NUKLEASE: KARAKTERISTIK, STRUKTUR, JENIS DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The nucleases adalah enzim-enzim yang bertanggung jawab untuk asam nukleat merendahkan. Mereka melakukan ini dengan hidrolisis ikatan fosfodiester yang menahan nukleotida bersama. Untuk alasan ini, mereka juga dikenal dalam literatur sebagai fosfodiesterase. Enzim ini ditemukan di hampir semua entitas biologis dan memainkan peran mendasar dalam replikasi DNA, perbaikan, dan proses lainnya.

Secara umum, kita dapat mengklasifikasikannya tergantung pada jenis asam nukleat yang dibelahnya: nuklease yang substratnya adalah RNA disebut ribonuklease, dan yang dari DNA disebut deoksiribonuklease. Ada beberapa yang tidak spesifik yang mampu mendegradasi DNA dan RNA.

Ikatan fosfodiester. Sumber: Xvazquez

Klasifikasi lain yang digunakan secara luas bergantung pada aksi enzim. Jika ia melakukan tugasnya secara progresif, dimulai dari ujung rantai asam nukleat, mereka disebut eksonuklease. Sebaliknya, jika putus terjadi pada suatu titik di dalam rantai, mereka disebut endonuklease.

Saat ini, endonuklease tertentu banyak digunakan dalam teknologi DNA rekombinan di laboratorium biologi molekuler. Ini adalah alat yang sangat berharga untuk manipulasi eksperimental asam nukleat.

karakteristik

Nuklease adalah molekul biologis yang bersifat protein dan dengan aktivitas enzimatik. Mereka mampu menghidrolisis ikatan yang bergabung dengan nukleotida dalam asam nukleat.

Mereka bekerja melalui katalisis asam-basa umum. Reaksi ini dapat dibagi menjadi tiga langkah mendasar: serangan nukleofilik, pembentukan zat antara yang bermuatan negatif dan, sebagai langkah terakhir, pemutusan ikatan.

Ada sejenis enzim yang disebut polimerase, yang bertanggung jawab untuk mengkatalisasi sintesis DNA (dalam replikasi) dan RNA (dalam transkripsi). Beberapa jenis polimerase menunjukkan aktivitas nuklease. Seperti polimerase, enzim terkait lainnya juga menunjukkan aktivitas ini.

Struktur

Nuklease adalah kumpulan enzim yang sangat heterogen, di mana hanya ada sedikit hubungan antara struktur dan mekanisme kerjanya. Dengan kata lain, ada variasi drastis antara struktur enzim ini, jadi kami tidak dapat menyebutkan struktur apa pun yang umum untuk semuanya.

Jenis

Ada beberapa jenis nuklease dan juga sistem yang berbeda untuk mengklasifikasikannya. Pada artikel ini, kita akan membahas dua sistem klasifikasi utama: menurut jenis asam nukleat yang terdegradasi dan menurut cara penyerangan enzim.

Jika pembaca tertarik, mereka bisa mencari klasifikasi ketiga yang lebih luas berdasarkan fungsi masing-masing nuklease (lihat Yang, 2011).

Perlu disebutkan bahwa nuklease juga ada dalam sistem enzimatik ini yang tidak spesifik untuk substratnya dan dapat menurunkan kedua jenis asam nukleat tersebut.

Menurut spesifisitas media yang digunakan

Ada dua jenis asam nukleat yang ada di mana-mana pada makhluk organik: asam deoksiribonukleat, atau DNA, dan asam ribonukleat, RNA. Enzim spesifik yang mendegradasi DNA disebut deoxyribonucleases, dan RNA, ribonucleases.

Menurut bentuk serangannya

Jika rantai asam nukleat diserang secara endolitik, yaitu di daerah internal rantai, enzim tersebut disebut endonuklease. Serangan alternatif terjadi secara bertahap di salah satu ujung rantai dan enzim yang melaksanakannya adalah eksonuklease. Tindakan setiap enzim menghasilkan konsekuensi yang berbeda.

