EXONUKLEÁZ: JELLEMZŐK, FELÉPÍTÉS ÉS FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2025

Az exonukleázok olyan típusú nukleázok, amelyek a szabad végük egyikével - a 3 'vagy az 5' - emésztik a nukleinsavakat. Az eredmény a genetikai anyag fokozatos emésztése, a nukleotidok egyenkénti felszabadítása. Ezeknek az enzimeknek a párja az endonukleázok, amelyek a lánc belső szakaszaiban nukleinsavakat hidrolizálnak.

Ezek az enzimek a nukleotidlánc foszfodiészter-kötéseinek hidrolízisével működnek. Részt vesznek a genom stabilitásának fenntartásában és a sejtek anyagcseréjének különféle aspektusaiban.

Forrás: Christopherrussell

Pontosabban, mind a prokarióta, mind az eukarióta vonalban különféle típusú exonukleázokat találunk, amelyek részt vesznek a DNS replikációjában és helyreállításában, valamint az RNS érésében és lebontásában.

jellemzők

Az exonukleázok olyan nukleázok, amelyek a nukleinsavláncok foszfodiészter-kötéseit fokozatosan hidrolizálják egyik végükön, akár a 3 ', mind az 5'.

A foszfodiészter kötést a 3 'szénnél elhelyezkedő hidroxilcsoport és az 5' szénnél elhelyezkedő foszfát csoport közötti kovalens kötés képezi. A két kémiai csoport közötti unió az észter típusú kettős kötést eredményez. Az exonukleázok - és általában a nukleázok - célja az, hogy megbontják ezeket a kémiai kötéseket.

Nagyon sokféle exonukleáz létezik. Ezek az enzimek DNS-t vagy RNS-t használhatnak szubsztrátként, a nukleáz típusától függően. Ugyanígy a molekula lehet egy- vagy kettős sávú.

Jellemzők

Az egyik kritikus szempont a szervezet életének optimális körülmények között történő fenntartásához a genom stabilitása. Szerencsére a genetikai anyag számos nagyon hatékony mechanizmussal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik a helyreállítását, ha az érintett.

Ezek a mechanizmusok megkövetelik a foszfodiészter kötések ellenőrzött megszakítását, és amint már említettük, a nukleázok az enzimek, amelyek ezt a létfontosságú funkciót teljesítik.

A polimerázok olyan enzimek, amelyek jelen vannak mind az eukariótákban, mind a prokariótákban, amelyek részt vesznek a nukleinsavak szintézisében. A baktériumokban három fajtát, az eukariótákban ötet jellemeztek. Ezekben az enzimekben az exonukleázok aktivitása szükséges funkcióik teljesítéséhez. Ezután meglátjuk, hogyan csinálják.

Exonukleáz aktivitás baktériumokban

Baktériumokban mindhárom polimeráz exonukleáz aktivitással rendelkezik. Az I polimeráz két irányba mutat aktivitást: 5'-3 'és 3'-5', míg a II és III csak a 3'-5 'irányban mutatnak aktivitást.

Az 5'-3 'aktivitás lehetővé teszi az enzim számára, hogy eltávolítsa a primert az RNS-ből, amelyet primáznak nevezett enzim ad hozzá. Ezt követően a létrehozott rést kitöltik újonnan szintetizált nukleotidokkal.

Az első egy néhány nukleotidból álló molekula, amely lehetővé teszi a DNS polimeráz aktivitásának megindulását. Tehát mindig jelen lesz a replikációs eseményen.

Ha a DNS-polimeráz olyan nukleotidot ad hozzá, amely nem felel meg, akkor az exonukleáz aktivitásának köszönhetően helyrehozhatja azt.

Exonukleáz aktivitás eukariótákban

Ezen organizmusok öt polimerázát görög betűkkel jelöljük. Csak a gamma, a delta és az epsilon mutat exonukleáz aktivitást, mind a 3'-5 'irányban.

A gamma DNS-polimeráz a mitokondriális DNS replikációjához kapcsolódik, míg a fennmaradó kettő részt vesz a magban található genetikai anyag replikációjában és annak helyreállításában.

A lebomlás

Az exonukleázok kulcsfontosságú enzimek bizonyos nukleinsavmolekulák eltávolításában, amelyekre a testnek már nincs szüksége.

Bizonyos esetekben a sejtnek meg kell akadályoznia, hogy ezen enzimek hatása befolyásolja a megőrizendő nukleinsavakat.

