EXONUCLEASE: KARAKTERISTIK, STRUKTUR DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The exonucleases adalah jenis nucleases yang mencerna asam nukleat oleh salah satu ujung bebas mereka - baik 3 'atau 5'. Hasilnya adalah pencernaan materi genetik yang progresif, melepaskan nukleotida satu per satu. Rekan enzim ini adalah endonuklease, yang menghidrolisis asam nukleat di bagian internal rantai.

Enzim ini bekerja melalui hidrolisis ikatan fosfodiester dari rantai nukleotida. Mereka berpartisipasi dalam pemeliharaan stabilitas genom dan dalam berbagai aspek metabolisme sel.

Sumber: Christopherrussell

Secara khusus, baik dalam garis keturunan prokariotik dan eukariotik, kami menemukan berbagai jenis eksonuklease yang berpartisipasi dalam replikasi dan perbaikan DNA serta pematangan dan degradasi RNA.

karakteristik

Eksonuklease adalah sejenis nuklease yang menghidrolisis ikatan fosfodiester rantai asam nukleat secara progresif di salah satu ujungnya, baik 3 'atau 5'.

Ikatan fosfodiester dibentuk oleh ikatan kovalen antara gugus hidroksil yang terletak di karbon 3 'dan gugus fosfat yang terletak di karbon 5'. Penyatuan antara kedua gugus kimia menghasilkan ikatan rangkap tipe ester. Fungsi eksonuklease - dan nuklease secara umum - adalah untuk memutus ikatan kimia ini.

Ada banyak variasi eksonuklease. Enzim ini dapat menggunakan DNA atau RNA sebagai substrat, bergantung pada jenis nuklease. Dengan cara yang sama, molekul tersebut dapat berupa pita tunggal atau ganda.

fitur

Salah satu aspek penting untuk mempertahankan kehidupan suatu organisme dalam kondisi optimal adalah kestabilan genom. Untungnya, materi genetik memiliki serangkaian mekanisme yang sangat efektif yang memungkinkan perbaikannya, jika terpengaruh.

Mekanisme ini membutuhkan pemutusan ikatan fosfodiester yang terkontrol, dan, seperti yang disebutkan, nuklease adalah enzim yang memenuhi fungsi vital ini.

Polimerase adalah enzim yang ada di eukariota dan prokariota yang berpartisipasi dalam sintesis asam nukleat. Pada bakteri, tiga jenis telah dikarakterisasi dan pada eukariota lima. Dalam enzim ini aktivitas eksonuklease diperlukan untuk memenuhi fungsinya. Selanjutnya kita akan melihat bagaimana mereka melakukannya.

Aktivitas eksonuklease pada bakteri

Pada bakteri, ketiga polimerase memiliki aktivitas eksonuklease. Polimerase I memiliki aktivitas pada dua arah: 5'-3 'dan 3'-5', sedangkan II dan III hanya menampilkan aktivitas pada arah 3'-5 '.

Aktivitas 5'-3 'memungkinkan enzim untuk menghilangkan primer dari RNA, ditambahkan oleh enzim yang disebut primase. Selanjutnya celah yang dibuat akan diisi dengan nukleotida yang baru disintesis.

Yang pertama adalah molekul yang terdiri dari beberapa nukleotida yang memungkinkan aktivitas DNA polimerase dimulai. Sehingga akan selalu hadir pada acara replikasi.

Jika DNA polimerase menambahkan nukleotida yang tidak sesuai, ia dapat memperbaikinya berkat aktivitas eksonuklease.

Aktivitas exonuclease pada eukariota

Lima polimerase dalam organisme ini dilambangkan dengan huruf Yunani. Hanya gamma, delta dan epsilon yang menunjukkan aktivitas exonuclease, semuanya dalam arah 3'-5 '.

Gamma DNA polimerase terkait dengan replikasi DNA mitokondria, sedangkan dua sisanya berpartisipasi dalam replikasi materi genetik yang terletak di nukleus dan dalam perbaikannya.

Degradasi

Eksonuklease adalah enzim kunci dalam menghilangkan molekul asam nukleat tertentu yang tidak lagi dibutuhkan oleh tubuh.

Dalam beberapa kasus, sel harus mencegah aksi enzim ini mempengaruhi asam nukleat yang harus diawetkan.

