ЕКЗОНУКЛЕАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

У екзонуклеаза є тип нуклеаз , які перетравлюють нуклеїнові кислоти з допомогою однієї зі своїх вільних кінців - або 3 «або 5». Результатом є прогресивне засвоєння генетичного матеріалу, вивільнення нуклеотидів по одному. Протилежні цим ферментам є ендонуклеази, які гідролізують нуклеїнові кислоти у внутрішніх ділянках ланцюга.

Ці ферменти працюють гідролізом фосфодіефірних зв'язків нуклеотидного ланцюга. Вони беруть участь у підтримці стабільності геному і в різних аспектах клітинного обміну.

Джерело: Christopherrussell

Зокрема, як у прокаріотичних, так і в еукаріотичних лініях ми знаходимо різні типи екзонуклеаз, які беруть участь у реплікації та репарації ДНК, а також у дозріванні та деградації РНК.

характеристики

Екзонуклеази - це тип нуклеаз, які гідролізують фосфодіефірні зв’язки ланцюгів нуклеїнових кислот прогресивно на одному з їх кінців, або 3 ', або 5'.

Фосфодіефірний зв’язок утворюється ковалентним зв’язком між гідроксильною групою, розташованою на 3 'вуглеці, і фосфатною групою, розташованою на 5' вуглецю. Об'єднання між обома хімічними групами призводить до подвійної зв'язку типу ефіру. Функція екзонуклеаз - і нуклеаз загалом - полягає в розриві цих хімічних зв’язків.

Існує велика різноманітність екзонуклеаз. Ці ферменти можуть використовувати ДНК або РНК як субстрат, залежно від типу нуклеази. Таким же чином молекула може бути одно- або двосмуговою.

Особливості

Одним з найважливіших аспектів підтримки життєдіяльності організму в оптимальних умовах є стабільність геному. На щастя, генетичний матеріал має низку дуже ефективних механізмів, які дозволяють відновити його, якщо на нього вплинути.

Ці механізми вимагають контрольованого розриву фосфодіефірних зв’язків, і, як було сказано, нуклеази - це ферменти, які виконують цю життєву функцію.

Полімерази - це ферменти, присутні як у еукаріотів, так і у прокаріотів, які беруть участь у синтезі нуклеїнових кислот. Для бактерій було охарактеризовано три типи, а в еукаріотів - п'ять. У цих ферментах активність екзонуклеаз необхідна для виконання їх функцій. Далі ми побачимо, як вони це роблять.

Екзонуклеазна активність у бактерій

У бактерій усі три полімерази мають екзонуклеазну активність. Полімераза I має активність у двох напрямках: 5'-3 'та 3'-5', тоді як II і III проявляють активність лише у напрямку 3'-5 '.

Активність 5'-3 'дозволяє ферменту видалити праймер з РНК, доданий ферментом, званим примазою. Згодом створений проміжок заповниться новосинтезованими нуклеотидами.

Перший - це молекула, що складається з кількох нуклеотидів, що дозволяє починати активність ДНК-полімерази. Тому він завжди буде присутній на заході реплікації.

Якщо ДНК-полімераза додає нуклеотид, який не відповідає, він може виправити це завдяки активності екзонуклеази.

Активність екзонуклеази в еукаріот

П’ять полімераз у цих організмах позначаються грецькими літерами. Тільки гама, дельта та епсилон демонструють активність екзонуклеаз, все в напрямку 3'-5 '.

Гамма-ДНК-полімераза пов'язана з реплікацією мітохондріальної ДНК, а дві інші беруть участь у реплікації генетичного матеріалу, розташованого в ядрі, і в його репарації.

Деградація

Екзонуклеази - це ключові ферменти для видалення певних молекул нуклеїнової кислоти, які вже не потрібні організму.

У деяких випадках клітина повинна перешкоджати дії цих ферментів на вплив нуклеїнових кислот, які повинні зберігатися.

Наприклад, до месенджерної РНК додається "кришка". Складається з метилювання кінцевого гуаніну та двох одиниць рибози. Вважається, що функція ковпачка - захист ДНК від дії 5 'екзонуклеази.

