EXONUCLEAZĂ: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Cele exonucleazele sunt un tip de nucleaze care digeră acizi nucleici prin unul dintre capetele lor libere - fie 3 „sau 5“. Rezultatul este o digestie progresivă a materialului genetic, eliberând nucleotidele unul câte unul. Contrapartida acestor enzime sunt endonucleazele, care hidrolizează acizii nucleici în secțiunile interne ale lanțului.

Aceste enzime funcționează prin hidroliza legăturilor fosfodiester din lanțul de nucleotide. Ei participă la menținerea stabilității genomului și la diferite aspecte ale metabolismului celular.

Sursa: Christopherrussell

Mai exact, atât în ​​linia procariotă, cât și în cea eucariotă, găsim diferite tipuri de exonucleaze care participă la replicarea și repararea ADN-ului și la maturizarea și degradarea ARN-ului.

caracteristici

Exonucleazele sunt un tip de nucleaze care hidrolizează legăturile de fosfodiester ale lanțurilor de acid nucleic progresiv la unul dintre capetele lor, fie cele 3 ', fie cele 5'.

O legătură fosfodiester este formată de legătura covalentă între o grupare hidroxil situată la carbonul 3 'și o grupare fosfat situată la carbonul 5'. Unirea între ambele grupuri chimice are ca rezultat o dublă legătură de tip ester. Funcția exonucleazelor - și a nucleazelor în general - este de a rupe aceste legături chimice.

Există o mare varietate de exonucleaze. Aceste enzime pot utiliza ADN sau ARN ca substrat, în funcție de tipul nucleazei. În același mod, molecula poate fi o singură bandă sau dublă.

Caracteristici

Unul dintre aspectele critice pentru menținerea vieții unui organism în condiții optime este stabilitatea genomului. Din fericire, materialul genetic are o serie de mecanisme foarte eficiente care permit repararea acestuia, dacă este afectat.

Aceste mecanisme necesită ruperea controlată a legăturilor fosfodiester și, după cum am menționat, nucleazele sunt enzimele care îndeplinesc această funcție vitală.

Polimerazele sunt enzime prezente atât în ​​eucariote, cât și în procariote care participă la sinteza acizilor nucleici. În bacterii, trei tipuri au fost caracterizate și în eucariote cinci. În aceste enzime, activitatea exonucleazelor este necesară pentru a-și îndeplini funcțiile. În continuare vom vedea cum o fac.

Activitatea exonucleazei în bacterii

În bacterii, toate cele trei polimeraze au activitate exonucleazică. Polimeraza I are activitate în două direcții: 5'-3 'și 3'-5', în timp ce II și III arată doar activitate pe direcția 3'-5 '.

Activitatea 5'-3 'permite enzimei să îndepărteze primerul din ARN, adăugat de o enzimă numită primază. Ulterior, golul creat va fi completat cu nucleotide nou sintetizate.

Prima este o moleculă formată din câteva nucleotide care permite începerea activității ADN-polimerazei. Deci, va fi întotdeauna prezent la evenimentul de replicare.

Dacă ADN-polimeraza adaugă un nucleotid care nu corespunde, îl poate corecta datorită activității exonucleazei.

Activitatea exonucleazei în eucariote

Cele cinci polimeraze din aceste organisme sunt notate cu litere grecești. Doar gama, delta și epsilon prezintă activitate de exonuclează, toate pe direcția 3'-5 '.

Gamma ADN polimeraza este legată de replicarea ADN-ului mitocondrial, în timp ce restul de doi participă la replicarea materialului genetic localizat în nucleu și la repararea acestuia.

Degradare

Exonucleazele sunt enzime cheie în eliminarea anumitor molecule de acid nucleic care nu mai sunt necesare de către organism.

În unele cazuri, celula trebuie să împiedice acțiunea acestor enzime să afecteze acizii nucleici care trebuie conservați.

De exemplu, un "capac" este adăugat la ARN-ul mesager. Aceasta constă în metilarea unei guanine terminale și a două unități ribozice. Funcția capacului este considerată a fi protecția ADN-ului împotriva acțiunii exonucleazei 5 '.

