EXONUCLEASE: EGENSKABER, STRUKTUR OG FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

De exonukleaser er en type af nukleaser, som fordøjer nukleinsyrer ved en af deres frie ender - enten 3'- eller 5'. Resultatet er en progressiv fordøjelse af det genetiske materiale og frigiver nukleotiderne en efter en. Modstykket til disse enzymer er endonukleaser, der hydrolyserer nukleinsyrer i indre sektioner af kæden.

Disse enzymer fungerer ved hydrolyse af phosphodiesterbindingerne i nukleotidkæden. De deltager i opretholdelsen af ​​genomets stabilitet og i forskellige aspekter af cellulær metabolisme.

Kilde: Christopherrussell

Specifikt finder vi både i prokaryotiske og eukaryote linjer forskellige typer exonukleaser, der deltager i DNA-replikation og -reparation og i RNA-modning og nedbrydning.

egenskaber

Exonukleaser er en type nukleaser, der gradvis hydrolyserer phosphodiesterbindingerne af nukleinsyrekæder i en af ​​deres ender, enten 3 'eller 5'.

En phosphodiesterbinding dannes af den kovalente binding mellem en hydroxylgruppe lokaliseret ved 3'-carbonet og en phosphatgruppe lokaliseret ved 5'-carbonet. Forbindelsen mellem begge kemiske grupper resulterer i en dobbeltbinding af estertypen. Funktionen af ​​exonukleaser - og nukleaser generelt - er at bryde disse kemiske bindinger.

Der er en lang række eksonukleaser. Disse enzymer kan bruge DNA eller RNA som et substrat, afhængigt af typen af ​​nuclease. På samme måde kan molekylet være enkelt- eller dobbeltbånd.

Funktioner

Et af de kritiske aspekter for at bevare en organisms liv under optimale forhold er genomets stabilitet. Heldigvis har det genetiske materiale en række meget effektive mekanismer, der tillader det at reparere det, hvis det påvirkes.

Disse mekanismer kræver kontrolleret nedbrydning af phosphodiesterbindinger, og som nævnt er nukleaser de enzymer, der opfylder denne vitale funktion.

Polymeraser er enzymer, der er til stede i både eukaryoter og prokaryoter, der deltager i syntesen af ​​nukleinsyrer. I bakterier er tre typer blevet karakteriseret og i eukaryoter fem. I disse enzymer er aktiviteten af ​​exonucleaser nødvendig for at udføre deres funktioner. Dernæst vil vi se, hvordan de gør det.

Exonukleaseaktivitet i bakterier

I bakterier har alle tre polymeraser eksonukleaseaktivitet. Polymerase I har aktivitet i to retninger: 5'-3 'og 3'-5', mens II og III kun viser aktivitet i 3'-5 '-retningen.

5'-3'-aktiviteten tillader enzymet at fjerne primeren fra RNA, tilføjet af et enzym kaldet primase. Efterfølgende udfyldes det skabte hul med nyligt syntetiserede nukleotider.

Den første er et molekyle, der består af et par nukleotider, der tillader DNA-polymeraseaktivitet at begynde. Så det vil altid være til stede ved replikationshændelsen.

Hvis DNA-polymerasen tilføjer et nukleotid, der ikke svarer, kan det korrigere det takket være aktiviteten af ​​exonuclease.

Exonukleaseaktivitet i eukaryoter

De fem polymeraser i disse organismer er betegnet ved hjælp af græske bogstaver. Kun gamma, delta og epsilon viser eksonukleaseaktivitet, alt i 3'-5'-retning.

Gamma-DNA-polymerase er relateret til replikation af mitokondrielt DNA, mens de resterende to deltager i replikationen af ​​det genetiske materiale, der er placeret i kernen og i dets reparation.

nedbrydning

Exonukleaser er centrale enzymer til fjernelse af visse nukleinsyremolekyler, som kroppen ikke længere har brug for.

I nogle tilfælde skal cellen forhindre, at virkningen af ​​disse enzymer påvirker de nukleinsyrer, der skal konserveres.

