ЭКЗОНУКЛЕАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2024

В экзонуклеазы представляет собой тип нуклеаз , которые переваривают нуклеиновые кислоты с помощью одной из своих свободных концов - или 3 «или 5». В результате происходит прогрессивное переваривание генетического материала с высвобождением нуклеотидов один за другим. Двойником этих ферментов являются эндонуклеазы, которые гидролизуют нуклеиновые кислоты во внутренних участках цепи.

Эти ферменты работают за счет гидролиза фосфодиэфирных связей нуклеотидной цепи. Они участвуют в поддержании стабильности генома и в различных аспектах клеточного метаболизма.

Источник: Christopherrussell

В частности, как в прокариотических, так и в эукариотических клонах мы обнаруживаем различные типы экзонуклеаз, которые участвуют в репликации и репарации ДНК, а также в созревании и деградации РНК.

характеристики

Экзонуклеазы - это тип нуклеаз, которые постепенно гидролизуют фосфодиэфирные связи цепей нуклеиновых кислот на одном из их концов, 3 'или 5'.

Фосфодиэфирная связь образована ковалентной связью между гидроксильной группой, расположенной у 3 'углерода, и фосфатной группой, расположенной у 5' углерода. Объединение между обеими химическими группами приводит к двойной связи сложноэфирного типа. Функция экзонуклеаз - и нуклеаз в целом - заключается в разрыве этих химических связей.

Существует великое множество экзонуклеаз. Эти ферменты могут использовать ДНК или РНК в качестве субстрата, в зависимости от типа нуклеазы. Таким же образом молекула может быть одно- или двухзонной.

Характеристики

Одним из важнейших аспектов поддержания жизни организма в оптимальных условиях является стабильность генома. К счастью, генетический материал имеет ряд очень эффективных механизмов, которые позволяют его восстанавливать, если он поврежден.

Эти механизмы требуют контролируемого разрыва фосфодиэфирных связей, и, как уже упоминалось, нуклеазы являются ферментами, которые выполняют эту жизненно важную функцию.

Полимеразы - это ферменты, присутствующие как у эукариот, так и у прокариот, которые участвуют в синтезе нуклеиновых кислот. У бактерий охарактеризовано три типа, а у эукариот - пять. В этих ферментах активность экзонуклеаз необходима для выполнения своих функций. Далее мы посмотрим, как они это делают.

Экзонуклеазная активность у бактерий

У бактерий все три полимеразы обладают экзонуклеазной активностью. Полимераза I проявляет активность в двух направлениях: 5'-3 'и 3'-5', тогда как II и III проявляют активность только в направлении 3'-5 '.

Активность 5'-3 'позволяет ферменту удалять праймер из РНК, добавляемый ферментом, называемым примазой. Впоследствии образовавшийся пробел будет заполнен вновь синтезированными нуклеотидами.

Первая - это молекула, состоящая из нескольких нуклеотидов, которая позволяет начать активность ДНК-полимеразы. Таким образом, он всегда будет присутствовать при репликации.

Если ДНК-полимераза добавляет несоответствующий нуклеотид, она может исправить это благодаря активности экзонуклеазы.

Экзонуклеазная активность у эукариот

Пять полимераз в этих организмах обозначаются греческими буквами. Только гамма, дельта и эпсилон проявляют экзонуклеазную активность, все в направлении 3'-5 '.

Гамма-ДНК-полимераза связана с репликацией митохондриальной ДНК, а две оставшиеся участвуют в репликации генетического материала, находящегося в ядре, и в его репарации.

деградация

Экзонуклеазы являются ключевыми ферментами для удаления определенных молекул нуклеиновых кислот, которые больше не нужны организму.

В некоторых случаях клетка должна предотвращать воздействие этих ферментов на нуклеиновые кислоты, которые необходимо сохранить.

Например, к информационной РНК добавляется «шапка». Он состоит из метилирования концевого гуанина и двух звеньев рибозы. Считается, что функция кэпа заключается в защите ДНК от действия 5'-экзонуклеазы.

Примеры

Одной из основных экзонуклеаз для поддержания генетической стабильности является экзонуклеаза I человека, сокращенно hExo1. Этот фермент присутствует в различных путях репарации ДНК. Это актуально для поддержания теломер.

