NUKLEĀZES: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, VEIDI UN FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

The nukleāzes ir enzīmi, kas ir atbildīgs par degradējošiem nukleīnskābēm. Viņi to dara, hidrolizējot fosfodiestera saites, kas satur nukleotīdus kopā. Šī iemesla dēļ tos literatūrā sauc arī par fosfodiesterāzēm. Šie fermenti ir sastopami gandrīz visās bioloģiskajās entītijās, un tiem ir būtiska loma DNS replikācijā, atjaunošanā un citos procesos.

Kopumā mēs tos varam klasificēt atkarībā no nukleīnskābēm, kuras tās šķeļ: nukleāzes, kuru substrāts ir RNS, sauc par ribonukleāzēm, un DNS nukleāzes sauc par dezoksiribonukleāzēm. Ir daži nespecifiski, kas spēj noārdīt gan DNS, gan RNS.

Fosfodiestera saite. Avots: Xvazquez

Cita plaši izmantota klasifikācija ir atkarīga no fermenta darbības. Ja tas savu darbu veic pakāpeniski, sākot ar nukleīnskābju ķēdes galiem, tos sauc par eksonukleāzēm. Savukārt, ja pārtraukums notiek ķēdes iekšējā punktā, tos sauc par endonukleāzēm.

Pašlaik noteiktas endonukleāzes tiek plaši izmantotas rekombinantās DNS tehnoloģijā molekulārās bioloģijas laboratorijās. Tie ir nenovērtējami instrumenti eksperimentālām manipulācijām ar nukleīnskābēm.

raksturojums

Nukleāzes ir olbaltumvielu bioloģiskas molekulas, kurām ir fermentatīva aktivitāte. Viņi spēj hidrolizēt saites, kas nukleīnskābēs pievienojas nukleotīdiem.

Tie darbojas vispārējā skābes bāzes katalīzē. Šo reakciju var iedalīt trīs pamatposmos: nukleofīlā uzbrukumā, negatīvi lādēta starpprodukta veidošanā un kā pēdējais solis - saites sašķelšanā.

Pastāv fermentu tips, ko sauc par polimerāzēm un kas ir atbildīgs par DNS (replikācijā) un RNS (transkripcijā) sintēzes katalizēšanu. Dažiem polimerāžu veidiem ir nukleāzes aktivitāte. Tāpat kā polimerāzes, arī citi saistītie fermenti uzrāda šo aktivitāti.

Uzbūve

Nukleāzes ir ārkārtīgi heterogēns enzīmu komplekts, kur ir maz saistību starp to struktūru un darbības mehānismu. Citiem vārdiem sakot, šo enzīmu struktūra ir krasi atšķirīga, tāpēc mēs nevaram nepieminēt nevienu struktūru, kas būtu kopīga visiem tiem.

Veidi

Ir vairāki nukleāžu veidi un arī dažādas sistēmas, lai tos klasificētu. Šajā rakstā mēs aplūkosim divas galvenās klasifikācijas sistēmas: atkarībā no nukleīnskābes veida, ko tās noārda, un atbilstoši tam, kā notiek fermenta uzbrukums.

Ja lasītājs ir ieinteresēts, viņi var meklēt par trešo plašāku klasifikāciju, pamatojoties uz katras nukleāzes funkciju (sk. Yang, 2011).

Jāpiemin, ka šajās fermentatīvajās sistēmās pastāv arī nukleāzes, kas nav specifiskas to substrātam un var noārdīt abus nukleīnskābju veidus.

Atbilstoši izmantotā substrāta specifikai

Ir divu veidu nukleīnskābes, kuras praktiski nav universālas būtnes: dezoksiribonukleīnskābe jeb DNS un ribonukleīnskābe, RNS. Specifiskos fermentus, kas noārda DNS, sauc par dezoksiribonukleāzēm, bet RNS - par ribonukleāzēm.

Atbilstoši uzbrukuma formai

Ja nukleīnskābju ķēdei uzbrūk endolītiski, tas ir, ķēdes iekšējos reģionos, fermentu sauc par endonukleāzi. Alternatīvais uzbrukums notiek pakāpeniski vienā ķēdes galā, un fermenti, kas to veic, ir eksonukleāzes. Katra enzīma darbība rada dažādas sekas.

