EKSONUKLEAASI: OMINAISUUDET, RAKENNE JA TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2025

Eksonukleaaseja ovat eräänlainen nukleaasit, jotka sulattaa nukleiinihapot yhden vapaat päät - joko 3 'tai 5'. Tuloksena on geneettisen materiaalin asteittainen hajoaminen, vapauttaen nukleotidit yksi kerrallaan. Näiden entsyymien vastine ovat endonukleaaseja, jotka hydrolysoivat nukleiinihappoja ketjun sisäosissa.

Nämä entsyymit toimivat hydrolysoimalla nukleotidiketjun fosfodiesterisidoksia. Ne osallistuvat genomin stabiilisuuden ylläpitämiseen ja solun metabolian erilaisiin näkökohtiin.

Lähde: Christopherrussell

Erityisesti sekä prokaryoottisissa että eukaryoottisissa linjoissa löydämme erityyppisiä eksonukleaaseja, jotka osallistuvat DNA: n replikaatioon ja korjaamiseen sekä RNA: n kypsymiseen ja hajoamiseen.

ominaisuudet

Eksonukleaasit ovat erään tyyppisiä nukleaaseja, jotka hydrolysoivat nukleiinihappoketjujen fosfodiesterisidoksia progressiivisesti yhdessä niiden päässä, joko 3 'tai 5'.

Fosfodiesterisidos muodostetaan kovalenttisella sidoksella 3 'hiilessä sijaitsevan hydroksyyliryhmän ja 5' hiilessä sijaitsevan fosfaattiryhmän välillä. Kummankin kemiallisen ryhmän välinen liitto johtaa esterityyppisen kaksoissidoksen muodostumiseen. Eksonukleaasien - ja yleensä nukleaasien - tehtävänä on katkaista nämä kemialliset siteet.

Eksonukleaaseja on paljon. Nämä entsyymit voivat käyttää DNA: ta tai RNA: ta substraattina nukleaasin tyypistä riippuen. Samalla tavalla molekyyli voi olla yhden tai kaksoiskaistainen.

ominaisuudet

Yksi kriittisistä näkökohdista organismin elämän ylläpitämiseksi optimaalisissa olosuhteissa on perimän stabiilisuus. Onneksi geenimateriaalissa on joukko erittäin tehokkaita mekanismeja, jotka sallivat sen korjaamisen, jos siihen vaikuttaa.

Nämä mekanismit vaativat fosfodiesterisidosten hallitun hajoamisen, ja kuten mainittiin, nukleaasit ovat entsyymit, jotka täyttävät tämän elintärkeän toiminnan.

Polymeraasit ovat entsyymejä, joita on sekä eukaryooteissa että prokaryooteissa ja jotka osallistuvat nukleiinihappojen synteesiin. Bakteereissa on karakterisoitu kolme tyyppiä ja eukaryooteissa viisi. Näissä entsyymeissä eksonukleaasien aktiivisuus on välttämätöntä niiden toimintojen suorittamiseksi. Seuraavaksi näemme kuinka he tekevät sen.

Eksonukleaasiaktiivisuus bakteereissa

Bakteerissa kaikilla kolmella polymeraasilla on eksonukleaasiaktiivisuus. Polymeraasilla I on aktiivisuus kahteen suuntaan: 5'-3 'ja 3'-5', kun taas II ja III osoittavat aktiivisuutta vain 3'-5 '-suunnassa.

5'-3 '-aktiivisuus antaa entsyymille mahdollisuuden poistaa aluke RNA: sta, lisäämällä entsyymi, nimeltään primaasi. Myöhemmin syntyvä aukko täytetään vasta syntetisoiduilla nukleotideillä.

Ensimmäinen on muutamasta nukleotidistä koostuva molekyyli, jonka avulla DNA-polymeraasiaktiivisuus voi alkaa. Joten se on aina läsnä replikointitapahtumassa.

Jos DNA-polymeraasi lisää nukleotidin, joka ei vastaa, se voi korjata sen eksonukleaasin aktiivisuuden ansiosta.

Eksonukleaasiaktiivisuus eukaryooteissa

Näiden organismien viisi polymeraasia on merkitty kreikkalaisilla kirjaimilla. Vain gamma, delta ja epsilon osoittavat eksonukleaasiaktiivisuutta, kaikki 3'-5'-suunnassa.

Gamma-DNA-polymeraasi liittyy mitokondriaalisen DNA: n replikaatioon, kun taas loput kaksi osallistuvat ytimessä olevan geneettisen materiaalin replikaatioon ja sen korjaamiseen.

hajoaminen

Eksonukleaasit ovat keskeisiä entsyymejä poistaessaan tiettyjä nukleiinihappomolekyylejä, joita elimistö ei enää tarvitse.

Joissakin tapauksissa solun on estettävä näiden entsyymien vaikutus vaikuttamasta säilytettäviin nukleiinihappoihin.

Esimerkiksi "korkki" lisätään lähetti-RNA: han. Tämä koostuu terminaalisen guaniinin ja kahden riboosiyksikön metyloinnista. Korkin toiminnan uskotaan olevan DNA: n suojaus 5'-eksonukleaasin vaikutukselta.

esimerkit

Yksi olennaisista eksonukleaaseista geneettisen stabiilisuuden ylläpitämiseksi on ihmisen eksonukleaasi I, lyhennettynä hExo1. Tätä entsyymiä löytyy erilaisista DNA: n korjausreiteistä. Sillä on merkitystä telomeerien ylläpidossa.

Tämä eksonukleaasi mahdollistaa molemmissa ketjuissa olevien aukkojen korjaamisen, mikä voi, jos niitä ei korjata, johtaa kromosomaalisiin uudelleenjärjestelyihin tai deleetioihin, jotka johtavat potilaaseen, jolla on syöpä tai ennenaikainen ikääntyminen.

Sovellukset

Jotkut eksonukleaasit ovat kaupallisessa käytössä. Esimerkiksi eksonukleaasi I, joka sallii yksikaistaisten alukkeiden hajoamisen (ei voi hajottaa kaksikaistaisia ​​substraatteja), eksonukleaasi III: ta käytetään kohtakohtaiseen mutageneesiin ja lambda-eksonukleaasia voidaan käyttää nukleotidin poistamiseen, joka sijaitsee Kaksoiskaistaisen DNA: n 5'-pää.

Historiallisesti eksonukleaasit olivat määrääviä elementtejä sellaisten sidosten luonteen selvittämisessä, jotka pitivät yhdessä nukleiinihappojen rakennuspalikoita: nukleotideja.

Lisäksi joissain vanhemmissa sekvensointitekniikoissa eksonukleaasien vaikutus yhdistettiin massaspektrometrian käyttöön.

Koska eksonukleaasin tuote on oligonukleotidien progressiivinen vapautuminen, se edusti sopivaa työkalua sekvenssianalyysiin. Vaikka menetelmä ei toiminut kovin hyvin, se oli hyödyllinen lyhyille sekvensseille.

Tällä tavalla eksonukleaaseja pidetään laboratoriossa erittäin joustavina ja korvaamattomina välineinä nukleiinihappojen manipuloinnissa.

Rakenne

Eksonukleaaseilla on erittäin monipuolinen rakenne, joten niiden ominaisuuksia ei ole mahdollista yleistää. Sama voidaan ekstrapoloida erityyppisiin nukleaaseihin, joita löydämme elävistä organismeista. Siksi kuvaamme pisteentsyymin rakennetta.

Eksonukleaasi I (ExoI), joka on otettu malli-organismista Escherichia coli, on monomeerinen entsyymi, joka osallistuu geneettisen materiaalin rekombinaatioon ja korjaamiseen. Kristallografisten tekniikoiden soveltamisen ansiosta sen rakenne havainnollistettiin.

Polymeraasin eksonukleaasidomeenin lisäksi entsyymi sisältää muita domeeneja, nimeltään SH3. Kaikki kolme aluetta yhdistyvät muodostaen eräänlaisen C: n, vaikka jotkut segmentit saavat entsyymin näyttämään samanlaiselta kuin O.

Viitteet

1. Breyer, WA, ja Matthews, BW (2000). Escherichia coli -eksonukleaasin rakenne ehdotan kuinka prosessitiivisyys saavutetaan. Nature rakenne- ja molekyylibiologia, 7 (12), 1125.
2. Brown, T. (2011). Johdatus genetiikkaan: Molekyylinen lähestymistapa. Garland Science.
3. Davidson, J., ja Adams, RLP (1980). Davidsonin nukleiinihappojen biokemia. Käänsin.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT ja Yuan, HS (2012). Kuinka eksonukleaasi päättää, missä lopettaa nukleiinihappojen leikkaaminen: RNase T-tuotekompleksien kiderakenteet. Nukleiinihappojen tutkimus, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V., & Eckert, KA (2002). DNA-polymeraasien oikoluku 3 ′ → 5 ′ eksonukleaasiaktiivisuus: kineettinen este translesion DNA-synteesille. Mutaatiotutkimus / Mutageneesin perus- ja molekyylimekanismit, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodner, RD, ja Marsischky, GT (1999). Eukaryoottisen DNA: n epäsovituskorjaus. Nykyinen lausunto genetiikasta ja kehityksestä, 9 (1), 89–96.
7. Nishino, T., ja Morikawa, K. (2002). Nukleaasien rakenne ja toiminta DNA: n korjaamisessa: DNA-saksien muoto, pito ja terä. Oncogene, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., ja Beese, LS (2011). Ihmisen eksonukleaasi 1: n DNA-kompleksien rakenteet viittaavat yhtenäiseen mekanismiin nukleaasiperheelle. Cell, 145 (2), 212 - 223.
9. Yang, W. (2011). Ydinaseet: rakenteen, toiminnan ja mekanismin monimuotoisuus. Neljännesvuosikatsaukset aiheesta Biophysics, 44 (1), 1-93.