IZVLEČEK: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA IN FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

V eksonukleaze so vrsta nukleazami, ki raztapljajo nukleinskih kislin po enem od svojih prostih koncih - bodisi 3 'ali 5'. Rezultat je postopna prebava genskega materiala, pri čemer se nukleotidi sproščajo drug za drugim. Protivnik tem encimom so endonukleze, ki hidrolizirajo nukleinske kisline v notranjih odsekih verige.

Ti encimi delujejo s hidrolizo fosfodiesterskih vezi nukleotidne verige. Sodelujejo pri ohranjanju stabilnosti genoma in pri različnih vidikih celične presnove.

Vir: Christopherrussell

Natančneje, tako v prokariotskih kot evkariontskih rodovih najdemo različne vrste eksonekule, ki sodelujejo pri podvajanju in popravljanju DNK ter pri zorenju in razgradnji RNA.

značilnosti

Eksonokleleze so vrsta nukleozidov, ki hidrolizirajo fosfodiesterske vezi verig nukleinskih kislin postopoma na enem od njihovih koncev, bodisi 3 'bodisi 5'.

Fosfodiesterska vez tvori kovalentna vez med hidroksilno skupino, ki se nahaja na 3 'ogljiku, in fosfatno skupino, ki je nameščena na 5' ogljiku. Zveza med obema kemijskima skupinama ima dvojno vez tipa estrov. Funkcija eksonukleze - in nukleaze na splošno - je, da prekine te kemične vezi.

Obstaja velika raznolikost izvlečkov. Ti encimi lahko uporabljajo DNK ali RNK kot substrat, odvisno od vrste nukleusa. Na enak način je molekula lahko enojna ali dvopasovna.

Lastnosti

Eden kritičnih vidikov za ohranjanje življenja organizma v optimalnih pogojih je stabilnost genoma. Na srečo ima genetski material vrsto zelo učinkovitih mehanizmov, ki omogočajo njegovo popravljanje, če je prizadet.

Ti mehanizmi zahtevajo nadzorovano razbijanje fosfodiesterskih vezi in, kot rečeno, so nukleazi encimi, ki izpolnjujejo to vitalno funkcijo.

Polimeraze so encimi, prisotni tako v evkariotih kot v prokariotih, ki sodelujejo pri sintezi nukleinskih kislin. Pri bakterijah so bile značilne tri vrste, pri evkariontih pa pet. V teh encimih je delovanje eksonuklus potrebno za izpolnitev njihovih funkcij. Nato bomo videli, kako to počnejo.

Aktivnost eksonukleaze pri bakterijah

Pri bakterijah imajo vse tri polimeraze eksonukleazno delovanje. Polimeraza I ima aktivnost v dveh smereh: 5'-3 'in 3'-5', medtem ko II in III kažeta aktivnost le v 3'-5 'smeri.

Aktivnost 5'-3 'omogoča encimu, da odstrani osnovni premaz iz RNK, ki mu ga doda encim, imenovan primaza. Nato se bo nastala vrzel zapolnila z na novo sintetiziranimi nukleotidi.

Prva je molekula, sestavljena iz nekaj nukleotidov, ki omogoča začetek aktivnosti DNK polimeraze. Torej bo vedno prisoten na podvajanju.

Če DNK polimeraza doda nukleotid, ki ne ustreza, ga lahko popravi zahvaljujoč aktivnosti eksonukleaze.

Aktivnost eksonukleaze v evkariotih

Pet polimeraz v teh organizmih označujemo z grškimi črkami. Samo gama, delta in epsilon kažejo eksonukleazno aktivnost, vse v smeri 3'-5 '.

Polimeraza gama DNA je povezana z razmnoževanjem mitohondrijske DNK, preostala dva pa sodelujeta v podvajanju genskega materiala, ki se nahaja v jedru in pri njegovem popravljanju.

Degradacija

Eksonokleaze so ključni encimi pri odstranjevanju nekaterih molekul nukleinske kisline, ki jih telo ne potrebuje več.

V nekaterih primerih mora celica preprečiti, da bi delovanje teh encimov vplivalo na nukleinske kisline, ki jih je treba ohraniti.

