- vlastnosti
- Struktura
- Typy
- Podle specifičnosti použitého substrátu
- Podle formy útoku
- Funkce
- Aplikace: restrikční enzymy
- Reference
Tyto nukleázy jsou enzymy, které jsou zodpovědné za ponižující nukleových kyselin. Dělají to hydrolýzou fosfodiesterových vazeb, které drží nukleotidy pohromadě. Z tohoto důvodu jsou v literatuře také známé jako fosfodiesterázy. Tyto enzymy se nacházejí téměř ve všech biologických entitách a hrají zásadní roli v replikaci, opravě a dalších procesech DNA.
Obecně je můžeme klasifikovat v závislosti na typu nukleových kyselin, které štěpí: nukleasy, jejichž substrátem je RNA, se nazývají ribonukleázy a ty DNA jsou známé jako deoxyribonukleázy. Existuje několik nespecifických, schopných degradovat DNA i RNA.
Fosfodiesterová vazba. Zdroj: Xvazquez
Další široce používaná klasifikace závisí na působení enzymu. Pokud to funguje postupně, počínaje koncem řetězce nukleové kyseliny, nazývají se exonukleázy. Naopak, pokud k přerušení dojde na vnitřním bodě řetězce, nazývají se endonukleázy.
V současné době jsou některé endonukleázy široce používány v technologii rekombinantní DNA v laboratořích molekulární biologie. Toto jsou neocenitelné nástroje pro experimentální manipulaci s nukleovými kyselinami.
vlastnosti
Nukleázy jsou biologické molekuly proteinové povahy a mají enzymatickou aktivitu. Jsou schopné hydrolyzovat vazby, které spojují nukleotidy v nukleových kyselinách.
Působí obecnou katalýzou na bázi kyseliny a báze. Tuto reakci lze rozdělit do tří základních kroků: nukleofilní atak, vytvoření negativně nabitého meziproduktu a jako poslední krok přerušení vazby.
Existuje typ enzymu nazývaného polymerázy, který je zodpovědný za katalyzování syntézy DNA (v replikaci) i RNA (v transkripci). Některé typy polymeráz vykazují nukleázovou aktivitu. Podobně jako polymerázy vykazují tuto aktivitu také jiné příbuzné enzymy.
Struktura
Nukleázy jsou extrémně heterogenní sadou enzymů, kde existuje jen malý vztah mezi jejich strukturou a mechanismem účinku. To znamená, že mezi strukturou těchto enzymů existuje drastická variace, takže nemůžeme zmínit žádnou společnou strukturu pro všechny z nich.
Typy
Existuje několik typů nukleáz a také různé systémy jejich klasifikace. V tomto článku se budeme zabývat dvěma hlavními klasifikačními systémy: podle typu nukleové kyseliny se degradují a podle toho, jak je enzym napaden.
Pokud má čtenář zájem, může hledat třetí rozsáhlejší klasifikaci na základě funkce každé nukleázy (viz Yang, 2011).
Je třeba zmínit, že v těchto enzymových systémech také existují nukleázy, které nejsou substrátově specifické a mohou degradovat oba typy nukleových kyselin.
Podle specifičnosti použitého substrátu
Existují dva typy nukleových kyselin, které jsou pro organické bytosti prakticky všudypřítomné: deoxyribonukleová kyselina nebo DNA a ribonukleová kyselina, RNA. Specifické enzymy, které degradují DNA, se nazývají deoxyribonukleázy a RNA, ribonukleázy.
Podle formy útoku
Pokud je řetězec nukleové kyseliny napaden endolyticky, tj. Ve vnitřních oblastech řetězce, je enzym nazýván endonukleáza. Alternativní útok nastává postupně na jednom konci řetězce a enzymy, které jej provádějí, jsou exonukleázy. Účinek každého enzymu má různé důsledky.
Protože exonukleázy oddělují nukleotidy krok za krokem, účinky na substrát nejsou příliš drastické. Naopak, účinek endonukleáz je výraznější, protože mohou štěpit řetězec v různých bodech. Ten může změnit dokonce viskozitu roztoku DNA.
Exonukleázy byly rozhodujícími prvky při objasňování povahy vazby, která držela nukleotidy pohromadě.
Specifita místa štěpení endonukleázou se liší. Existují některé typy (jako je enzym deoxyribonukleáza I), které se mohou štěpit na nespecifických místech a generovat relativně náhodné řezy s ohledem na sekvenci.
Naopak máme velmi specifické endonukleázy, které se štěpí pouze v určitých sekvencích. Později vysvětlíme, jak molekulární biologové tuto vlastnost využívají.
Existují některé nukleázy, které mohou působit jako endo a exonukleázy. Příkladem je tzv. Mikrokonická nukleáza.
Funkce
Nukleázy katalyzují řadu reakcí nezbytných pro život. Nukleázová aktivita je nezbytným prvkem replikace DNA, protože pomáhá eliminovat primer nebo primer a podílí se na opravě chyb.
Tímto způsobem jsou nukleázami zprostředkovány dva relevantní procesy, jako je rekombinace a oprava DNA.
Přispívá také ke generování strukturálních změn v DNA, jako je topoizomerizace a místně specifická rekombinace. Aby všechny tyto procesy proběhly, je nutné dočasné přerušení fosfodiesterové vazby, prováděné nukleázami.
V RNA se nukleasy účastní také základních procesů. Například při zrání posla a při zpracování interferujících RNA. Stejně tak se podílejí na procesech programované buněčné smrti nebo apoptózy.
U jednobuněčných organismů představují nukleázy obranný systém, který jim umožňuje trávit cizí DNA, která vstupuje do buňky.
Aplikace: restrikční enzymy
Molekulární biologové využívají specificitu určitých nukleáz nazývaných specifické restrikční nukleázy. Biologové si všimli, že bakterie byly schopny strávit cizí DNA, která byla zavedena technikami v laboratoři.
Vědci objevili hlouběji tento jev a objevili restrikční nukleázy - enzymy, které štěpí DNA v určitých nukleotidových sekvencích. Jsou to druh "molekulárních nůžek" a my je najdeme pro prodej.
Bakteriální DNA je vůči tomuto mechanismu „imunní“, protože je chráněna chemickými modifikacemi v sekvencích, které podporují degradaci. Každý druh a kmen bakterií má své specifické nukleázy.
Tyto molekuly jsou velmi užitečné, protože zajišťují, že řez bude vždy proveden na stejném místě (4 až 8 nukleotidů na délku). Používají se v technologii rekombinantní DNA.
Alternativně, v některých rutinních postupech (jako je PCR), přítomnost nukleáz negativně ovlivňuje proces, protože tráví materiál, který je třeba analyzovat. Z tohoto důvodu je v některých případech nutné použít inhibitory těchto enzymů.
Reference
- Brown, T. (2011). Úvod do genetiky: Molekulární přístup. Věnec věnec.
- Davidson, J., a Adams, RLP (1980). Biochemie Davidsonových nukleových kyselin. Obrátil jsem se.
- Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktura a funkce nukleas v opravě DNA: tvar, přilnavost a ostří nůžek DNA. Oncogen, 21 (58), 9022.
- Stoddard, BL (2005). Naváděcí struktura a funkce endonukleázy. Čtvrtletní recenze Biofyziky, 38 (1), 49-95.
- Yang, W. (2011). Nukleázy: rozmanitost struktury, funkce a mechanismu. Čtvrtletní recenze Biofyziky, 44 (1), 1-93.