NUKLEARNE KARAKTERISTIKE: KARAKTERISTIKE, STRUKTURA, VRSTE I FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

U nukleaza su enzimi koji su odgovorni za razgradnju nukleinskih kiselina. To čine hidrolizom fosfodiesterskih veza koje drže nukleotide zajedno. Zbog toga su u literaturi poznati i kao fosfodiesteraze. Ovi enzimi nalaze se u gotovo svim biološkim entitetima i igraju temeljnu ulogu u replikaciji, popravljanju i drugim procesima DNK.

Općenito, možemo ih klasificirati ovisno o vrsti nukleinskih kiselina koje se cijepaju: nukleaze čiji je supstrat RNA nazivaju se ribonukleazama, a one DNA poznate su kao deoksiribonukleaze. Postoje neki nespecifični koji mogu razgraditi i DNK i RNK.

Fosfodiesterska veza. Izvor: Xvazquez

Druga široko korištena klasifikacija ovisi o djelovanju enzima. Ako svoj posao obavlja progresivno, počevši od krajeva lanca nukleinske kiseline, oni se nazivaju egzonukleazama. Suprotno tome, ako se prekid dogodi u unutarnjoj točki u lancu, oni se nazivaju endonukleazama.

Trenutno se određene endonuklese široko koriste u tehnologiji rekombinantne DNA u laboratorijima za molekularnu biologiju. Ovo su neprocjenjivi alati za eksperimentalnu manipulaciju nukleinskim kiselinama.

karakteristike

Nukleaze su biološke molekule proteinske naravi i s enzimskim djelovanjem. Oni su sposobni hidrolizirati veze koje se pridružuju nukleotidima u nukleinskim kiselinama.

Oni djeluju kroz opću kiselo-baznu katalizu. Ovu reakciju možemo podijeliti u tri temeljna koraka: nukleofilni napad, formiranje negativno nabijenog intermedijara i, kao posljednji korak, raspad veze.

Postoji vrsta enzima koji se zove polimeraze, a koji je odgovoran za kataliziranje sinteze i DNK (u replikaciji) i RNA (u transkripciji). Neke vrste polimeraza pokazuju aktivnost nukleusa. Kao i polimeraze, i drugi srodni enzimi također pokazuju ovu aktivnost.

Struktura

Nukleaze su izrazito heterogeni skup enzima, gdje je mala povezanost između njihove strukture i mehanizma djelovanja. Drugim riječima, drastična je varijacija između strukture ovih enzima, pa ne možemo spomenuti nijednu strukturu zajedničku svih njih.

vrste

Postoji više vrsta nucle-a i također različiti sustavi za njihovo klasificiranje. U ovom ćemo članku raspravljati o dva glavna klasifikacijska sustava: prema vrsti nukleinske kiseline koju razgrađuju i prema načinu napada enzima.

Ako je čitatelj zainteresiran, može potražiti treću opširniju klasifikaciju koja se temelji na funkciji svake nukleaze (vidjeti Yang, 2011).

Potrebno je napomenuti da u tim enzimatskim sustavima postoje i nukleaze koje nisu specifične za njihov supstrat te mogu razgraditi obje vrste nukleinskih kiselina.

Prema specifičnosti korištene podloge

Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina koje su gotovo sveprisutne organskim bićima: deoksiribonukleinska kiselina ili DNK i ribonukleinska kiselina, RNA. Specifični enzimi koji razgrađuju DNK nazivaju se deoksiribonukleaze, a RNA, ribonukleaze.

Prema obliku napada

Ako je lanac nukleinske kiseline napadan endotelno, to jest u unutrašnjim područjima lanca, enzim se naziva endonukleaza. Alternativni napad se događa postepeno na jednom kraju lanca, a enzimi koji ga izvode su egzonukleasti. Djelovanje svakog enzima rezultira različitim posljedicama.