Misalnya, "topi" ditambahkan ke messenger RNA. Ini terdiri dari metilasi guanin terminal dan dua unit ribosa. Fungsi tutupnya dipercaya sebagai perlindungan DNA terhadap aksi 5 'exonuclease.

Contoh

Salah satu eksonuklease penting untuk pemeliharaan stabilitas genetik adalah eksonuklease I manusia, disingkat hExo1. Enzim ini ditemukan di jalur perbaikan DNA yang berbeda. Ini relevan untuk pemeliharaan telomer.

Eksonuklease ini memungkinkan perbaikan celah di kedua rantai, yang, jika tidak diperbaiki, dapat menyebabkan penataan ulang atau penghapusan kromosom yang mengakibatkan pasien menderita kanker atau penuaan dini.

Aplikasi

Beberapa eksonuklease digunakan secara komersial. Misalnya, eksonuklease I yang memungkinkan degradasi primer pita tunggal (tidak dapat mendegradasi substrat pita ganda), eksonuklease III digunakan untuk mutagenesis yang diarahkan ke lokasi dan lambda eksonuklease dapat digunakan untuk menghilangkan nukleotida yang terletak di 5 'ujung DNA pita ganda.

Secara historis, eksonuklease adalah unsur penentu dalam proses menjelaskan sifat ikatan yang menyatukan bahan penyusun asam nukleat: nukleotida.

Selain itu, dalam beberapa teknik sekuensing yang lebih tua, aksi eksonuklease digabungkan dengan penggunaan spektrometri massa.

Karena produk eksonuklease adalah pelepasan progresif oligonukleotida, ini mewakili alat yang mudah digunakan untuk analisis urutan. Meskipun metode ini tidak bekerja dengan baik, itu berguna untuk urutan pendek.

Dengan cara ini, eksonuklease dianggap sebagai alat yang sangat fleksibel dan tidak ternilai di laboratorium untuk manipulasi asam nukleat.

Struktur

Eksonuklease memiliki struktur yang sangat bervariasi, sehingga tidak mungkin untuk menggeneralisasikan karakteristiknya. Hal yang sama dapat diekstrapolasi untuk berbagai jenis nuklease yang kita temukan pada organisme hidup. Oleh karena itu, kami akan menjelaskan struktur enzim titik.

Exonuclease I (ExoI) diambil dari model organisme Escherichia coli adalah enzim monomer, yang terlibat dalam rekombinasi dan perbaikan materi genetik. Berkat penerapan teknik kristalografi, strukturnya diilustrasikan.

Selain domain eksonuklease dari polimerase, enzim tersebut mencakup domain lain yang disebut SH3. Ketiga wilayah bergabung membentuk sejenis C, meskipun beberapa segmen membuat enzim terlihat mirip dengan O.

Referensi

1. Breyer, WA, & Matthews, BW (2000). Struktur Escherichia coli exonuclease Saya menyarankan bagaimana prosestivitas dicapai. Biologi Struktural & Molekuler Alam, 7 (12), 1125.
2. Brown, T. (2011). Pengantar genetika: Pendekatan molekuler. Ilmu Garland.
3. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biokimia Asam Nukleat Davidson. Saya terbalik.
4. Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT, & Yuan, HS (2012). Bagaimana eksonuklease memutuskan di mana harus berhenti dalam pemangkasan asam nukleat: struktur kristal kompleks produk RNase T. Penelitian asam nukleat, 40 (16), 8144-8154.
5. Khare, V., & Eckert, KA (2002). Pengoreksian aktivitas eksonuklease 3 ′ → 5 ′ DNA polimerase: penghalang kinetik untuk translesion sintesis DNA. Riset Mutasi / Mekanisme Fundamental dan Molekuler Mutagenesis, 510 (1-2), 45–54.
6. Kolodner, RD, & Marsischky, GT (1999). Perbaikan ketidakcocokan DNA eukariotik. Pendapat saat ini dalam genetika & perkembangan, 9 (1), 89-96.
7. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktur dan fungsi nuklease dalam perbaikan DNA: bentuk, pegangan, dan bilah gunting DNA. Onkogen, 21 (58), 9022.
8. Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., & Beese, LS (2011). Struktur kompleks DNA eksonuklease manusia 1 menunjukkan mekanisme terpadu untuk keluarga nuklease. Sel, 145 (2), 212-223.
9. Yang, W. (2011). Nuklease: keragaman struktur, fungsi, dan mekanisme. Ulasan triwulanan Biofisika, 44 (1), 1-93.