Karena eksonuklease memisahkan nukleotida selangkah demi selangkah, efeknya pada substrat tidak terlalu drastis. Sebaliknya, aksi endonuklease lebih jelas, karena mereka dapat membelah rantai pada titik yang berbeda. Yang terakhir bahkan dapat mengubah viskositas larutan DNA.

Eksonuklease adalah elemen penting dalam menjelaskan sifat ikatan yang mengikat nukleotida.

Kekhususan situs pembelahan endonuklease bervariasi. Ada beberapa jenis (seperti enzim deoksiribonuklease I) yang dapat dipotong di tempat yang tidak spesifik, menghasilkan pemotongan yang relatif acak sehubungan dengan urutannya.

Sebaliknya, kita memiliki endonuklease yang sangat spesifik yang hanya memotong pada urutan tertentu. Kami akan menjelaskan nanti bagaimana ahli biologi molekuler memanfaatkan properti ini.

Ada beberapa nuklease yang dapat bertindak sebagai endo dan eksonuklease. Contoh dari ini adalah yang disebut nuklease mikrokonik.

fitur

Nuklease mengkatalisasi serangkaian reaksi yang penting bagi kehidupan. Aktivitas Nuclease adalah elemen penting dari replikasi DNA, karena mereka membantu menghilangkan primer atau primer dan berpartisipasi dalam koreksi kesalahan.

Dengan cara ini, dua proses yang relevan seperti rekombinasi dan perbaikan DNA dimediasi oleh nuklease.

Ini juga berkontribusi untuk menghasilkan perubahan struktural dalam DNA, seperti topoisomerisasi dan rekombinasi spesifik lokasi. Agar semua proses ini berlangsung, diperlukan pemutusan sementara ikatan fosfodiester, yang dilakukan oleh nuklease.

Dalam RNA, nuklease juga berpartisipasi dalam proses fundamental. Misalnya, dalam pematangan pembawa pesan dan dalam pemrosesan RNA yang mengganggu. Dengan cara yang sama, mereka terlibat dalam proses kematian sel terprogram atau apoptosis.

Dalam organisme uniseluler, nuklease mewakili sistem pertahanan yang memungkinkan mereka mencerna DNA asing yang masuk ke dalam sel.

Aplikasi: enzim restriksi

Ahli biologi molekuler memanfaatkan kekhususan nuklease tertentu yang disebut nuklease restriksi spesifik. Ahli biologi telah memperhatikan bahwa bakteri mampu mencerna DNA asing yang diperkenalkan melalui teknik di laboratorium.

Menggali lebih dalam fenomena ini, para ilmuwan menemukan nuklease restriksi - enzim yang memotong DNA pada urutan nukleotida tertentu. Mereka adalah sejenis "gunting molekuler" dan kami menemukannya diproduksi untuk dijual.

DNA bakteri "kebal" terhadap mekanisme ini, karena dilindungi oleh modifikasi kimiawi dalam rangkaian yang mendorong degradasi. Setiap spesies dan strain bakteri memiliki nuklease spesifiknya sendiri.

Molekul-molekul ini sangat berguna, karena memastikan bahwa pemotongan akan selalu dilakukan di tempat yang sama (panjangnya 4 hingga 8 nukleotida). Mereka diterapkan dalam teknologi DNA rekombinan.

Sebagai alternatif, dalam beberapa prosedur rutin (seperti PCR) keberadaan nuklease secara negatif mempengaruhi proses, karena mereka mencerna bahan yang perlu dianalisis. Untuk alasan ini, dalam beberapa kasus perlu diterapkan penghambat enzim ini.

Referensi

1. Brown, T. (2011). Pengantar genetika: Pendekatan molekuler. Ilmu Garland.
2. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biokimia Asam Nukleat Davidson. Saya terbalik.
3. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktur dan fungsi nuklease dalam perbaikan DNA: bentuk, pegangan, dan bilah gunting DNA. Onkogen, 21 (58), 9022.
4. Stoddard, BL (2005). Struktur dan fungsi endonuklease homing. Ulasan triwulanan Biofisika, 38 (1), 49-95.
5. Yang, W. (2011). Nuklease: keragaman struktur, fungsi, dan mekanisme. Ulasan triwulanan Biofisika, 44 (1), 1-93.