Na primer, mesna RNA je dodana "kapica". To je sestavljeno iz metilacije terminalnega gvanina in dveh riboznih enot. Verjame se, da je funkcija pokrovke zaščita DNK pred delovanjem 5 'eksonukleaze.

Primeri

Ena izmed osnovnih eksonuklez za ohranjanje genske stabilnosti je humana eksonukleza I, okrajšana kot hExo1. Ta encim najdemo v različnih poteh popravljanja DNK. Pomembno je za vzdrževanje telomer.

Ta eksonukleaza omogoča popravljanje vrzeli v obeh verigah, kar lahko, če se ne popravi, privede do kromosomske preureditve ali izbrisov, kar povzroči bolnika z rakom ali prezgodnjim staranjem.

Prijave

Nekatere eksonukleaze so v komercialni uporabi. Na primer, eksonukleaza I, ki omogoča razgradnjo enojnih pasov (ne more razgraditi dvopojasnih substratov), ​​se eksonukleaza III uporablja za mutagenezo, usmerjeno na mesto, in lambda eksonuklaza se lahko uporablja za odstranitev nukleotida, ki se nahaja v 5 'konec DNA dvojnega pasu.

Zgodovinsko gledano so eksonukleaze določevale elemente v procesu razjasnjevanja narave vezi, ki so združile gradnike nukleinskih kislin: nukleotide.

Poleg tega je bilo v nekaterih starejših tehnikah sekvenciranja delovanje eksonuklese skupaj z uporabo masne spektrometrije.

Ker je produkt eksonukleaze postopno sproščanje oligonukleotidov, je predstavljalo priročno orodje za analizo zaporedja. Čeprav metoda ni delovala zelo dobro, je bila uporabna za kratke sekvence.

Tako eksonukleze veljajo za zelo prilagodljivo in neprecenljivo orodje v laboratoriju za manipulacijo z nukleinskimi kislinami.

Struktura

Eksonokleaze imajo izjemno raznoliko strukturo, zato ni mogoče posploševati njihovih značilnosti. Enako je mogoče ekstrapolirati za različne vrste nukleoidov, ki jih najdemo v živih organizmih. Zato bomo opisali strukturo točkovnega encima.

Izvleček I (ExoI), vzet iz vzorčnega organizma Escherichia coli je monomerni encim, ki sodeluje pri rekombinaciji in obnavljanju genskega materiala. Zahvaljujoč uporabi kristalografskih tehnik je bila ilustrirana njegova struktura.

Poleg eksonukleazne polimeraze encim vključuje tudi druge domene, imenovane SH3. Vse tri regije se združijo in tvorijo nekakšen C, čeprav nekateri segmenti naredijo encim podoben O.

Reference

1. Breyer, WA, & Matthews, BW (2000). Struktura eksonukleaze Escherichia coli Predlagam, kako dosežemo procesnost. Naravna strukturna in molekularna biologija, 7 (12), 1125.
2. Brown, T. (2011). Uvod v genetiko: molekularni pristop. Garland Science.
3. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biokemija nukleinskih kislin Davidsona. Sem obrnil.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT, in Yuan, HS (2012). Kako se eksonukleaza odloči, kje se ustaviti pri obrezovanju nukleinskih kislin: kristalne strukture kompleksov produkta RNase T. Raziskave nukleinskih kislin, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V., & Eckert, KA (2002). Lektoriranje 3 ′ → 5 ′ eksonukleazne aktivnosti DNK polimeraz: kinetična ovira za sintezo translacijske DNA. Mutacijske raziskave / Temeljni in molekularni mehanizmi mutageneze, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodner, RD, in Marsischky, GT (1999). Eukariotsko popravilo neskladja DNK. Trenutno mnenje o genetiki in razvoju, 9 (1), 89–96.
7. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktura in funkcija nukleusov pri popravilu DNK: oblika, oprijem in rezilo škarj DNK. Onkogen, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., & Beese, LS (2011). Strukture človeških DNA kompleksov eksonukle 1 predlagajo poenoten mehanizem za družino nukleozidov. Celica, 145 (2), 212-223.
9. Yang, W. (2011). Nucleases: raznolikost strukture, funkcije in mehanizma. Četrtletni pregledi biofizike, 44 (1), 1–93.