Exemple

Una dintre exonucleazele esențiale pentru menținerea stabilității genetice este exonucleasa I umană, prescurtată ca hExo1. Această enzimă se găsește pe diferite căi de reparație a ADN-ului. Este relevant pentru întreținerea telomerelor.

Această exonuclează permite repararea lacunelor din ambele lanțuri, care, dacă nu sunt reparate, pot duce la rearanjări cromozomiale sau ștergeri care duc la un pacient cu cancer sau îmbătrânire prematură.

Aplicații

Unele exonucleaze sunt în uz comercial. De exemplu, exonucleaza I care permite degradarea primerilor cu o singură bandă (nu poate degrada substraturile cu bandă dublă), exonucleaza III este utilizată pentru mutageneza direcționată pe loc și lambda exonuclează poate fi utilizată pentru îndepărtarea unei nucleotide localizate în 5 'capătul ADN-ului cu bandă dublă.

Istoric, exonucleazele au fost elemente determinante în procesul de elucidare a legăturilor care au ținut împreună blocurile de construcție ale acizilor nucleici: nucleotide.

Mai mult, în unele tehnici de secvențare mai vechi, acțiunea exonucleazelor a fost cuplată cu utilizarea spectrometriei de masă.

Deoarece produsul exonucleazei este eliberarea progresivă a oligonucleotidelor, a reprezentat un instrument convenabil pentru analiza secvenței. Deși metoda nu a funcționat foarte bine, a fost utilă pentru secvențe scurte.

În acest fel, exonucleazele sunt considerate instrumente foarte flexibile și neprețuite în laborator pentru manipularea acizilor nucleici.

Structura

Exonucleazele au o structură extrem de variată, astfel încât nu este posibilă generalizarea caracteristicilor acestora. Același lucru poate fi extrapolat pentru diferitele tipuri de nucleaze pe care le găsim în organismele vii. Prin urmare, vom descrie structura unei enzime punctuale.

Exonuclează I (ExoI) prelevată de la organismul model Escherichia coli este o enzimă monomerică, implicată în recombinarea și repararea materialului genetic. Datorită aplicării tehnicilor cristalografice, structura acesteia a fost ilustrată.

În plus față de domeniul exonucleazei al polimerazei, enzima include și alte domenii numite SH3. Toate cele trei regiuni se combină pentru a forma un fel de C, deși unele segmente fac ca enzima să pară similară cu O.

Referințe

1. Breyer, WA, și Matthews, BW (2000). Structura exonucleazei Escherichia coli I sugerează cum se realizează procesivitatea. Nature Structural & Molecular Biology, 7 (12), 1125.
2. Brown, T. (2011). Introducere în genetică: o abordare moleculară. Garland Science.
3. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biochimia acizilor nucleici de la Davidson. Am inversat.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT și Yuan, HS (2012). Modul în care o exonuclează decide unde să se oprească în tunderea acizilor nucleici: structurile cristaline ale RNazei T - complexe de produs. Cercetarea acizilor nucleici, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V., & Eckert, KA (2002). Proverbirea activității exonucleazei 3 ′ → 5 ′ a polimerazelor ADN: o barieră cinetică pentru sinteza ADN-ului de tranziție. Cercetarea mutațiilor / Mecanisme fundamentale și moleculare ale mutagenezei, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodner, RD, & Marsischky, GT (1999). Reparație de nepotrivire a ADN-ului eucariot. Opinia actuală în domeniul geneticii și dezvoltării, 9 (1), 89–96.
7. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Structura și funcția nucleazelor în repararea ADN-ului: forma, prinderea și lama foarfecelor ADN. Oncogene, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., & Beese, LS (2011). Structurile complexelor umane de exonuclează 1 sugerează un mecanism unificat pentru familia nucleazelor. Celulă, 145 (2), 212-223.
9. Yang, W. (2011). Nucleaze: diversitate de structură, funcție și mecanism. Recenzii trimestriale de biofizică, 44 (1), 1-93.