EXONUCLEASE: מאפיינים, מבנה ותפקודים - ביולוגיה - 2025

אקסונוקלאז הן סוג של nucleases אשר לעכל חומצות גרעין ידי אחד הקצוות שלהם בחינם - או 3 "או 5". התוצאה היא עיכול מתקדם של החומר הגנטי, ומשחרר את הנוקלאוטידים בזה אחר זה. המקביל לאנזימים אלו הם אנדונוקליזות, הממצים הידרוליזה של חומצות גרעין בחלקים פנימיים של השרשרת.

אנזימים אלה פועלים על ידי הידרוליזה של קשרי הפוספודיאסטר בשרשרת הנוקלאוטיד. הם משתתפים בשמירה על יציבות הגנום ובהיבטים שונים של חילוף החומרים התאיים.

מקור: כריסטופרוס

באופן ספציפי, הן בשושלות פרוקריוטיות והן באוקראוטיות אנו מוצאים סוגים שונים של exonuclease שמשתתפים בשכפול ותיקון DNA ובבשלות RNA והשפלות.

מאפיינים

אקונוקליזות הן סוג של גרעינים הממצים הידרוליזה של קשרי הפוספודיאסטר של שרשרות חומצות גרעין באופן הדרגתי באחד מקצותיהם, או 3 'או 5'.

קשר פוספודיאסטר נוצר על ידי הקשר הקוואלינטי בין קבוצת הידרוקסיל הממוקמת בפחמן 3 'לבין קבוצת פוספט הממוקמת בפחמן 5'. האיחוד בין שתי הקבוצות הכימיות מביא לקשר כפול מסוג אסטר. תפקידם של exonucleases - ו nuclease באופן כללי - הוא לשבור את הקשרים הכימיים האלה.

יש מגוון גדול של exonucleases. אנזימים אלו יכולים להשתמש ב- DNA או RNA כמצע, תלוי בסוג הגרעין. באותו אופן, המולקולה יכולה להיות פס יחיד או כפול.

מאפיינים

אחד ההיבטים הקריטיים לשמירה על חיי אורגניזם בתנאים מיטביים הוא יציבות הגנום. למרבה המזל, לחומר הגנטי יש שורה של מנגנונים יעילים מאוד המאפשרים את תיקונו, אם הוא מושפע.

מנגנונים אלה דורשים שבירה מבוקרת של קשרי פוספודיאסטר, וכאמור גרעינים הם האנזימים הממלאים תפקיד חיוני זה.

פולימראזות הם אנזימים הנמצאים הן באוקריוטות והן בפרוקריוטים שמשתתפים בסינתזה של חומצות גרעין. בחיידקים התאפיינו שלושה סוגים ובאוקריוטים חמישה. באנזימים אלה יש צורך בפעילות של exonuclease כדי למלא את תפקידיהם. בשלב הבא נראה איך הם עושים את זה.

פעילות אקונוקליזית בחיידקים

בחיידקים, כל שלושת הפולימראזות פועלים באופן אקונוקליז. בפולימראז I פעילות בשני כיוונים: 5'-3 'ו- 3'-5' ואילו II ו- III מראים רק פעילות בכיוון 3'-5 '.

הפעילות 5'-3 'מאפשרת לאנזים להוציא את הפריימר מה- RNA, נוסף על ידי אנזים הנקרא פרימאס. בהמשך, הפער שנוצר יתמלא בנוקלאוטידים שנוצרו לאחרונה.

הראשונה היא מולקולה המורכבת מכמה נוקלאוטידים המאפשרת להתחיל בפולימראז DNA של DNA. כך שהוא תמיד יהיה נוכח באירוע השכפול.

אם פולימראז ה- DNA מוסיף נוקלאוטיד שאינו תואם, הוא יכול לתקן אותו בזכות פעילות האקסונוקליז.

פעילות אקסונוקליזית באוקריוטות

חמשת הפולימראזות באורגניזמים אלה מסומנות באותיות יווניות. רק גמא, דלתא ואפסילון מראים פעילות אקסונוקליזית, והכל בכיוון 3'-5 '.

פולימראז DNA של גמא קשור לשכפול של ה- DNA המיטוכונדריאלי, בעוד ששני הנותרים משתתפים בשכפול החומר הגנטי שנמצא בגרעין ובתיקונו.

הַשׁפָּלָה

אקונוקליזות הם אנזימים מרכזיים בהסרת מולקולות מסוימות של חומצות גרעין שכבר אינן נחוצות לגוף.

במקרים מסוימים, על התא למנוע את פעולתם של אנזימים אלה על חומצות הגרעין שיש לשמור.

