EXONUCLEASE: EGENSKAPER, STRUKTUR OG FUNKSJONER - BIOLOGI - 2025

De eksonukleaser er en type av nukleaser som fordøyer nukleinsyrer ved en av sine frie ender - enten 3 'eller 5'. Resultatet er en progressiv fordøyelse av arvestoffet, og frigjør nukleotidene en etter en. Motstykket til disse enzymene er endonukleaser, som hydrolyserer nukleinsyrer i indre deler av kjeden.

Disse enzymene virker ved hydrolyse av fosfodiesterbindinger i nukleotidkjeden. De deltar i å opprettholde stabiliteten i genomet og i forskjellige aspekter av cellulær metabolisme.

Kilde: Christopherrussell

Spesielt både i prokaryotiske og eukaryote linjer finner vi forskjellige typer eksonukleaser som deltar i DNA-replikasjon og -reparasjon og i RNA-modning og nedbrytning.

kjennetegn

Eksonukleaser er en type nukleaser som hydrolyserer fosfodiesterbindinger av nukleinsyrekjeder gradvis i en av deres ender, enten 3 'eller 5'.

En fosfodiesterbinding dannes av den kovalente bindingen mellom en hydroksylgruppe lokalisert ved 3 'karbon og en fosfatgruppe lokalisert ved 5' karbon. Forbindelsen mellom begge kjemiske grupper resulterer i en dobbeltbinding av estertypen. Funksjonen til eksonukleaser - og nukleaser generelt - er å bryte disse kjemiske bindingene.

Det finnes et stort utvalg av eksonukleaser. Disse enzymene kan bruke DNA eller RNA som et underlag, avhengig av typen nuklease. På samme måte kan molekylet være enkelt- eller dobbeltbånd.

Egenskaper

Et av de kritiske aspektene for å opprettholde en organisms liv under optimale forhold er genomets stabilitet. Heldigvis har arvestoffet en serie veldig effektive mekanismer som lar det repareres, hvis det blir berørt.

Disse mekanismene krever kontrollert brudd på fosfodiesterbindinger, og som nevnt er nukleaser enzymer som oppfyller denne viktige funksjonen.

Polymeraser er enzymer til stede i både eukaryoter og prokaryoter som deltar i syntesen av nukleinsyrer. I bakterier er tre typer blitt karakterisert og i eukaryoter fem. I disse enzymene er aktiviteten til eksonukleaser nødvendig for å oppfylle deres funksjoner. Neste gang får vi se hvordan de gjør det.

Eksonukleaseaktivitet 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 bare viser aktivitet i 3'-5 '-retningen.

5'-3'-aktiviteten gjør det mulig for enzymet å fjerne primeren fra RNA, tilsatt av et enzym kalt primase. Deretter vil gapet som skapes bli fylt med nylsyntetiserte nukleotider.

Den første er et molekyl som består av noen få nukleotider som lar DNA-polymeraseaktivitet begynne. Så den vil alltid være til stede på replikasjonshendelsen.

Hvis DNA-polymerasen tilfører et feil nukleotid, kan det korrigere det takket være eksonukleaseaktiviteten.

Eksonukleaseaktivitet i eukaryoter

De fem polymerasene i disse organismene er betegnet med greske bokstaver. Bare gamma, delta og epsilon viser eksonukleaseaktivitet, alt i 3'-5 'retning.

Gamma DNA-polymerase er relatert til replikasjon av mitokondrielt DNA, mens de resterende to deltar i replikasjonen av det genetiske materialet som ligger i kjernen og i reparasjonen.

nedbrytning

Eksonukleaser er viktige enzymer for å fjerne visse nukleinsyremolekyler som ikke lenger er nødvendig av kroppen.

I noen tilfeller må cellen forhindre at disse enzymene påvirker nukleinsyrene som må bevares.

