Exonuclease egenskaber, struktur og funktioner

596
Jonah Lester

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

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

Kilde: Christopherrussell [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]

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

Artikelindeks

  • 1 Funktioner
  • 2 funktioner
    • 2.1 Exonukleaseaktivitet i bakterier
    • 2.2 Exonukleaseaktivitet i eukaryoter
    • 2.3 Nedbrydning
  • 3 eksempler
  • 4 applikationer
  • 5 Struktur
  • 6 Referencer

Egenskaber

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

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

Der er et stort udvalg af exonukleaser. Disse enzymer kan bruge DNA eller RNA som et substrat, afhængigt af typen af ​​nuklease. På samme måde kan molekylet være i et enkelt eller dobbelt bånd.

Funktioner

Et af de kritiske aspekter for at opretholde en organisms liv under optimale forhold er genomets stabilitet. Heldigvis har det genetiske materiale en række meget effektive mekanismer, der tillader reparation i tilfælde af at blive påvirket..

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

Polymeraser er enzymer 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 exonukleaseaktivitet nødvendig for at udføre deres funktioner. Dernæst vil vi se, hvordan de gør det.

Exonukleaseaktivitet i bakterier

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

5'-3'-aktiviteten tillader enzymet at fjerne først af RNA, tilsat af et enzym kaldet primase. Derefter vil det skabte hul blive fyldt med nysyntetiserede nukleotider..

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

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

Exonukleaseaktivitet i eukaryoter

De fem polymeraser i disse organismer er betegnet med græske bogstaver. Kun gamma, delta og epsilon viser exonukleaseaktivitet, alt sammen i 3'-5'-retning.

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

Nedbrydning

Exonukleaser er nøglenzymer til eliminering 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 tilføjes en "hætte" til messenger-RNA'et. Dette består af methylering af en terminal guanin og to riboseenheder. Hættens funktion menes at være beskyttelsen af ​​DNA mod virkningen af ​​5'-exonuklease.

Eksempler

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

Denne exonuklease tillader reparation af hullerne i begge kæder, som, hvis de ikke repareres, kan føre til kromosomale omlejringer eller sletninger, der resulterer i en patient med kræft eller for tidlig ældning.

Ansøgninger

Nogle exonukleaser er i kommerciel brug. For eksempel exonuklease I, der tillader nedbrydning af primere i enkeltbånd (kan ikke nedbryde dobbeltbåndssubstrater), exonuklease III anvendes til stedstyret mutagenese, og lambda-exonuklease kan anvendes til fjernelse af et nukleotid placeret i 5'-enden af ​​et dobbeltbånds-DNA.

Historisk var exonukleaser afgørende elementer i processen med at belyse arten af ​​de bindinger, der holdt nukleinsyres byggesten: nukleotider..

Desuden blev virkningen af ​​exonukleaser i nogle gamle sekventeringsteknikker koblet med anvendelsen af ​​massespektrometri..

Da produktet af exonukleasen 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 exonukleaser 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 specifikt enzym.

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

Ud over eksonukleasedomænet af polymerasen inkluderer enzymet andre domæner kaldet SH3. De tre regioner kombineres for at danne en slags C, selvom nogle segmenter får enzymet til at ligne et O.

Referencer

  1. Breyer, W. A. ​​og Matthews, B. W. (2000). Opbygning af Escherichia coli exonuklease Jeg foreslår, hvordan processivitet opnås. Naturstrukturel og molekylærbiologi7(12), 1125.
  2. Brown, T. (2011). Introduktion til genetik: En molekylær tilgang. Garland videnskab.
  3. Davidson, J. og Adams, R. L. P. (1980). Biokemi af Davidson-nukleinsyrer. Omvendt.
  4. Hsiao, Y. Y., Duh, Y., Chen, Y. P., Wang, Y. T., & Yuan, H. S. (2012). Hvordan en exonuklease beslutter, hvor man skal stoppe ved trimning af nukleinsyrer: krystalstrukturer af RNase T-produktkomplekser. Nukleinsyrer forskning40(16), 8144-8154.
  5. Khare, V., & Eckert, K. A. (2002). Korrekturlæsning af 3 '→ 5' exonukleaseaktivitet af DNA-polymeraser: en kinetisk barriere for translesions-DNA-syntese. Mutationsforskning / grundlæggende og molekylære mekanismer for mutagenese510(1-2), 45-54.
  6. Kolodner, R. D. og Marsischky, G. T. (1999). Eukaryot DNA-mangelfuld reparation. Nuværende mening inden for genetik og udvikling9(1), 89-96.
  7. Nishino, T. og Morikawa, K. (2002). Struktur og funktion af nukleaser i DNA-reparation: form, greb og blad af DNA-saksen. Onkogenenogtyve(58), 9022.
  8. Orans, J., McSweeney, E. A., Iyer, R. R., Hast, M. A., Hellinga, H. W., Modrich, P., & Beese, L. S. (2011). Strukturer af humane exonuklease 1 DNA-komplekser antyder en samlet mekanisme for nukleasefamilien. Celle145(2), 212-223.
  9. Yang, W. (2011). Nukleaser: mangfoldighed af struktur, funktion og mekanisme. Kvartalsvise anmeldelser af biofysik44(1), 1-93.

Endnu ingen kommentarer