Budući da eksonukleaza odvaja odvojene nukleotide, korak po korak, učinci na supstrat nisu baš drastični. Suprotno tome, djelovanje endonukleaza je izraženije, jer mogu razbiti lanac u različitim točkama. Potonje može promijeniti čak i viskoznost otopine DNA.

Egzokuleze su bile presudni elementi u rasvjetljavanju prirode veze koja drži nukleotide zajedno.

Specifičnost mjesta cijepanja endonukleaze varira. Postoje neke vrste (poput enzima deoksiribonukleaza I) koje se mogu rezati na nespecifičnim mjestima, stvarajući relativno slučajne rezove s obzirom na redoslijed.

Suprotno tome, imamo vrlo specifične endonukleze koje se režu samo u određenim sekvencama. Kasnije ćemo objasniti kako molekularni biolozi koriste to svojstvo.

Postoje neke nucle-ove koje mogu djelovati i endo i eksonukleaze. Primjer za to je takozvana mikrokonična nukleaza.

Značajke

Nukleaze kataliziraju niz reakcija koje su ključne za život. Nuklearna aktivnost je važan element replikacije DNK jer pomaže u uklanjanju prajmera ili prajmera i sudjeluje u ispravljanju pogrešaka.

Na ovaj način, dva procesa relevantna kao što su rekombinacija i popravljanje DNA posreduju nuklearima.

Također pridonosi stvaranju strukturnih promjena u DNK, kao što je topoizomerizacija i rekombinacija specifična za mjesto. Da bi se svi ovi procesi odvijali, potreban je privremeni prekid fosfodiesterske veze, koji se provodi nukleazama.

U RNA-u, nukleaze također sudjeluju u temeljnim procesima. Na primjer, u sazrijevanju glasnika i u obradi interferirajućih RNA. Na isti su način uključeni u procese programirane stanične smrti ili apoptoze.

U jednoćelijskim organizmima nukleaze predstavljaju obrambeni sustav koji im omogućuje probavu stranih DNK koji ulaze u stanicu.

Primjene: restrikcijski enzimi

Molekularni biolozi koriste prednost specifičnosti određenih nukleaza koje se nazivaju specifične restrikcijske nukleoze. Biolozi su primijetili da bakterije mogu probaviti stranu DNK koja se unosi tehnikama u laboratoriju.

Ukopavajući se dublje u ovaj fenomen, znanstvenici su otkrili restrikcijske nukleanse - enzime koji režu DNK na određene nukleotidne sekvence. Oni su vrsta "molekularnih škara" i nalazimo ih proizvedene za prodaju.

DNK bakterija je "imun" na ovaj mehanizam, jer je zaštićen kemijskim modifikacijama u nizovima koji promiču razgradnju. Svaka vrsta i soj bakterija ima svoje specifične sastojke.

Te su molekule vrlo korisne jer osiguravaju da će rez uvijek biti na istom mjestu (duljine 4 do 8 nukleotida). Primjenjuju se u rekombinantnoj DNK tehnologiji.

Alternativno, u nekim rutinskim postupcima (kao što je PCR) prisutnost nukleusa negativno utječe na proces, jer oni probavljaju materijal koji treba analizirati. Zbog toga je u nekim slučajevima potrebno primijeniti inhibitore ovih enzima.

Reference

1. Brown, T. (2011). Uvod u genetiku: molekularni pristup. Garland Science.
2. Davidson, J., i Adams, RLP (1980). Biohemija Davidsonovih nukleinskih kiselina. Preokrenuo sam se.
3. Nishino, T., i Morikawa, K. (2002). Struktura i funkcija nukleusa u popravku DNK: oblik, držanje i oštrica DNA škara. Onkogene, 21 (58), 9022.
4. Stoddard, BL (2005). Struktura i funkcija domaćih endonukleaza. Tromjesečni pregledi Biophysics, 38 (1), 49-95.
5. Yang, W. (2011). Nuclusi: raznolikost strukture, funkcije i mehanizma. Tromjesečni pregledi biofizike, 44 (1), 1-93.