EKSONUKLEĀZE: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA UN FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

The exonucleases ir no nukleāzes kas sagremot nukleīnskābes ar vienu no saviem brīvajiem galiem tips - vai nu 3 'vai 5'. Rezultāts ir progresīva ģenētiskā materiāla sagremošana, atbrīvojot nukleotīdus pa vienam. Šo fermentu ekvivalents ir endonukleāzes, kas hidrolizē nukleīnskābes ķēdes iekšējos posmos.

Šie fermenti darbojas, hidrolizējot nukleotīdu ķēdes fosfodiestera saites. Viņi piedalās genoma stabilitātes uzturēšanā un dažādos šūnu metabolisma aspektos.

Avots: Christopherrussell

Konkrēti, gan prokariotu, gan eikariotu līnijās mēs atrodam dažāda veida eksonukleāzes, kas piedalās DNS replikācijā un atjaunošanā, kā arī RNS nobriešanā un degradācijā.

raksturojums

Eksonukleāzes ir tāda veida nukleāzes, kas pakāpeniski hidrolizē nukleīnskābju ķēžu fosfodiesteru saites vienā no to galiem - vai nu 3 ', vai 5'.

Fosfodiestera saite veidojas ar kovalento saiti starp hidroksilgrupu, kas atrodas pie 3 'oglekļa, un fosfātu grupu, kas atrodas pie 5' oglekļa. Savienojums starp abām ķīmiskajām grupām rada estera tipa dubultā saiti. Eksonukleāžu - un nukleāžu - vispārējā funkcija ir sadalīt šīs ķīmiskās saites.

Ir ļoti daudz eksonukleāžu. Šie fermenti var izmantot DNS vai RNS kā substrātu atkarībā no nukleāzes veida. Tādā pašā veidā molekula var būt viena vai dubulta josla.

Iespējas

Viens no kritiskajiem aspektiem organisma dzīves uzturēšanai optimālos apstākļos ir genoma stabilitāte. Par laimi, ģenētiskajam materiālam ir virkne ļoti efektīvu mehānismu, kas ļauj to labot, ja tas tiek ietekmēts.

Šie mehānismi prasa kontrolētu fosfodiestera saišu pārrāvumu, un, kā minēts, nukleāzes ir fermenti, kas pilda šo dzīvībai svarīgo funkciju.

Polimerāzes ir enzīmi, kas atrodas gan eikariotos, gan prokariotos, kas piedalās nukleīnskābju sintēzē. Baktērijās ir raksturoti trīs veidi, bet eikariotos - pieci. Šajos fermentos eksonukleāžu aktivitāte ir nepieciešama, lai izpildītu to funkcijas. Tālāk mēs redzēsim, kā viņi to dara.

Eksonukleāzes aktivitāte baktērijās

Baktērijās visām trim polimerāzēm ir eksonukleāzes aktivitāte. I polimerāzei ir aktivitāte divos virzienos: 5'-3 'un 3'-5', savukārt II un III rāda aktivitāti tikai 3'-5 'virzienā.

5'-3 'aktivitāte ļauj fermentam noņemt grunti no RNS, pievienojot enzīmu, ko sauc par primāzi. Pēc tam izveidotā plaisa tiks aizpildīta ar tikko sintezētiem nukleotīdiem.

Pirmais ir molekula, kas sastāv no dažiem nukleotīdiem un ļauj sākt DNS polimerāzes darbību. Tātad tas vienmēr būs klāt replikācijas pasākumā.

Ja DNS polimerāze pievieno nukleotīdu, kas neatbilst, tas var to labot, pateicoties eksonukleāzes aktivitātei.

Eksonukleāzes aktivitāte eikariotos

Piecas šo organismu polimerāzes apzīmē ar grieķu burtiem. Tikai gamma, delta un epsilons parāda eksonukleāzes aktivitāti, visi 3'-5 'virzienā.

Gamma DNS polimerāze ir saistīta ar mitohondriju DNS replikāciju, bet atlikušie divi piedalās kodolā esošā ģenētiskā materiāla replikācijā un tā labošanā.

Degradācija

Eksonukleāzes ir galvenie enzīmi noteiktu nukleīnskābju molekulu noņemšanā, kuras ķermenim vairs nav vajadzīgas.

Dažos gadījumos šūnai jānovērš šo enzīmu darbība, kas ietekmē saglabājamās nukleīnskābes.

Piemēram, kurjera RNS tiek pievienots "vāciņš". Tas sastāv no termināla guanīna un divu ribozes vienību metilēšanas. Tiek uzskatīts, ka vāciņa funkcija ir DNS aizsardzība pret 5 'eksonukleāzes darbību.

