NUKLEASER: EGENSKAPER, STRUKTUR, TYPER OG FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

De nukleaser er enzymer som er ansvarlig for nedbrytning av nukleinsyrer. De gjør dette ved hydrolyse av fosfodiesterbindene som holder nukleotider sammen. Av denne grunn er de også kjent i litteraturen som fosfodiesteraser. Disse enzymene finnes i nesten alle biologiske enheter og spiller grunnleggende roller i DNA-replikasjon, reparasjon og andre prosesser.

Generelt kan vi klassifisere dem avhengig av typen nukleinsyrer som de spaltes: nukleaser hvis underlag er RNA kalles ribonukleaser, og de av DNA er kjent som deoksyribonukleaser. Det er noen ikke-spesifikke som er i stand til å nedbryte både DNA og RNA.

Fosfodiesterbinding. Kilde: Xvazquez

En annen mye brukt klassifisering avhenger av virkningen av enzymet. Hvis den gjør jobben sin gradvis, og starter ved endene av nukleinsyrekjeden, kalles de eksonukleaser. I kontrast, hvis bruddet oppstår på et indre punkt i kjeden, kalles de endonukleaser.

Foreløpig er visse endonukleaser mye brukt i rekombinant DNA-teknologi i molekylærbiologilaboratorier. Dette er uvurderlige verktøy for eksperimentell manipulering av nukleinsyrer.

kjennetegn

Nukleaser er biologiske molekyler av proteinart og med enzymatisk aktivitet. De er i stand til å hydrolysere bindingene som er forbundet med nukleotider i nukleinsyrer.

De virker gjennom en generell syre-base-katalyse. Denne reaksjonen kan deles inn i tre grunnleggende trinn: nukleofilt angrep, dannelsen av et negativt ladet mellomprodukt og, som et siste trinn, brudd på bindingen.

Det finnes en type enzym kalt polymeraser, som er ansvarlig for katalysering av syntesen av både DNA (i replikasjon) og RNA (i transkripsjon). Noen typer polymeraser viser nukleaseaktivitet. I likhet med polymeraser viser også andre beslektede enzymer denne aktiviteten.

Struktur

Nukleaser er et ekstremt heterogent sett med enzymer, der det er liten sammenheng mellom deres struktur og virkningsmekanisme. Med andre ord er det en drastisk variasjon mellom strukturen til disse enzymene, så vi kan ikke nevne noen struktur som er felles for dem alle.

typer

Det er flere typer nukleaser og også forskjellige systemer for å klassifisere dem. I denne artikkelen vil vi diskutere to hovedklassifiseringssystemer: i henhold til typen nukleinsyre de bryter ned og i henhold til måten enzymet blir angrepet.

Hvis leseren er interessert, kan de lete etter en tredje mer omfattende klassifisering basert på funksjonen til hver nuklease (se Yang, 2011).

Det er nødvendig å nevne at nukleaser også eksisterer i disse enzymatiske systemene som ikke er spesifikke for deres underlag og kan nedbryte begge typer nukleinsyrer.

I henhold til spesifisiteten til underlaget som brukes

Det er to typer nukleinsyrer som er praktisk talt allestedsnærværende for organiske vesener: deoksyribonukleinsyre, eller DNA, og ribonukleinsyre, RNA. De spesifikke enzymene som bryter ned DNA kalles deoksyribonukleaser, og RNA, ribonukleaser.

I henhold til angrepsformen

Hvis nukleinsyrekjeden blir angrepet endolytisk, det vil si i indre regioner av kjeden, kalles enzymet en endonuklease. Det alternative angrepet skjer gradvis i den ene enden av kjeden, og enzymene som utfører den er eksonukleaser. Handlingen til hvert enzym resulterer i forskjellige konsekvenser.

Siden eksonukleaser skiller nukleotider trinn for trinn, er virkningene på underlaget ikke veldig drastiske. Tvert imot er virkningen av endonukleaser mer uttalt, siden de kan spalte kjeden på forskjellige punkter. Det siste kan til og med endre viskositeten til DNA-løsningen.

Eksonukleaser var avgjørende elementer for å belyse arten av bindingen som holdt nukleotider sammen.

Spesifisiteten til endonukleasespaltningsstedet varierer. Det er noen typer (for eksempel enzymet deoxyribonuclease I) som kan kuttes på ikke-spesifikke steder, noe som gir relativt tilfeldige kutt i forhold til sekvens.

I kontrast har vi veldig spesifikke endonukleaser som bare kuttes i visse sekvenser. Vi vil senere forklare hvordan molekylærbiologer drar nytte av denne egenskapen.

Det er noen nukleaser som kan fungere som både endo og exonuclease. Et eksempel på dette er den såkalte mikrokoniske nukleasen.

Egenskaper

Nukleaser katalyserer en rekke reaksjoner som er viktige for livet. Nukleaseaktivitet er et essensielt element i DNA-replikasjon, siden de bidrar til å eliminere grunning eller grunning og delta i korreksjon av feil.

På denne måten blir to prosesser så relevante som rekombinasjon og DNA-reparasjon formidlet av nukleaser.

Det bidrar også til å generere strukturelle forandringer i DNA, så som topoisomerisering og stedsspesifikk rekombinasjon. For at alle disse prosessene skal finne sted, er en midlertidig pause av fosfodiesterbindingen nødvendig, utført av nukleaser.

I RNA deltar nukleaser også i grunnleggende prosesser. For eksempel i modningen av messenger og i behandlingen av forstyrrende RNA-er. På samme måte er de involvert i prosessene med programmert celledød eller apoptose.

I encellede organismer representerer nukleaser et forsvarssystem som lar dem fordøye fremmed DNA som kommer inn i cellen.

Bruksområder: restriksjonsenzymer

Molekylære biologer drar nytte av spesifisiteten til visse nukleaser som kalles spesifikke restriksjonsnukleaser. Biologer hadde lagt merke til at bakterier var i stand til å fordøye fremmed DNA som ble introdusert gjennom teknikker på laboratoriet.

Når vi dypet dypere inn i dette fenomenet, oppdaget forskere restriksjonsnukleaser - enzymer som kutter DNA ved visse nukleotidsekvenser. De er en slags "molekylsaks", og vi finner dem produsert for salg.

Bakterier-DNA er "immun" mot denne mekanismen, da det er beskyttet av kjemiske modifikasjoner i sekvensene som fremmer nedbrytning. Hver art og bakteriestamme har sine spesifikke nukleaser.

Disse molekylene er veldig nyttige, siden de sikrer at kuttet alltid vil bli gjort på samme sted (4 til 8 nukleotider i lengde). De brukes i rekombinant DNA-teknologi.

Alternativt påvirker tilstedeværelsen av nukleaser i noen rutinemessige prosedyrer (som PCR) prosessen negativt, siden de fordøyer materialet som må analyseres. Av denne grunn er det i noen tilfeller nødvendig å påføre hemmere av disse enzymene.

referanser

1. Brown, T. (2011). Introduksjon til genetikk: En molekylær tilnærming. Garland Science.
2. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biokjemi av Davidsons nukleinsyrer. Jeg snudde meg.
3. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktur og funksjon av nukleaser i DNA-reparasjon: form, grep og blad på DNA-saks. Oncogene, 21 (58), 9022.
4. Stoddard, BL (2005). Hjemme endonukleasestruktur og funksjon. Kvartalsvise anmeldelser av Biofysikk, 38 (1), 49-95.
5. Yang, W. (2011). Nukleaser: mangfold av struktur, funksjon og mekanisme. Kvartalsvise anmeldelser av Biofysikk, 44 (1), 1-93.