Nukleaseigenschaften, Struktur, Typen und Funktionen

Der Nukleas Sie sind Enzyme, die für den Abbau von Nukleinsäuren verantwortlich sind. Dies wird durch die Hydrolyse von Phosphodiéster -Bindungen erreicht, die Nukleotide zusammenhalten. Aus diesem Grund sind sie auch in der Literatur als Phosphodiestera bekannt. Diese Enzyme werden in fast allen biologischen Einheiten gefunden und spielen grundlegende Rollen bei Replikations-, Reparatur- und anderen DNA -Prozessen.

Im Allgemeinen können wir sie in Abhängigkeit von der Art der geteilten Nukleinsäuren klassifizieren: Die Nukleas, deren Substrat die RNA ist. Es gibt einige nicht spezifische, die sowohl DNA als auch RNA abbauen können.

Phosphodiéster Link. Quelle: Xvazquez [CC BY-SA 3.0 (http: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/]]

Eine andere weit verbreitete Klassifizierung hängt von der Enzymwirkung ab. Wenn es seine Arbeit schrittweise ausführt, werden sie mit den Enden der Nukleinsäurekette als Exonukleasen bezeichnet. Wenn der Bruch an einem inneren Punkt der Kette auftritt, werden sie dagegen als Endonukleasen bezeichnet.

Derzeit werden bestimmte Endonukleasen in rekombinanter DNA -Technologie in molekularen Biologie -Laboratorien häufig eingesetzt. Dies sind unschätzbare Werkzeuge für die experimentelle Manipulation von Nukleinsäuren.

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Eigenschaften

Nukleas sind biologische Moleküle der Protein Natur und mit enzymatischer Aktivität. Sie sind in der Lage, Verbindungen zu hydrolysieren, die Nucleotide in Nukleinsäuren binden.

Sie wirken durch eine allgemeine Säure-Base-Katalyse. Diese Reaktion kann in drei grundlegende Schritte unterteilt werden: den nukleophilen Angriff, die Bildung eines negativ belasteten Vermittler.

Es gibt einen Enzymtyp namens Polymerase, der für die Katalyse der Synthese von DNA (in Replikation) und RNA (in der Transkription) verantwortlich ist. Einige Arten von Polymerasen weisen eine Nukleaseaktivität auf. