YDINASEMAT: OMINAISUUDET, RAKENNE, TYYPIT JA TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2025

Nukleaasit ovat entsyymejä, jotka ovat vastuussa alentavaa nukleiinihappoja. He tekevät tämän hydrolysoimalla fosfodiesterisidoksia, jotka pitävät nukleotideja yhdessä. Tästä syystä niitä tunnetaan myös kirjallisuudessa fosfodiesteraasina. Näitä entsyymejä esiintyy melkein kaikissa biologisissa kokonaisuuksissa, ja niillä on perustavanlaatuinen rooli DNA: n replikaatiossa, korjaamisessa ja muissa prosesseissa.

Yleensä voimme luokitella ne niiden leikkaamien nukleiinihappojen tyypin mukaan: nukleaaseja, joiden substraatti on RNA, kutsutaan ribonukleaaseiksi ja DNA: n nukleaaseja kutsutaan deoksiribonukleaaseiksi. On joitain epäspesifisiä, jotka pystyvät hajottamaan sekä DNA: ta että RNA: ta.

Fosfodiesterisidos. Lähde: Xvazquez

Toinen laajalti käytetty luokittelu riippuu entsyymin vaikutuksesta. Jos se tekee tehtävänsä asteittain, aloittaen nukleiinihappoketjun päistä, niitä kutsutaan eksonukleaaseiksi. Sitä vastoin, jos katkeaminen tapahtuu ketjun sisäpisteessä, niitä kutsutaan endonukleaaseiksi.

Tällä hetkellä tiettyjä endonukleaaseja käytetään laajalti yhdistelmä-DNA-tekniikassa molekyylibiologian laboratorioissa. Nämä ovat korvaamattomia välineitä nukleiinihappojen kokeelliseen manipulointiin.

ominaisuudet

Nukleaasit ovat proteiiniluonteisia ja entsymaattisesti aktiivisia biologisia molekyylejä. Ne kykenevät hydrolysoimaan sidokset, jotka liittyvät nukleotideihin nukleiinihapoissa.

Ne vaikuttavat yleiseen happo-emäskatalyysiin. Tämä reaktio voidaan jakaa kolmeen perusvaiheeseen: nukleofiilinen hyökkäys, negatiivisesti varautuneen välituotteen muodostuminen ja viimeisenä vaiheena sidoksen katkeaminen.

On olemassa entsyymityyppi, nimeltään polymeraasit, jotka vastaavat sekä DNA: n (replikaatiossa) että RNA: n (transkription) synteesin katalysoinnista. Joillakin polymeraasityypeillä on nukleaasiaktiivisuutta. Kuten polymeraasit, myös muut siihen liittyvät entsyymit osoittavat tätä aktiivisuutta.

Rakenne

Nukleaasit ovat erittäin heterogeeninen joukko entsyymejä, joissa niiden rakenteen ja vaikutusmekanismin välillä on vähän yhteyttä. Toisin sanoen näiden entsyymien rakenteessa on raju vaihtelu, joten emme voi mainita mitään heille yhteistä rakennetta.

Tyypit

Nukleaaseja on useita tyyppejä ja myös erilaisia ​​järjestelmiä niiden luokittelemiseksi. Tässä artikkelissa käsittelemme kahta pääluokittelujärjestelmää: nukleiinihappotyypin mukaan ne hajoavat ja entsyymin hyökkäystavan mukaan.

Jos lukija on kiinnostunut, he voivat etsiä kolmanneksen laajemman luokituksen kunkin nukleaasin toiminnan perusteella (katso Yang, 2011).

On välttämätöntä mainita, että myös näissä entsymaattisissa järjestelmissä on nukleaaseja, jotka eivät ole spesifisiä niiden substraatille ja voivat hajottaa molemmat tyyppisiä nukleiinihappoja.

Käytetyn substraatin spesifisyyden mukaan

On olemassa kahta tyyppiä nukleiinihappoja, jotka ovat käytännössä kaikkialla orgaanisille olennoille: deoksiribonukleiinihappo tai DNA ja ribonukleiinihappo, RNA. DNA: ta hajottavia spesifisiä entsyymejä kutsutaan deoksiribonukleaaseiksi ja RNA: n ribonukleaaseiksi.

Hyökkäyksen muodon mukaan

Jos nukleiinihappoketjuun hyökätään endolyyttisesti, ts. Ketjun sisäisillä alueilla, entsyymiä kutsutaan endonukleaasiksi. Vaihtoehtoinen hyökkäys tapahtuu vähitellen ketjun yhdessä päässä ja sitä suorittavat entsyymit ovat eksonukleaaseja. Kunkin entsyymin toiminta johtaa erilaisiin seurauksiin.

Koska eksonukleaasit erottavat nukleotidit askel askeleelta, vaikutukset substraattiin eivät ole kovin rajuja. Päinvastoin, endonukleaasien vaikutus on selkeämpi, koska ne voivat katkaista ketjun eri kohdissa. Jälkimmäinen voi muuttaa jopa DNA-liuoksen viskositeettia.

Eksonukleaasit olivat tärkeitä elementtejä selitettäessä sidoksen luonnetta, joka piti nukleotideja yhdessä.

Endonukleaasin katkaisukohdan spesifisyys vaihtelee. On joitain tyyppejä (kuten deoksiribonukleaasi I -entsyymi), jotka voivat leikata epäspesifisissä kohdissa tuottaen suhteellisen satunnaisia ​​leikkauksia sekvenssin suhteen.

Sitä vastoin meillä on hyvin spesifisiä endonukleaaseja, jotka leikkaavat vain tietyissä sekvensseissä. Selitämme myöhemmin, kuinka molekyylibiologit hyödyntävät tätä ominaisuutta.

Jotkut nukleaasit voivat toimia sekä endo- että eksonukleaaseina. Esimerkki tästä on niin kutsuttu mikrokoninen nukleaasi.

ominaisuudet

Nukleaasit katalysoivat sarjaa elämän kannalta välttämättömiä reaktioita. Nukleaasiaktiivisuus on olennainen osa DNA: n replikaatiota, koska ne auttavat poistamaan alukkeen tai alukkeen ja osallistuvat virheiden korjaamiseen.

Tällä tavalla nukleaasit välittävät kahta asiaankuuluvaa prosessia, kuten rekombinaatiota ja DNA: n korjaamista.

Se myötävaikuttaa myös rakenteellisten muutosten tuottamiseen DNA: ssa, kuten topoisomerisaatio ja paikkakohtainen rekombinaatio. Kaikkien näiden prosessien toteuttamiseksi tarvitaan väliaikainen fosfodiesterisidoksen katkeaminen, jonka suorittavat nukleaasit.

RNA: ssa nukleaasit osallistuvat myös perustavanlaatuisiin prosesseihin. Esimerkiksi lähetteen kypsyttämisessä ja häiritsevien RNA: ien prosessoinnissa. Samalla tavalla he osallistuvat ohjelmoidun solukuoleman tai apoptoosin prosesseihin.

Yksisoluisissa organismeissa nukleaasit edustavat puolustusjärjestelmää, jonka avulla ne voivat sulauttaa soluun saapuvan vieraan DNA: n.

Sovellukset: restriktioentsyymit

Molekyylibiologit hyödyntävät tiettyjen nukleaasien spesifisyyttä, joita kutsutaan spesifisiksi restriktio nukleaaseiksi. Biologit olivat huomanneet, että bakteerit pystyivät sulamaan vieraan DNA: n, joka oli tuotu laboratoriossa tekniikoiden avulla.

Kaivannut syvemmälle tätä ilmiötä, tutkijat löysivät restriktio nukleaasit - entsyymit, jotka leikkaavat DNA: n tietyillä nukleotidisekvensseillä. Ne ovat eräänlainen "molekyylisakset", ja löydämme ne myytäväksi.

Bakteerien DNA on "immuuni" tälle mekanismille, koska sitä suojaavat kemialliset muunnokset sekvensseissä, jotka edistävät hajoamista. Jokaisella bakteerilajilla ja kannalla on omat nukleaasit.

Nämä molekyylit ovat erittäin hyödyllisiä, koska ne varmistavat, että leikkaus tehdään aina samassa paikassa (pituus 4 - 8 nukleotidia). Niitä käytetään yhdistelmä-DNA-tekniikassa.

Vaihtoehtoisesti joissakin rutiinimenetelmissä (kuten PCR) nukleaasien läsnäolo vaikuttaa negatiivisesti prosessiin, koska ne sulavat analysoitavan materiaalin. Tästä syystä joissakin tapauksissa on tarpeen käyttää näiden entsyymien estäjiä.

Viitteet

1. Brown, T. (2011). Johdatus genetiikkaan: Molekyylinen lähestymistapa. Garland Science.
2. Davidson, J., ja Adams, RLP (1980). Davidsonin nukleiinihappojen biokemia. Käänsin.
3. Nishino, T., ja Morikawa, K. (2002). Nukleaasien rakenne ja toiminta DNA: n korjaamisessa: DNA-saksien muoto, pito ja terä. Oncogene, 21 (58), 9022.
4. Stoddard, BL (2005). Kodittavan endonukleaasin rakenne ja toiminta. Neljännesvuosikatsaukset julkaisusta Biophysics, 38 (1), 49-95.
5. Yang, W. (2011). Ydinaseet: rakenteen, toiminnan ja mekanismin monimuotoisuus. Neljännesvuosikatsaukset aiheesta Biophysics, 44 (1), 1-93.