For eksempel er en "cap" lagt til messenger RNA. Dette består av metylering av en terminal guanin og to riboseenheter. Funksjonen til hetten antas å være beskyttelsen av DNA mot virkningen av 5'-eksonuklease.

eksempler

En av de essensielle eksonukleasene for å opprettholde genetisk stabilitet er human exonuclease I, forkortet til hExo1. Dette enzymet finnes i forskjellige DNA-reparasjonsveier. Det er relevant for vedlikehold av telomerer.

Denne eksonukleasen tillater reparasjon av hull i begge kjeder, som, hvis ikke reparert, kan føre til kromosomale omorganiseringer eller slettinger som resulterer i en pasient med kreft eller for tidlig aldring.

applikasjoner

Noen eksonukleaser er i kommersiell bruk. Eksonuklease I som tillater nedbrytning av enbåndsprimere (kan ikke nedbryte dobbeltbåndssubstrater), eksonuklease III blir for eksempel brukt til stedsrettet mutagenese og lambda-eksonuklease kan brukes til fjerning av et nukleotid lokalisert i 5 'slutten av et dobbeltbånd-DNA.

Historisk sett var eksonukleaser bestemmende for elementer i prosessen med å belyse arten av bindingen som holdt sammen byggesteinene til nukleinsyrer: nukleotider.

Videre, i noen eldre sekvenseringsteknikker, ble virkningen av eksonukleaser koblet med bruk av massespektrometri.

Ettersom produktet av eksonukleasen er den progressive frigjøring av oligonukleotider, representerte det et praktisk verktøy for sekvensanalyse. Selv om metoden ikke fungerte veldig bra, var den nyttig for korte sekvenser.

På denne måten blir eksonukleaser ansett som veldig fleksible og uvurderlige verktøy i laboratoriet for manipulering av nukleinsyrer.

Struktur

Eksonukleaser har en ekstremt variert struktur, så det er ikke mulig å generalisere deres egenskaper. Det samme kan ekstrapoleres for de forskjellige typer nukleaser som vi finner i levende organismer. Derfor vil vi beskrive strukturen til et punktenzym.

Exonuclease I (ExoI) hentet fra modellen organismen Escherichia coli er et monomer enzym, involvert i rekombinasjon og reparasjon av genetisk materiale. Takket være anvendelsen av krystallografiske teknikker ble strukturen illustrert.

I tillegg til eksonukleasedomenet til polymerasen inkluderer enzymet andre domener kalt SH3. Alle tre regionene kombineres for å danne en slags C, selv om noen segmenter får enzymet til å se ut som et O.

referanser

1. Breyer, WA, & Matthews, BW (2000). Struktur av Escherichia coli exonuclease Jeg antyder hvordan prosessivitet oppnås. Nature Structural & Molecular Biology, 7 (12), 1125.
2. Brown, T. (2011). Introduksjon til genetikk: En molekylær tilnærming. Garland Science.
3. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biokjemi av Davidsons nukleinsyrer. Jeg snudde meg.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT, & Yuan, HS (2012). Hvordan en exonuclease bestemmer hvor de skal stoppe i trimming av nukleinsyrer: krystallstrukturer av RNase T - produktkomplekser. Nukleinsyreforskning, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V., & Eckert, KA (2002). Korrekturlesingen 3 ′ → 5 ′ eksonukleaseaktivitet av DNA-polymeraser: en kinetisk barriere for translesjons-DNA-syntese. Mutasjonsforskning / grunnleggende og molekylære mekanismer for mutagenese, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodner, RD, & Marsischky, GT (1999). Eukaryotisk DNA-uoverensstemmelsesreparasjon. Gjeldende mening innen genetikk og utvikling, 9 (1), 89–96.
7. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktur og funksjon av nukleaser i DNA-reparasjon: form, grep og blad på DNA-saks. Oncogene, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., & Beese, LS (2011). Strukturer av humant exonuclease 1 DNA-komplekser antyder en enhetlig mekanisme for nukleasefamilie. Cell, 145 (2), 212-223.
9. Yang, W. (2011). Nukleaser: mangfold av struktur, funksjon og mekanisme. Kvartalsvise anmeldelser av Biofysikk, 44 (1), 1-93.