Piemēri

Viena no būtiskajām eksonukleāzēm ģenētiskās stabilitātes uzturēšanai ir cilvēka eksonukleāze I, saīsināta kā hExo1. Šis ferments ir atrodams dažādos DNS remonta ceļos. Tas ir svarīgi telomēru uzturēšanai.

Šī eksonukleāze ļauj labot nepilnības abās ķēdēs, kas, ja tās netiek salabotas, var izraisīt hromosomu pārkārtojumus vai dzēšanu, kā rezultātā pacientam ir vēzis vai priekšlaicīga novecošanās.

Lietojumprogrammas

Daži eksonukleāzes ir komerciālā lietošanā. Piemēram, eksonukleāze I, kas ļauj noārdīt vienjoslu grunti (nevar noārdīt divjoslu substrātus), eksonukleāze III tiek izmantota vietnei vērstajā mutaģenēzē, un lambda eksonukleāze var tikt izmantota, lai noņemtu nukleotīdu, kas atrodas Divkāršās joslas DNS 5 'beigas.

Vēsturiski eksonukleāzes bija noteicošie elementi to saišu rakstura noskaidrošanas procesā, kuras kopā turēja nukleīnskābju celtniecības blokus: nukleotīdus.

Turklāt dažās vecākās sekvencēšanas metodēs eksonukleāžu darbība tika saistīta ar masas spektrometrijas izmantošanu.

Tā kā eksonukleāzes produkts ir pakāpeniska oligonukleotīdu atbrīvošana, tā bija ērts rīks secības analīzei. Lai arī metode nedarbojās ļoti labi, tā bija noderīga īsām sekvencēm.

Tādā veidā eksonukleāzes tiek uzskatītas par ļoti elastīgiem un nenovērtējamiem instrumentiem laboratorijā manipulācijām ar nukleīnskābēm.

Uzbūve

Eksonukleāzēm ir ārkārtīgi daudzveidīga struktūra, tāpēc nav iespējams vispārināt to īpašības. To pašu var ekstrapolēt dažāda veida nukleāzēm, kuras mēs atrodam dzīvos organismos. Tāpēc mēs aprakstīsim punktveida enzīma struktūru.

Eksonukleāze I (ExoI), kas ņemta no modeļa organisma Escherichia coli, ir monomērisks enzīms, kas iesaistīts ģenētiskā materiāla rekombinācijā un atjaunošanā. Pateicoties kristalogrāfijas tehnikas izmantošanai, tika parādīta tā struktūra.

Papildus polimerāzes eksonukleāzes domēnam enzīms ietver arī citus domēnus, ko sauc par SH3. Visi trīs reģioni apvienojas, veidojot sava veida C, kaut arī daži segmenti liek fermentam izskatīties līdzīgam O.

Atsauces

1. Breyer, WA, & Matthews, BW (2000). Escherichia coli eksonukleāzes struktūra I norāda, kā tiek panākta procesuionalitāte. Dabas strukturālā un molekulārā bioloģija, 7 (12), 1125.
2. Brauns, T. (2011). Ievads ģenētikā: molekulārā pieeja. Garland zinātne.
3. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Davidsona nukleīnskābju bioķīmija. Es apgriezos.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT un Yuan, HS (2012). Kā eksonukleāze izlemj, kur apstāties nukleīnskābju apgriešanā: RNāzes T - produktu kompleksu kristālu struktūras. Nukleīnskābju izpēte, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V., & Eckert, KA (2002). DNS polimerāžu korektūra 3 ′ → 5 ′ eksonukleāzes aktivitāte: kinētiskā barjera translācijas DNS sintēzei. Mutācijas izpēte / Mutaģenēzes fundamentālie un molekulārie mehānismi, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodners, RD un Marsischky, GT (1999). Eikariotu DNS neatbilstības labošana. Pašreizējais atzinums ģenētikā un attīstībā, 9. panta 1. punkts, 89. – 96.
7. Nishino, T., un Morikawa, K. (2002). Nukleāžu uzbūve un funkcijas DNS remontā: DNS šķēru forma, saķere un asmens. Onkogēns, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., & Beese, LS (2011). Cilvēka 1. eksonukleāzes DNS kompleksu struktūras liek domāt par vienotu nukleāzes saimes mehānismu. Šūna, 145 (2), 212–223.
9. Jangs, W. (2011). Nukleāzes: struktūras, funkcijas un mehānisma daudzveidība. Biofizikas ceturkšņa pārskati, 44 (1), 1-93.