NUKLEASER: EGENSKAPER, STRUKTUR, TYPER OCH FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

De nukleaser är enzymer som är ansvariga för förnedrande nukleinsyror. De gör detta genom hydrolys av fosfodiesterbindningarna som håller nukleotider ihop. Av denna anledning är de också kända i litteraturen som fosfodiesteraser. Dessa enzymer finns i nästan alla biologiska enheter och spelar grundläggande roller i DNA-replikering, reparation och andra processer.

I allmänhet kan vi klassificera dem beroende på vilken typ av nukleinsyror som de klyver: nukleaser vars substrat är RNA kallas ribonukleaser, och de av DNA är kända som deoxyribonukleaser. Det finns några icke-specifika sådana som kan försämra både DNA och RNA.

Fosfodiesterbindning. Källa: Xvazquez

En annan klassificering som används allmänt beror på enzymens verkan. Om det gör sitt jobb gradvis och börjar i ändarna av nukleinsyrakedjan kallas de exonukleaser. Däremot, om brottet inträffar vid en inre punkt i kedjan, kallas de endonukleaser.

För närvarande används vissa endonukleaser i stor utsträckning i rekombinant DNA-teknik i molekylärbiologiska laboratorier. Dessa är ovärderliga verktyg för experimentell manipulation av nukleinsyror.

egenskaper

Nukleaser är biologiska molekyler av proteinart och med enzymatisk aktivitet. De kan hydrolysera bindningarna som sammanfogar nukleotider i nukleinsyror.

De verkar genom en allmän syrabasskatalys. Denna reaktion kan delas in i tre grundläggande steg: nukleofil attack, bildandet av en negativt laddad mellanprodukt och, som ett sista steg, brytningen av bindningen.

Det finns en typ av enzym som kallas polymeraser, som ansvarar för katalysering av syntesen av både DNA (i replikering) och RNA (i transkription). Vissa typer av polymeraser uppvisar nukleasaktivitet. Liksom polymeraser uppvisar även andra relaterade enzymer denna aktivitet.

Strukturera

Nukleaser är en extremt heterogen uppsättning av enzymer, där det finns liten relation mellan deras struktur och verkningsmekanism. Med andra ord finns det en drastisk variation mellan strukturen för dessa enzymer, så vi kan inte nämna någon struktur som är gemensam för alla.

typer

Det finns flera typer av nukleaser och också olika system för att klassificera dem. I den här artikeln kommer vi att diskutera två huvudklassificeringssystem: beroende på vilken typ av nukleinsyra de bryter ned och enligt hur enzymet attackeras.

Om läsaren är intresserad kan de leta efter en tredje mer omfattande klassificering baserat på funktionen för varje nukleas (se Yang, 2011).

Det är nödvändigt att nämna att nukleaser också finns i dessa enzymatiska system som inte är specifika för deras substrat och kan bryta ned båda typerna av nukleinsyror.

Beroende på det använda substratets specificitet

Det finns två typer av nukleinsyror som är praktiskt taget allestädes närvarande för organiska varelser: deoxiribonukleinsyra, eller DNA, och ribonukleinsyra, RNA. De specifika enzymerna som bryter ned DNA kallas deoxyribonukleaser, och RNA, ribonukleaser.

Enligt formen av attack

Om nukleinsyrakedjan attackeras endolytiskt, det vill säga i inre regioner i kedjan, kallas enzymet ett endonukleas. Den alternativa attacken inträffar gradvis i den ena änden av kedjan och enzymerna som utför den är exonukleaser. Handlingen av varje enzym resulterar i olika konsekvenser.

Eftersom exonukleaser separerar nukleotider steg för steg är effekterna på substratet inte särskilt drastiska. Tvärtom, effekten av endonukleaser är mer uttalad, eftersom de kan klyva kedjan på olika punkter. Det senare kan till och med ändra DNA-lösningens viskositet.

Exonukleaser var avgörande element för att belysa arten av bindningen som höll nukleotider ihop.

Specificiteten för klyvningsplatsen för endonukleas varierar. Det finns vissa typer (såsom enzymet deoxyribonukleas I) som kan skäras på icke-specifika platser, vilket ger relativt slumpmässiga snitt med avseende på sekvens.

Däremot har vi mycket specifika endonukleaser som endast skärs vid vissa sekvenser. Vi kommer att förklara senare hur molekylärbiologer utnyttjar denna egenskap.

Det finns vissa nukleaser som kan fungera som både endo- och exonukleaser. Ett exempel på detta är den så kallade mikrokoniska nukleasen.

Funktioner

Nukleaser katalyserar en rad reaktioner som är nödvändiga för livet. Nukleasaktivitet är ett väsentligt element i DNA-replikering, eftersom de hjälper till att eliminera primern eller primern och delta i korrigering av fel.

På detta sätt medieras två processer som är så relevanta som rekombination och DNA-reparation av nukleaser.

Det bidrar också till att generera strukturella förändringar i DNA, såsom topoisomerisering och platsspecifik rekombination. För att alla dessa processer ska äga rum är ett tillfälligt avbrott av fosfodiesterbindningen nödvändigt, utfört av nukleaser.

I RNA deltar nukleaser också i grundläggande processer. Till exempel vid mognad av messenger och vid bearbetning av störande RNA: er. På samma sätt är de involverade i processerna med programmerad celldöd eller apoptos.

I encelliga organismer representerar nukleaser ett försvarssystem som gör att de kan smälta främmande DNA som kommer in i cellen.

Användningsområden: restriktionsenzymer

Molekylärbiologer drar nytta av specificiteten hos vissa nukleaser som kallas specifika restriktionsnukleaser. Biologer hade märkt att bakterier kunde smälta främmande DNA som infördes genom tekniker på laboratoriet.

Genom att gräva djupare in i detta fenomen upptäckte forskare restriktionsnukleaser - enzymer som skär DNA vid vissa nukleotidsekvenser. De är en typ av "molekylsax" och vi finner dem producerade till salu.

Bakterier-DNA är "immun" mot denna mekanism, eftersom det skyddas av kemiska modifieringar i sekvenserna som främjar nedbrytning. Varje art och bakteriestam har sina specifika nukleaser.

Dessa molekyler är mycket användbara eftersom de säkerställer att skärningen alltid kommer att göras på samma plats (4 till 8 nukleotider i längd). De används i rekombinant DNA-teknik.

Alternativt påverkar närvaron av nukleaser negativt i vissa rutinmässiga procedurer (såsom PCR) processen, eftersom de smälter materialet som måste analyseras. Av detta skäl är det i vissa fall nödvändigt att applicera hämmare av dessa enzymer.

referenser

1. Brown, T. (2011). Introduktion till genetik: En molekylär strategi. Garland Science.
2. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biokemi av Davidsons nukleinsyror. Jag vänt.
3. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktur och funktion av nukleaser vid DNA-reparation: DNA-saxens form, grepp och blad. Oncogen, 21 (58), 9022.
4. Stoddard, BL (2005). Inhemsk endonukleasstruktur och funktion. Kvartalsöversikter av Biofysik, 38 (1), 49-95.
5. Yang, W. (2011). Nukleaser: mångfald av struktur, funktion och mekanism. Kvartalsöversikter av Biofysik, 44 (1), 1-93.