Tā kā eksonukleāzes pakāpeniski atdala nukleotīdus, ietekme uz substrātu nav tik drastiska. Tieši pretēji, endonukleāžu darbība ir izteiktāka, jo tās var sašķelt ķēdi dažādos punktos. Pēdējais var mainīt pat DNS šķīduma viskozitāti.

Eksonukleāzes bija izšķiroši elementi, noskaidrojot saites raksturu, kas turēja nukleotīdus kopā.

Endonukleāzes šķelšanās vietas specifika atšķiras. Ir daži veidi (piemēram, enzīms dezoksiribonukleāze I), kas var sagriezt nespecifiskās vietās, radot salīdzinoši nejaušus griezumus attiecībā uz secību.

Turpretī mums ir ļoti specifiskas endonukleāzes, kuras sagriež tikai pie noteiktām sekvencēm. Mēs vēlāk paskaidrosim, kā molekulārie biologi izmanto šo īpašību.

Ir dažas nukleāzes, kas var darboties gan kā endo-, gan kā eksonukleāzes. Tā piemērs ir tā saucamā mikrokoniskā nukleāze.

Iespējas

Nukleāzes katalizē virkni dzīvībai būtisku reakciju. Nukleāzes aktivitāte ir būtisks DNS replikācijas elements, jo tie palīdz likvidēt grunti vai grunti un piedalās kļūdu labošanā.

Tādā veidā nukleāzes mediē divus būtiskus procesus, piemēram, rekombināciju un DNS atjaunošanu.

Tas arī veicina DNS strukturālu izmaiņu radīšanu, piemēram, topoisomerizāciju un vietnei specifisku rekombināciju. Lai visi šie procesi notiktu, ir nepieciešams īslaicīgs fosfodiestera saites pārtraukums, ko veic nukleāzes.

RNS nukleāzes piedalās arī pamatprocesos. Piemēram, kurjera nogatavošanā un traucējošu RNS apstrādē. Tādā pašā veidā viņi ir iesaistīti ieprogrammētās šūnu nāves vai apoptozes procesos.

Vienšūnu organismos nukleāzes pārstāv aizsardzības sistēmu, kas ļauj sagremot svešas DNS, kas nonāk šūnā.

Pielietojums: ierobežojošie fermenti

Molekulārie biologi izmanto dažu nukleāžu, ko sauc par specifiskām restrikcijas nukleāzēm, specifiskumu. Biologi bija pamanījuši, ka baktērijas spēj sagremot svešas DNS, kuras tika ieviestas, izmantojot paņēmienus laboratorijā.

Padziļināti izpētot šo parādību, zinātnieki atklāja restrikcijas nukleāzes - fermentus, kas sagriež DNS noteiktos nukleotīdu secībās. Tās ir sava veida "molekulārās šķēres", un mēs tos atrodam pārdošanā.

Baktēriju DNS ir "imūna" pret šo mehānismu, jo to aizsargā ķīmiskās modifikācijas sekvencēs, kas veicina noārdīšanos. Katrai baktēriju sugai un celmam ir specifiskas nukleāzes.

Šīs molekulas ir ļoti noderīgas, jo tās nodrošina, ka griezums vienmēr tiks veikts vienā un tajā pašā vietā (garumā no 4 līdz 8 nukleotīdiem). Tos izmanto rekombinantās DNS tehnoloģijā.

Alternatīvi, dažās ikdienas procedūrās (piemēram, PCR) nukleāžu klātbūtne negatīvi ietekmē procesu, jo tie sagremot analizējamo materiālu. Šī iemesla dēļ dažos gadījumos ir jāpiemēro šo enzīmu inhibitori.

Atsauces

1. Brauns, T. (2011). Ievads ģenētikā: molekulārā pieeja. Garland zinātne.
2. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Davidsona nukleīnskābju bioķīmija. Es apgriezos.
3. Nishino, T., un Morikawa, K. (2002). Nukleāžu uzbūve un funkcijas DNS remontā: DNS šķēru forma, saķere un asmens. Onkogēns, 21 (58), 9022.
4. Stoddard, BL (2005). Vietējošās endonukleāzes struktūra un funkcija. Biofizikas ceturkšņa pārskati, 38 (1), 49-95.
5. Jangs, W. (2011). Nukleāzes: struktūras, funkcijas un mehānisma daudzveidība. Biofizikas ceturkšņa pārskati, 44 (1), 1-93.