EXONUKLEAS: EGENSKAPER, STRUKTUR OCH FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

De exonukleaser är en typ av nukleaser som digererar nukleinsyror genom en av sina fria ändar - antingen 3 'eller 5'. Resultatet är en progressiv matsmältning av det genetiska materialet, vilket frisätter nukleotiderna en efter en. Motstycket till dessa enzymer är endonukleaser, som hydrolyserar nukleinsyror i inre delar av kedjan.

Dessa enzymer fungerar genom hydrolys av fosfodiesterbindningarna i nukleotidkedjan. De deltar i upprätthållandet av genomets stabilitet och i olika aspekter av cellulär metabolism.

Källa: Christopherrussell

Specifikt, både i prokaryotiska och eukaryotiska linjer hittar vi olika typer av exonukleaser som deltar i DNA-replikering och reparation och i RNA-mognad och nedbrytning.

egenskaper

Exonukleaser är en typ av nukleaser som hydrolyserar fosfodiesterbindningarna i nukleinsyrakedjor progressivt vid en av deras ändar, antingen 3 'eller 5'.

En fosfodiesterbindning bildas av den kovalenta bindningen mellan en hydroxylgrupp belägen vid 3'-kolet och en fosfatgrupp belägen vid 5'-kolet. Sambandet mellan båda kemiska grupperna resulterar i en dubbelbindning av estertypen. Exonukleasernas funktion - och nukleaser i allmänhet - är att bryta dessa kemiska bindningar.

Det finns en stor variation av exonukleaser. Dessa enzymer kan använda DNA eller RNA som ett substrat, beroende på typen av nukleas. På samma sätt kan molekylen vara enkel- eller dubbelband.

Funktioner

En av de kritiska aspekterna för att upprätthålla en organisms liv under optimala förhållanden är genomets stabilitet. Lyckligtvis har det genetiska materialet en serie mycket effektiva mekanismer som gör det möjligt att reparera det om det påverkas.

Dessa mekanismer kräver kontrollerad brytning av fosfodiesterbindningar, och, som nämnts, är nukleaser enzymer som uppfyller denna vitala funktion.

Polymeraser är enzymer som finns i både eukaryoter och prokaryoter som deltar i syntesen av nukleinsyror. I bakterier har tre typer karakteriserats och i eukaryoter fem. I dessa enzymer är aktiviteten av exonukleaser nödvändig för att fullgöra deras funktioner. Nästa kommer vi att se hur de gör det.

Exonukleasaktivitet i bakterier

I bakterier har alla tre polymeraser exonukleasaktivitet. Polymeras I har aktivitet i två riktningar: 5'-3 'och 3'-5', medan II och III endast visar aktivitet i 3'-5 '-riktningen.

5'-3'-aktiviteten tillåter enzymet att ta bort primern från RNA, tillsatt av ett enzym som kallas primas. Därefter kommer det skapade gapet att fyllas i med nyligen syntetiserade nukleotider.

Den första är en molekyl som består av några få nukleotider som gör att DNA-polymerasaktivitet kan börja. Så det kommer alltid att vara närvarande vid replikeringshändelsen.

Om DNA-polymeraset lägger till en nukleotid som inte motsvarar, kan den korrigera den tack vare aktiviteten hos exonukleaset.

Exonukleasaktivitet i eukaryoter

De fem polymeraserna i dessa organismer betecknas med grekiska bokstäver. Endast gamma, delta och epsilon visar exonukleasaktivitet, alla i 3'-5'-riktningen.

Gamma-DNA-polymeras är relaterat till replikering av mitokondriellt DNA, medan de återstående två deltar i replikationen av det genetiska materialet som finns i kärnan och i dess reparation.

Degradering

Exonukleaser är viktiga enzymer för att ta bort vissa nukleinsyramolekyler som inte längre behövs av kroppen.

I vissa fall måste cellen förhindra verkan av dessa enzymer från att påverka nukleinsyrorna som måste bevaras.