Például egy "sapkát" adnak a messenger RNS-hez. Ez egy terminális guanin és két ribóz egység metilezéséből áll. Úgy gondolják, hogy a sapka funkciója a DNS védelme az 5 'exonukleáz hatása ellen.

Példák

Az egyik alapvető exonukleáz a genetikai stabilitás fenntartásához az I. humán exonukleáz, rövidítve hExo1. Ez az enzim megtalálható a különböző DNS-javítási utakban. Ez releváns a telomerek fenntartásában.

Ez az exonukleáz lehetővé teszi mindkét lánc hézagjainak kijavítását, amelyek - ha nem javulnak - kromoszóma átrendeződésekhez vagy deléciókhoz vezethetnek, amelyek rákos vagy korai öregedéssel járó beteget eredményeznek.

Alkalmazások

Néhány exonukleáz kereskedelmi forgalomban van. Például az I exonukleáz, amely lehetővé teszi az egysávos primerek lebomlását (nem képes lebontani a kettős sávú szubsztrátokat), az III exonukleáz a helyspecifikus mutagenezishez, a lambda exonukleáz pedig a nukleotid eltávolításához használható. Kettős sávú DNS 5 'vége.

A történelem során az exonukleázok voltak meghatározó elemek a nukleinsavak építőelemeit - nukleotidokat - tartó kötések természetének megvilágítására.

Ezenkívül néhány régebbi szekvenálási technikában az exonukleázok hatását tömegspektrometria alkalmazásával kapcsoltuk össze.

Mivel az exonukleáz terméke az oligonukleotidok fokozatos felszabadulása, ez kényelmes eszköz a szekvencia analízishez. Bár a módszer nem működött túl jól, rövid szekvenciákhoz hasznos volt.

Ilyen módon az exonukleázokat nagyon rugalmas és felbecsülhetetlen eszközeknek tekintik a laboratóriumban a nukleinsavak manipulálásához.

Szerkezet

Az exonukleázok rendkívül változatos felépítésűek, tehát jellemzőik általánosítása nem lehetséges. Ugyanezt lehet extrapolálni a különféle nukleázok típusaira, amelyeket az élő szervezetekben találunk. Ezért leírjuk egy pont enzim szerkezetét.

Az Escherichia coli modell szervezetből vett exonukleáz I (ExoI) egy monomer enzim, amely részt vesz a genetikai anyag rekombinációjában és helyreállításában. A kristálylográfiai technikák alkalmazásának köszönhetően bemutattuk annak szerkezetét.

A polimeráz exonukleáz doménén kívül az enzim tartalmaz más dominokat is, az úgynevezett SH3. Mindhárom régió kombinálva egyfajta C-t képez, bár néhány szegmens miatt az enzim O-hoz hasonlít.

Irodalom

1. Breyer, WA, és Matthews, BW (2000). Az Escherichia coli exonukleáz felépítése Azt javaslom, hogy miként érhető el a processzivitás. Nature Strukturális és Molekuláris Biológia, 7 (12), 1125.
2. Brown, T. (2011). Bevezetés a genetikába: Molekuláris megközelítés. Garland Science.
3. Davidson, J. és Adams, RLP (1980). Davidson nukleinsavak biokémiája. Megfordítottam.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT és Yuan, HS (2012). Hogyan határozza meg egy exonukleáz a nukleinsavak vágásánál: RNáz T-termék komplexek kristályszerkezete. Nukleinsavak kutatása, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V., és Eckert, KA (2002). A DNS-polimerázok korrektúrázó 3 ′ → 5 ′ exonukleáz aktivitása: a transzlációs DNS szintézis kinetikai gátja. Mutációs kutatás / A mutagenezis alapvető és molekuláris mechanizmusai, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodner, RD, és Marsischky, GT (1999). Eukarióta DNS eltérés javítása. Jelenlegi vélemény a genetikában és a fejlődésben, 9. (1), 89–96.
7. Nishino, T. és Morikawa, K. (2002). A nukleázok szerkezete és funkciója a DNS-javításban: a DNS-olló alakja, tapadása és pengeje. Oncogene, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P. és Beese, LS (2011). A humán 1. exonukleáz DNS komplexek szerkezete egységes mechanizmust javasol a nukleáz család számára. Cell, 145 (2), 212-223.
9. Yang, W. (2011). Nukleázok: a szerkezet, a funkció és a mechanizmus sokfélesége. A Biofizika negyedéves áttekintése, 44 (1), 1-93.