For eksempel føjes en "cap" til messenger RNA. Dette består af methyleringen af ​​en terminal guanin og to riboseenheder. Funktionen af ​​hætten antages at være beskyttelsen af ​​DNA mod virkningen af ​​5'-exonuclease.

eksempler

En af de væsentlige exonukleaser til opretholdelse af genetisk stabilitet er human exonuclease I, forkortet til hExo1. Dette enzym findes i forskellige DNA-reparationsveje. Det er relevant for vedligeholdelse af telomerer.

Denne exonuclease muliggør reparation af hullerne i begge kæder, som, hvis de ikke repareres, kan føre til kromosomale omarrangementer eller sletninger, der resulterer i en patient med kræft eller for tidlig aldring.

Applikationer

Nogle exonukleaser er i kommerciel brug. F.eks. Anvendes exonuclease I, der tillader nedbrydning af enkeltbåndsprimere (kan ikke nedbryde dobbeltbåndssubstrater), exonuclease III anvendes til stedrettet mutagenese, og lambda-exonuclease kan anvendes til fjernelse af et nukleotid placeret i 5 'ende af et dobbeltbånd-DNA.

Historisk set var eksonukleaser bestemmende for elementer i processen med at belyse arten af ​​bindingerne, der holdt byggestenene til nukleinsyrer: nukleotider.

I nogle ældre sekventeringsteknikker blev virkningen af ​​exonukleaser endvidere koblet med anvendelsen af ​​massespektrometri.

Da produktet af exonuclease er den progressive frigivelse af oligonukleotider, repræsenterede det et praktisk værktøj til sekvensanalyse. Selvom metoden ikke fungerede særlig godt, var den nyttig til korte sekvenser.

På denne måde betragtes eksonukleaser som meget fleksible og uvurderlige værktøjer i laboratoriet til manipulation af nukleinsyrer.

Struktur

Exonukleaser har en ekstremt varieret struktur, så det er ikke muligt at generalisere deres egenskaber. Det samme kan ekstrapoleres for de forskellige typer nukleaser, som vi finder i levende organismer. Derfor vil vi beskrive strukturen af ​​et punktenzym.

Exonuclease I (ExoI) hentet fra modelorganismen Escherichia coli er et monomer enzym, involveret i rekombination og reparation af genetisk materiale. Takket være anvendelsen af ​​krystallografiske teknikker blev dens struktur illustreret.

Ud over polymeronas exonucleasedomæne inkluderer enzymet andre domæner kaldet SH3. Alle tre regioner kombineres for at danne en slags C, selvom nogle segmenter får enzymet til at ligne et O.

Referencer

1. Breyer, WA og Matthews, BW (2000). Struktur af Escherichia coli exonuclease I antyder, hvordan processivitet opnås. Nature Structural & Molecular Biology, 7 (12), 1125.
2. Brown, T. (2011). Introduktion til genetik: En molekylær tilgang. Garland Science.
3. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biokemi af Davidsons nukleinsyrer. Jeg vendte om.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT, & Yuan, HS (2012). Hvordan en exonuclease beslutter, hvor man skal stoppe ved trimning af nukleinsyrer: krystalstrukturer af RNase T - produktkomplekser. Nucleinsyreforskning, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V., & Eckert, KA (2002). Korrekturlæsningen 3 ′ → 5 ′ exonukleaseaktivitet af DNA-polymeraser: en kinetisk barriere for translesions-DNA-syntese. Mutationsforskning / grundlæggende og molekylære mekanismer for mutagenese, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodner, RD, & Marsischky, GT (1999). Eukaryot DNA-misparringsreparation. Aktuel udtalelse inden for genetik og udvikling, 9 (1), 89–96.
7. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktur og funktion af nukleaser i DNA-reparation: form, greb og klinge af DNA-saks. Oncogen, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., & Beese, LS (2011). Strukturer af humant exonuclease 1 DNA-komplekser antyder en samlet mekanisme til nukleasefamilie. Cell, 145 (2), 212-223.
9. Yang, W. (2011). Nukleaser: mangfoldighed af struktur, funktion og mekanisme. Kvartalsvise anmeldelser af Biofysik, 44 (1), 1-93.