Till exempel läggs en "cap" till messenger RNA. Detta består av metylering av en terminal guanin och två riboseenheter. Huvans funktion tros vara skyddet av DNA mot verkan av 5'-exonukleas.

exempel

Ett av de väsentliga exonukleaserna för upprätthållande av genetisk stabilitet är humant exonukleas I, förkortat hExo1. Detta enzym finns i olika DNA-reparationsvägar. Det är relevant för underhåll av telomerer.

Detta exonukleas tillåter reparation av luckorna i båda kedjorna, som, om de inte repareras, kan leda till kromosomala omarrangemang eller raderingar som resulterar i en patient med cancer eller för tidigt åldrande.

tillämpningar

Vissa exonukleaser är i kommersiellt bruk. Exonukleas I som tillåter nedbrytning av enkelbandsprimers (kan inte bryta ned dubbelbandssubstrat), exonukleas III används till exempel för platsriktad mutagenes och lambda-exonukleas kan användas för avlägsnande av en nukleotid belägen i 5'-änden av ett dubbelband-DNA.

Historiskt sett bestämde exonukleaser element i processen att belysa arten av bindningarna som höll ihop byggstenarna för nukleinsyror: nukleotider.

Vidare, i vissa äldre sekvenseringstekniker, kopplades verkan av exonukleaser med användning av masspektrometri.

Eftersom produkten från exonukleaset är den progressiva frisättningen av oligonukleotider, representerade den ett bekvämt verktyg för sekvensanalys. Även om metoden inte fungerade särskilt bra, var den användbar för korta sekvenser.

På detta sätt betraktas exonukleaser som mycket flexibla och ovärderliga verktyg i laboratoriet för manipulation av nukleinsyror.

Strukturera

Exonukleaser har en extremt varierad struktur, så det är inte möjligt att generalisera deras egenskaper. Detsamma kan extrapoleras för de olika typerna av nukleaser som vi hittar i levande organismer. Därför kommer vi att beskriva strukturen för ett punktenzym.

Exonuclease I (ExoI) taget från modellorganismen Escherichia coli är ett monomert enzym, involverat i rekombination och reparation av genetiskt material. Tack vare tillämpningen av kristallografiska tekniker illustrerades dess struktur.

Förutom polymeronets exonukleasdomän, inkluderar enzymet andra domäner som kallas SH3. Alla tre regionerna kombineras för att bilda ett slags C, även om vissa segment får enzymet att se ut som ett O.

referenser

1. Breyer, WA, & Matthews, BW (2000). Struktur för exerukleas från Escherichia coli Jag föreslår hur processivitet uppnås. Nature Structural & Molecular Biology, 7 (12), 1125.
2. Brown, T. (2011). Introduktion till genetik: En molekylär strategi. Garland Science.
3. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biokemi av Davidsons nukleinsyror. Jag vänt.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT, & Yuan, HS (2012). Hur en exonukleas bestämmer var den ska stoppa i trimning av nukleinsyror: kristallstrukturer i RNase T - produktkomplex. Nukleinsyraforskning, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V., & Eckert, KA (2002). Korrekturläsningen 3 ′ → 5 ′ exonukleasaktivitet för DNA-polymeraser: en kinetisk barriär mot translesions-DNA-syntes. Mutationsforskning / grundläggande och molekylära mekanismer för mutagenes, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodner, RD, & Marsischky, GT (1999). Eukaryotisk DNA-missanpassning. Aktuellt yttrande inom genetik och utveckling, 9 (1), 89–96.
7. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktur och funktion av nukleaser vid DNA-reparation: DNA-saxens form, grepp och blad. Oncogen, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., & Beese, LS (2011). Strukturer av humant exonukleas-DNA-komplex antyder en enhetlig mekanism för nukleasfamilj. Cell, 145 (2), 212-223.
9. Yang, W. (2011). Nukleaser: mångfald av struktur, funktion och mekanism. Kvartalsöversikter av Biofysik, 44 (1), 1-93.