Charakterystyka nukleasów, struktura, typy i funkcje

Nukleas Są enzymami odpowiedzialnymi za degradowanie kwasów nukleinowych. Osiąga to hydrolizę wiązań fosfodiéster, które utrzymują nukleotydy razem. Z tego powodu są również znane w literaturze jako fosfodiesterae. Te enzymy występują w prawie wszystkich podmiotach biologicznych i odgrywają podstawowe role w replikacji, naprawie i innych procesach DNA.

Ogólnie rzecz biorąc, możemy je sklasyfikować w zależności od rodzaju podzielonych kwasów nukleinowych: nukleas, którego substrat jest RNA nazywany rybonukleazą, a te z DNA są znane jako deoksyrybonukleaz. Istnieją pewne niekwestionowane zdolne do degradacji zarówno DNA, jak i RNA.

Fosfodiéster Link. Źródło: Xvazquez [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/]]

Kolejna szeroko stosowana klasyfikacja zależy od działania enzymu. Jeśli wykonuje swoją pracę stopniowo, zaczynając od końców łańcucha kwasu nukleinowego, nazywane są one egzonukleazą. W przeciwieństwie do tego, jeśli pęknięcie nastąpi w wewnętrznym punkcie łańcucha, nazywane są endonukleazą.

Obecnie niektóre endonukleaz są szeroko stosowane w rekombinowanej technologii DNA w laboratoriach biologii molekularnej. Są to nieocenione narzędzia do eksperymentalnej manipulacji kwasami nukleinowymi.

[TOC]

Charakterystyka

Nucleas są biologicznymi cząsteczkami natury białka i aktywnością enzymatyczną. Są zdolne do hydrolizowania połączeń, które wiążą nukleotydy w kwasach nukleinowych.

Działają przez ogólną kataliza kwasowo-zasadowa. Ta reakcja można podzielić na trzy podstawowe etapy: atak nukleofilowy, tworzenie negatywnie obciążonego pośredniego i jako ostatni krok.

Istnieje typ enzymu zwany polimerazą, odpowiedzialną za katalizowanie syntezy zarówno DNA (w replikacji), jak i RNA (w transkrypcji). Niektóre rodzaje polimerazy wykazują aktywność nukleazową. Podobnie jak polimerazy, inne powiązane enzymy również przedstawiają tę aktywność.

Może ci służyć: struktury homologiczne i analogiczne (z przykładami)

Struktura

Nucleas są zestawem niezwykle heterogenicznych enzymów, w których istnieje niewielki związek między jego strukturą a mechanizmem działania. Oznacza to, że istnieje drastyczna różnica między strukturą tych enzymów, więc nie możemy wspomnieć o żadnej strukturze wspólnej dla wszystkich.

Chłopaki

Istnieje wiele rodzajów nukleaz, a także różne systemy, aby je sklasyfikować. W tym artykule omówimy dwa główne systemy klasyfikacji: według rodzaju kwasu nukleinowego, które degradują i zgodnie z formą ataku enzymatycznego.

Jeśli czytelnik jest zainteresowany, możesz szukać trzeciej bardziej obszernej klasyfikacji opartej na funkcji każdej nukleazy (patrz Yang, 2011).

Należy wspomnieć, że istnieją również w tych nuklealnych układach enzymatycznych, które nie są specyficzne dla ich substratu i mogą degradować oba typy kwasów nukleinowych.

Zgodnie ze swoistością zastosowanego podłoża

Istnieją dwa rodzaje kwasów nukleinowych, które są praktycznie wszechobecne dla istot organicznych: kwas deoksyrybonukleinowy lub DNA i kwas rybonukleinowy, RNA. Specyficzne enzymy w degradacji DNA nazywane są deoksyrybonukleasami i RNA, rybonukleazą.

Zgodnie z formą ataku

Jeśli łańcuch kwasu nukleinowego jest atakowany endolitycznie, to znaczy w wewnętrznych obszarach łańcucha enzym nazywa się endonukleazą. Alternatywny atak odbywa się stopniowo przez jeden z końców łańcucha, a enzymy, które go wykonują. Działanie każdego enzymu przekłada się na różne konsekwencje.

W miarę oddzielania egzonukleazy, wpływ na substrat nie jest zbyt drastyczny. Przeciwnie, działanie endonukleaz jest bardziej wyraźne, ponieważ mogą one podzielić łańcuch w różnych punktach. Ten ostatni może się zmienić, aż lepkość roztworu DNA.