לדוגמה, "כובע" מתווסף ל- RNA של המסנג'ר. זה מורכב ממתילציה של גואנין סופני ושתי יחידות ריבוז. על פי ההערכה, תפקידו של הכובע הוא ההגנה על ה- DNA מפני פעולת האקסונוקליז 5 '.

דוגמאות

אחד האקסונוקליזות החיוניים לשמירה על היציבות הגנטית הוא האקסונוקליז האנושי I, המקוצר כ- hExo1. אנזים זה נמצא בנתיבי תיקון DNA שונים. זה רלוונטי לתחזוקת הטלומרים.

Exonuclease זה מאפשר לתקן את הפערים בשתי השרשראות, שאם הם אינם מתוקנים, עלולים להוביל לסידורים או מחיקות כרומוזומליות אשר גורמות לחולה סרטן או להזדקנות מוקדמת.

יישומים

כמה exonucleases נמצאים בשימוש מסחרי. לדוגמה, אקונוקליז I המאפשר השפלה של פריימרים עם רצועה יחידה (לא מצליח לבזות מצעים בעלי רצועה כפולה), exonuclease III משמש למוטגנזה מכוונת אתרים וניתן להשתמש באקסונוקליזה למבדה להסרת גרעין שנמצא באזור סוף 5 'של DNA כפול.

באופן היסטורי, exonuclease קבעו מרכיבים בתהליך הבהרת אופי הקשרים שהחזיקו יחד את אבני הבניין של חומצות גרעין: נוקלאוטידים.

יתר על כן, בכמה טכניקות רצף ישנות יותר הפעולה של אקונוקליזות הייתה יחד עם השימוש בספקטרומטריה המונית.

מכיוון שהתוצר של האקסונוקליז הוא שחרור מתקדם של אוליגונוקלאוטידים, הוא ייצג כלי נוח לניתוח רצף. למרות שהשיטה לא עבדה טוב מאוד, היא הייתה שימושית עבור רצפים קצרים.

באופן זה נחשבים exonuclease ככלי מאוד גמישים ובלתי יסולא בפז במעבדה לטיפול בחומצות גרעין.

מִבְנֶה

Exonucleases יש מבנה מגוון במיוחד, כך שלא ניתן להכליל את המאפיינים שלהם. אותו דבר ניתן להמחיש עבור הסוגים השונים של גרעינים שאנו מוצאים באורגניזמים חיים. לכן, נתאר את המבנה של אנזים נקודתי.

Exonuclease I (ExoI) שנלקח מהאורגניזם המודל Escherichia coli הוא אנזים מונומרי, המעורב בשילוב מחדש ותיקון של חומר גנטי. הודות ליישום הטכניקות הקריסטלוגרפיות, הוכח מבנהו.

בנוסף לתחום האקסונוקליז של הפולימראז, האנזים כולל תחומים אחרים הנקראים SH3. כל שלושת האזורים משתלבים יחד ליצירת סוג של C, למרות שכמה קטעים גורמים לאנזים להיראות דומה ל- O.

הפניות

1. Breyer, WA ומתיוס, BW (2000). מבנה exonuclease של Escherichia coli אני מציע כיצד משיגים תהליכים. ביולוגיה טבעית מבנית ומולקולרית, 7 (12), 1125.
2. בראון, ט '(2011). מבוא לגנטיקה: גישה מולקולרית. גרלנד מדע.
3. דוידסון, ג'יי, ואדמס, RLP (1980). ביוכימיה של חומצות גרעין של דייווידסון. התהפכתי.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT, and Yuan, HS (2012). כיצד אקונוקליז מחליט היכן להפסיק לגזום חומצות גרעין: מבני קריסטל של RNase T - מתחמי מוצר. מחקר על חומצות גרעין, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V., & Eckert, KA (2002). הגהה 3 ′ → 5 activity פעילות exonuclease של פולימראזות DNA: מחסום קינטי לסינתזת DNA של translesion. מחקר מוטציה / מנגנונים בסיסיים ומולקולריים של מוטגנזה, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodner, RD, & Marsischky, GT (1999). תיקון אי התאמה של DNA אוקריוטי. דעה נוכחית בגנטיקה ופיתוח, 9 (1), 89–96.
7. Nishino, T., and Morikawa, K. (2002). מבנה ותפקוד גרעינים בתיקון ה- DNA: צורה, אחיזה ו להב של מספריים DNA. אונקוגן, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., & Beese, LS (2011). מבנים של מתחמי DNA אקסונוקליז 1 מצביעים על מנגנון אחיד למשפחת גרעינים. תא, 145 (2), 212-223.
9. Yang, W. (2011). גרעינים: גיוון במבנה, בתפקוד ובמנגנון. ביקורות רבעוניות של Biophysics, 44 (1), 1-93.