Эта экзонуклеаза позволяет восстанавливать разрывы в обеих цепях, которые, если их не исправить, могут привести к хромосомным перестройкам или делециям, которые приводят к заболеванию пациента раком или преждевременному старению.

Приложения

Некоторые экзонуклеазы используются в коммерческих целях. Например, экзонуклеаза I, которая позволяет расщеплять однополосные праймеры (не может разрушать двухполосные субстраты), экзонуклеаза III используется для сайт-направленного мутагенеза, а экзонуклеаза лямбда может использоваться для удаления нуклеотида, расположенного в 5'-конец двойной полосы ДНК.

Исторически экзонуклеазы были определяющими элементами в процессе выяснения природы связей, которые удерживали вместе строительные блоки нуклеиновых кислот: нуклеотиды.

Кроме того, в некоторых старых методах секвенирования действие экзонуклеаз было связано с использованием масс-спектрометрии.

Поскольку продукт экзонуклеазы представляет собой прогрессивное высвобождение олигонуклеотидов, он представляет собой удобный инструмент для анализа последовательности. Хотя этот метод не очень хорошо работал, он был полезен для коротких последовательностей.

Таким образом, экзонуклеазы считаются очень гибкими и бесценными инструментами в лаборатории для манипуляции с нуклеиновыми кислотами.

Структура

Экзонуклеазы имеют чрезвычайно разнообразную структуру, поэтому обобщить их характеристики невозможно. То же самое можно экстраполировать для различных типов нуклеаз, которые мы обнаруживаем в живых организмах. Поэтому опишем структуру точечного фермента.

Экзонуклеаза I (ExoI), взятая из модельного организма Escherichia coli, представляет собой мономерный фермент, участвующий в рекомбинации и репарации генетического материала. Благодаря применению кристаллографических методов проиллюстрирована его структура.

Помимо экзонуклеазного домена полимеразы, фермент включает другие домены, называемые SH3. Все три области объединяются, образуя своего рода C, хотя некоторые сегменты делают фермент похожим на O.

Ссылки

1. Брейер, Вашингтон, и Мэтьюз, Б.В. (2000). Структура экзонуклеазы I Escherichia coli позволяет предположить, как достигается процессивность. Структурная и молекулярная биология природы, 7 (12), 1125.
2. Браун, Т. (2011). Введение в генетику: молекулярный подход. Наука о гирляндах.
3. Дэвидсон, Дж. И Адамс, RLP (1980). Биохимия нуклеиновых кислот Дэвидсона. Я поменял направление.
4. Сяо, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT, & Yuan, HS (2012). Как экзонуклеаза решает, где остановиться в обрезке нуклеиновых кислот: кристаллические структуры комплексов РНКаза Т - продукт. Исследование нуклеиновых кислот, 40 (16), 8144-8154.
5. Харе, В., & Эккерт, К.А. (2002). Корректировка 3 '→ 5' экзонуклеазной активности ДНК-полимераз: кинетический барьер для синтеза ДНК с повреждением. Исследование мутаций / Фундаментальные и молекулярные механизмы мутагенеза, 510 (1-2), 45–54.
6. Колоднер, Р.Д., и Марсищки, Г.Т. (1999). Восстановление несоответствия ДНК эукариот. Текущее мнение в области генетики и развития, 9 (1), 89–96.
7. Нишино, Т., и Морикава, К. (2002). Структура и функция нуклеаз в репарации ДНК: форма, захват и лезвие ножниц ДНК. Онкоген, 21 (58), 9022.
8. Оранс, Дж., Максуини, Э.А., Айер, Р.Р., Хаст, Массачусетс, Хеллинга, Х.В., Модрич, П., и Биз, Л.С. (2011). Структуры комплексов ДНК экзонуклеазы 1 человека предполагают единый механизм для семейства нуклеаз. Ячейка, 145 (2), 212-223.
9. Ян, В. (2011). Нуклеазы: разнообразие структуры, функций и механизмов. Ежеквартальные обзоры Biophysics, 44 (1), 1-93.