NUKLEASER: EGENSKABER, STRUKTUR, TYPER OG FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

De nukleaser er enzymer, der er ansvarlige for nedbrydende nukleinsyrer. De gør dette ved hydrolyse af phosphodiesterbindinger, der holder nukleotider sammen. Af denne grund er de også kendt i litteraturen som phosphodiesteraser. Disse enzymer findes i næsten alle biologiske enheder og spiller grundlæggende roller i DNA-replikation, reparation og andre processer.

Generelt kan vi klassificere dem afhængigt af typen af ​​nukleinsyrer, som de spalter: nukleaser, hvis substrat er RNA, kaldes ribonukleaser, og dem af DNA er kendt som deoxyribonucleaser. Der er nogle ikke-specifikke, der er i stand til at nedbryde både DNA og RNA.

Phosphodiester-binding. Kilde: Xvazquez

En anden udbredt klassificering afhænger af enzymets virkning. Hvis det udfører sit job gradvist og starter ved enderne af nukleinsyrekæden, kaldes de eksonukleaser. I modsætning hertil kaldes de endonukleaser, hvis pausen opstår på et indre punkt i kæden.

I øjeblikket er visse endonukleaser vidt brugt i rekombinant DNA-teknologi i molekylærbiologilaboratorier. Dette er uvurderlige værktøjer til eksperimentel manipulation af nukleinsyrer.

egenskaber

Nukleaser er biologiske molekyler af en proteinart og med enzymatisk aktivitet. De er i stand til at hydrolysere de bindinger, der er forbundet med nukleotider i nukleinsyrer.

De virker gennem en generel syre-base-katalyse. Denne reaktion kan opdeles i tre grundlæggende trin: det nukleofile angreb, dannelsen af ​​et negativt ladet mellemprodukt og som et sidste trin brud på bindingen.

Der er en type enzym kaldet polymeraser, der er ansvarlig for katalysering af syntesen af ​​både DNA (i replikation) og RNA (i transkription). Nogle typer polymeraser udviser nukleaseaktivitet. Ligesom polymeraser udviser andre beslægtede enzymer også denne aktivitet.

Struktur

Nukleaser er et ekstremt heterogent sæt enzymer, hvor der er ringe sammenhæng mellem deres struktur og virkningsmekanisme. Med andre ord er der en drastisk variation mellem strukturen af ​​disse enzymer, så vi kan ikke nævne nogen struktur, der er fælles for dem alle.

typer

Der er flere typer nukleaser og også forskellige systemer til at klassificere dem. I denne artikel vil vi diskutere to hovedklassificeringssystemer: i henhold til typen af ​​nukleinsyre, de nedbrydes, og i henhold til den måde, enzymet angribes på.

Hvis læseren er interesseret, kan de søge en tredje mere omfattende klassificering baseret på funktionen af ​​hver nuklease (se Yang, 2011).

Det skal nævnes, at nukleaser også findes i disse enzymsystemer, der ikke er substratspecifikke og kan nedbryde begge typer nukleinsyrer.

I henhold til specificiteten af ​​det anvendte underlag

Der er to typer nukleinsyrer, der er praktisk talt allestedsnærværende for organiske væsener: deoxyribonukleinsyre eller DNA, og ribonukleinsyre, RNA. De specifikke enzymer, der nedbryder DNA kaldes deoxyribonucleaser, og RNA, ribonucleaser.

I henhold til angrebsformen

Hvis nukleinsyrekæden angribes endolytisk, det vil sige i indre regioner i kæden, kaldes enzymet en endonuklease. Det alternative angreb forekommer gradvist i den ene ende af kæden, og enzymerne, der udfører den, er exonukleaser. Handlingen af ​​hvert enzym resulterer i forskellige konsekvenser.

Da eksonukleaser adskiller nukleotider trin for trin, er virkningerne på underlaget ikke særlig drastiske. Tværtimod er virkningen af ​​endonukleaser mere udtalt, da de kan spalte kæden på forskellige punkter. Sidstnævnte kan endda ændre viskositeten af ​​DNA-opløsningen.

Exonukleaser var afgørende elementer i at belyse arten af ​​den binding, der holdt nukleotider sammen.

Specificiteten af ​​endonukleasespaltningssitet varierer. Der er nogle typer (såsom enzymet deoxyribonuclease I), der kan skære på ikke-specifikke steder, hvilket genererer relativt tilfældige snit med hensyn til sekvens.

I modsætning hertil har vi meget specifikke endonukleaser, der kun skærer i bestemte sekvenser. Vi vil senere forklare, hvordan molekylærbiologer drager fordel af denne egenskab.

Der er nogle nukleaser, der kan fungere som både endo og exonucleaser. Et eksempel på dette er den såkaldte mikrokoniske nuklease.

Funktioner

Nukleaser katalyserer en række reaktioner, der er essentielle for livet. Nukleaseaktivitet er et essentielt element i DNA-replikation, da de hjælper med at eliminere primeren eller primeren og deltage i korrektion af fejl.

På denne måde formidles to processer, der er så relevante som rekombination og DNA-reparation, af nukleaser.

Det bidrager også til generering af strukturelle ændringer i DNA, såsom topoisomerisering og stedspecifik rekombination. For at alle disse processer skal finde sted, er en midlertidig pause af phosphodiesterbindingen nødvendig, udført af nukleaser.

I RNA deltager nukleaser også i grundlæggende processer. For eksempel ved modningen af ​​messenger og i behandlingen af ​​interfererende RNA'er. På samme måde er de involveret i processerne med programmeret celledød eller apoptose.

I encellede organismer repræsenterer nukleaser et forsvarssystem, der giver dem mulighed for at fordøje fremmed DNA, der kommer ind i cellen.

Anvendelser: restriktionsenzymer

Molekylærbiologer drager fordel af specificiteten af ​​visse nukleaser, der kaldes specifikke restriktionsnukleaser. Biologer havde bemærket, at bakterier var i stand til at fordøje fremmed DNA, der blev introduceret gennem teknikker i laboratoriet.

Ved at grave dybere ned i dette fænomen opdagede forskere restriktionsnukleaser - enzymer, der skærer DNA ved visse nukleotidsekvenser. De er en slags "molekylsaks", og vi finder dem produceret til salg.

Bakterier-DNA er "immun" mod denne mekanisme, da det er beskyttet af kemiske modifikationer i sekvenserne, der fremmer nedbrydning. Hver art og bakteriestamme har sine specifikke nukleaser.

Disse molekyler er meget nyttige, da de sikrer, at udskæringen altid foretages på samme sted (4 til 8 nukleotider i længden). De anvendes i rekombinant DNA-teknologi.

Alternativt påvirker tilstedeværelsen af ​​nukleaser i nogle rutinemæssige procedurer (såsom PCR) processen negativt, da de fordøjer det materiale, der skal analyseres. Af denne grund er det i nogle tilfælde nødvendigt at anvende hæmmere af disse enzymer.

Referencer

1. Brown, T. (2011). Introduktion til genetik: En molekylær tilgang. Garland Science.
2. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biokemi af Davidsons nukleinsyrer. Jeg vendte om.
3. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktur og funktion af nukleaser i DNA-reparation: form, greb og klinge af DNA-saks. Oncogen, 21 (58), 9022.
4. Stoddard, BL (2005). Homing endonuclease struktur og funktion. Kvartalsvise anmeldelser af Biofysik, 38 (1), 49-95.
5. Yang, W. (2011). Nukleaser: mangfoldighed af struktur, funktion og mekanisme. Kvartalsvise anmeldelser af Biofysik, 44 (1), 1-93.