Może ci służyć: grupa pojedyncza

Egzonukleasy były kluczowymi elementami wyjaśniającymi charakter łącza, który utrzymywał nukleotydy razem.

Specyficzność miejsca cięcia endonukleaz jest różna. Istnieją pewne typy (takie jak deoksyrybonukleaza I) enzym, który może pokroić w miejsca niespecyficzne, generując stosunkowo losowe cięcia w odniesieniu do sekwencji.

W przeciwieństwie do bardzo specyficznych endonukleasów, które przecinają tylko w niektórych sekwencjach. Później wyjaśnimy, w jaki sposób biolodzy molekularne korzystają z tej właściwości.

Istnieje kilka nukleas, które mogą działać zarówno z endo, jak i egzonukleazy. Przykładem jest to, że nukleaza mikrokoniczna SAM.

Funkcje

Nucleasas katalizuje szereg niezbędnych reakcji na całe życie. Aktywność nukleazy jest niezbędnym elementem replikacji DNA, ponieważ pomagają one eliminację podkładu lub Pierwszy i uczestniczyć w korekcie błędów.

W ten sposób, w dwóch procesach tak istotnych, jak rekombinacja i naprawa DNA, pośredniczą nukleas.

Przyczynia się również do generowania zmian strukturalnych w DNA, takich jak miejsce specyficzne dla topoizomeryzacji i rekombinacji. Aby wszystkie te procesy miały miejsce, konieczna jest tymczasowa przerwa na łącze fosfodiéster, wykonane przez nukleasas.

W RNA nukleas również uczestniczą w podstawowych procesach. Na przykład w dojrzewaniu posłańca i w przetwarzaniu interferencji RNA. W ten sam sposób biorą udział w zaprogramowanych procesach śmierci komórkowej lub apoptozie.

W organizmach jednokomórkowych nukleas reprezentuje system obrony, który pozwala im trawić zewnętrzne DNA, które dostaje się do komórki.

Zastosowania: enzymy restrykcyjne

Biolodzy molekularne korzystają ze specyficzności niektórych nukleasów zwanych specyficznymi nukleasami ogranicznymi. Biolodzy zauważyli, że bakterie były w stanie trawić obce DNA wprowadzone przez techniki laboratoryjne.

Może ci służyć: flora i fauna na Antarktydę: reprezentatywne gatunki

Badając więcej w tym zjawisku, naukowcy odkryli nukleaz ograniczenia: enzymy, które przecinają DNA w niektórych sekwencjach nukleotydowych. Są rodzajem „nożyczek molekularnych” i znajdujemy je wyprodukowane na sprzedaż.

Bakterie DNA jest „odporne” na ten mechanizm, ponieważ jest chroniony przez modyfikacje chemiczne w sekwencjach promujących degradację. Każdy gatunek i bakterie mają swoje specyficzne nukleanie.

Cząsteczki te są bardzo przydatne, ponieważ zapewniają, że cięcie zawsze będzie wykonywane w tym samym miejscu (od 4 do 8 nukleotydów). Stosują się w rekombinowanej technologii DNA.

Alternatywnie, w niektórych rutynowych procedurach (takich jak PCR) obecność nukleasów negatywnie wpływa na ten proces, ponieważ trawią one materiał, który wymaga analizy. Z tego powodu w niektórych przypadkach konieczne jest zastosowanie tych inhibitorów enzymów.

Bibliografia

1. Brown, t. (2011). Wprowadzenie do genetyki: podejście molekularne. Garland Science.
2. Davidson, J., & Adams, r. L. P. (1980). Biochemia kwasów nukleinowych Davidsona. Odwróciłem się.
3. Nishino, t., I Morikawa, K. (2002). Struktura i funkcja nukleaz w naprawie DNA: kształt, uchwyt i ostrze nożyczek DNA. Oncogene, dwadzieścia jeden(58), 9022.
4. Stoddard, ur. L. (2005). Struktura i funkcja endonukleazy homowania. Kwartalne recenzje biofizyki, 38(1), 49-95.
5. Yang, w. (2011). Nucleases: Różnorodność struktury, funkcji i mechanizmu. Kwartalne recenzje biofizyki, 44(1), 1-93.