Приклади

Однією з важливих екзонуклеаз для підтримки генетичної стабільності є екзонуклеаза I людини, скорочена як hExo1. Цей фермент знаходиться в різних шляхах відновлення ДНК. Це актуально для утримання теломерів.

Ця екзонуклеаза дозволяє виправити прогалини в обох ланцюгах, які, якщо їх не відремонтувати, можуть призвести до хромосомних перестановок або делецій, що призводять до того, що пацієнт може мати рак або передчасне старіння.

Програми

Деякі екзонуклеази є у комерційному застосуванні. Наприклад, екзонуклеаза I, яка дозволяє деградувати однодіапазонні праймери (не може погіршити двосмугові субстрати), екзонуклеаза III використовується для адресованого мутагенезом ділянок, а екстрануклеаза лямбда може бути використана для видалення нуклеотиду, розташованого в 5 'кінець дводіапазонної ДНК.

Історично склалося, що екзонуклеази були визначальними елементами в процесі з'ясування природи зв’язків, які утримували разом будівельні блоки нуклеїнових кислот: нуклеотиди.

Крім того, у деяких старих методах секвенування дію екзонуклеаз поєднували із застосуванням мас-спектрометрії.

Оскільки продуктом екзонуклеази є прогресуюче вивільнення олігонуклеотидів, він представляв собою зручний інструмент для аналізу послідовностей. Хоча метод не дуже добре працював, він був корисним для коротких послідовностей.

Таким чином, екзонуклеази вважаються дуже гнучким і неоціненним засобом в лабораторії для маніпуляції нуклеїновими кислотами.

Будова

Екзонуклеази мають надзвичайно різноманітну структуру, тому узагальнити їх характеристики неможливо. Те саме можна екстраполювати для різних типів нуклеаз, які ми знаходимо в живих організмах. Тому ми опишемо структуру точкового ферменту.

Екзонуклеаза I (ExoI), взята з модельного організму Escherichia coli, є мономерним ферментом, що бере участь у рекомбінації та відновленні генетичного матеріалу. Завдяки застосуванню кристалографічних методик було проілюстровано його структуру.

Крім екзонуклеазного домену полімерази, фермент включає інші домени, звані SH3. Усі три регіони об'єднуються, утворюючи різновид C, хоча деякі сегменти роблять фермент схожим на O.

Список літератури

1. Breyer, WA, & Matthews, BW (2000). Структура екзонуклеази кишкової палички Я підказує, як досягається процесивність. Структура природи та молекулярна біологія, 7 (12), 1125.
2. Браун, Т. (2011). Вступ до генетики: молекулярний підхід. Гарленд Наука.
3. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Біохімія нуклеїнових кислот Девідсона. Я перевернувся.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT, & Yuan, HS (2012). Як екзонуклеаза вирішує, де зупинитися в обрізанні нуклеїнових кислот: кристалічні структури РНКази Т - продуктові комплекси. Дослідження нуклеїнових кислот, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V., & Eckert, KA (2002). Коректура 3 '→ 5' екзонуклеазної активності ДНК полімераз: кінетичний бар'єр для синтезу ДНК транлезії. Дослідження мутацій / Фундаментальні та молекулярні механізми мутагенезу, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodner, RD, & Marsischky, GT (1999). Виправлення невідповідності еукаріотичної ДНК. Сучасна думка в галузі генетики та розвитку, 9 (1), 89–96.
7. Нішино, Т., Морікава, К. (2002). Структура та функції нуклеаз при репарації ДНК: форма, зчеплення та лезо ножиць ДНК. Онкоген, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., & Beese, LS (2011). Структури комплексів ДНК людини з екзонуклеазою 1 пропонують єдиний механізм сімейства нуклеаз. Сота, 145 (2), 212-223.
9. Ян, В. (2011). Нуклеази: різноманітність структури, функції та механізму. Щоквартальні огляди біофізики, 44 (1), 1-93.