацията, възстановяването и други процеси на ДНК.

По принцип можем да ги класифицираме в зависимост от вида на нуклеиновите киселини, които те разцепват: нуклеази, чийто субстрат е РНК, се наричат ​​рибонуклеази, а тези на ДНК са известни като дезоксирибонуклеази. Има някои неспецифични, способни да разграждат както ДНК, така и РНК.

Фосфодиестерна връзка. Източник: Xvazquez

Друга широко използвана класификация зависи от действието на ензима. Ако върши работата си постепенно, започвайки от краищата на веригата на нуклеиновите киселини, те се наричат ​​екзонуклеази. За разлика от тях, ако счупването се случи във вътрешна точка на веригата, те се наричат ​​ендонуклеази.

Понастоящем някои ендонуклеази се използват широко в рекомбинантна ДНК технология в лаборатории за молекулярна биология. Това са безценни инструменти за експерименталната манипулация на нуклеиновите киселини.

характеристики

Нуклеазите са биологични молекули с протеинов характер и с ензимна активност. Те са способни да хидролизират връзките, които се присъединяват към нуклеотиди в нуклеинови киселини.

Те действат чрез обща киселинно-алкална катализа. Тази реакция може да бъде разделена на три основни етапа: нуклеофилна атака, образуване на отрицателно зареден междинен продукт и, като краен етап, разкъсване на връзката.

Има вид ензим, наречен полимерази, отговорен за катализирането на синтеза както на ДНК (в репликация), така и на РНК (при транскрипция). Някои видове полимерази проявяват нуклеазна активност. Подобно на полимеразите, други свързани ензими също проявяват тази активност.

структура

Нуклеазите са изключително разнороден набор от ензими, където има малка връзка между тяхната структура и механизма на действие. С други думи, има драстична промяна между структурата на тези ензими, така че не можем да споменем нито една структура, обща за всички тях.

Видове

Има няколко типа нуклеози, както и различни системи за тяхното класифициране. В тази статия ще обсъдим две основни класификационни системи: според вида на нуклеиновата киселина, която те разграждат и според начина, по който е атакуван ензимът.

Ако читателят прояви интерес, той може да потърси трета по-обширна класификация, базирана на функцията на всяка нуклеаза (виж Yang, 2011).

Необходимо е да се спомене, че нуклеазите съществуват и в тези ензимни системи, които не са специфични за техния субстрат и могат да разграждат двата типа нуклеинови киселини.

Според спецификата на използвания субстрат

Има два вида нуклеинови киселини, които на практика са повсеместни за органичните същества: дезоксирибонуклеинова киселина или ДНК и рибонуклеинова киселина, РНК. Специфичните ензими, които разграждат ДНК, се наричат ​​дезоксирибонуклеази, а РНК - рибонуклеази.

Според формата на атака

Ако веригата на нуклеиновата киселина е атакувана ендолитно, тоест във вътрешните участъци на веригата, ензимът се нарича ендонуклеаза. Алтернативната атака възниква постепенно в единия край на веригата и ензимите, които я извършват, са екзонуклеази. Действието на всеки ензим води до различни последствия.

Тъй като екзонуклеази отделни нуклеотиди стъпка по стъпка, ефектите върху субстрата не са много драстични. Напротив, действието на ендонуклеазите е по-изразено, тъй като те могат да разцепят веригата в различни точки. Последното може да промени дори вискозитета на разтвора на ДНК.

Екзонуклеазите са били решаващи елементи за изясняване на природата на връзката, която държи нуклеотиди заедно.

Специфичността на мястото на разцепване на ендонуклезата варира. Има някои видове (като ензима дезоксирибонуклеаза I), които могат да режат на неспецифични места, генерирайки относително произволни съкращения по отношение на последователността.

За разлика от това имаме много специфични ендонуклеази, които се режат само при определени последователности. По-късно ще обясним как молекулярните биолози се възползват от това свойство.

Има някои нуклеази, които могат да действат както ендо, така и екзонуклеази. Пример за това е така наречената микроконична нуклеаза.

Характеристика

Нуклеазите катализират поредица от важни за живота реакции. Нуклеазната активност е съществен елемент на репликацията на ДНК, тъй като те спомагат за елиминирането на грунда или грунда и участват в коригирането на грешките.

По този начин два процеса, толкова важни, колкото рекомбинацията и възстановяването на ДНК, са медиирани от нуклеази.

Освен това допринася за генериране на структурни промени в ДНК, като топоизомеризация и специфична за сайта рекомбинация. За да се осъществят всички тези процеси, е необходимо временно прекъсване на фосфодиестерната връзка, осъществявано от нуклеази.

В РНК нуклеазите участват и във фундаментални процеси. Например при съзряване на пратеника и при обработката на интерфериращи РНК. По същия начин те участват в процесите на програмирана клетъчна смърт или апоптоза.

В едноклетъчните организми нуклеазите представляват защитна система, която им позволява да усвояват чужда ДНК, която влиза в клетката.

Приложения: рестрикционни ензими

Молекулярните биолози се възползват от спецификата на някои нуклеази, наречени специфични рестрикционни нуклеази. Биолозите са забелязали, че бактериите са в състояние да смилат чуждата ДНК, която се въвежда чрез техники в лабораторията.

Изкопавайки се по-задълбочено в това явление, учените откриват рестрикционни нуклеази - ензими, които режат ДНК при определени нуклеотидни последователности. Те са един вид "молекулярни ножици" и ние ги намираме произведени за продажба.

ДНК на бактериите е "имунизиран" към този механизъм, тъй като е защитен от химически модификации в последователностите, които насърчават разграждането. Всеки вид и щам бактерии има своите специфични нуклеази.

Тези молекули са много полезни, тъй като гарантират, че разрезът винаги ще бъде направен на едно и също място (с дължина от 4 до 8 нуклеотида). Те се прилагат в рекомбинантна ДНК технология.

Алтернативно, в някои рутинни процедури (като PCR) наличието на нуклеази влияе негативно на процеса, тъй като те усвояват материала, който трябва да бъде анализиран. Поради тази причина в някои случаи е необходимо да се прилагат инхибитори на тези ензими.

Препратки

1. Браун, Т. (2011). Въведение в генетиката: Молекулен подход. Garland Science.
2. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Биохимия на нуклеиновите киселини на Дейвидсън. Обърнах се.
3. 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.
4. Stoddard, BL (2005). Структура и функция на ендонуклеазата на домашния хоризонт. Тримесечни рецензии на Biophysics, 38 (1), 49-95.
5. Yang, W. (2011). Нуклеази: разнообразие от структура, функция и механизъм. Тримесечни рецензии на Biophysics, 44 (1), 1-93.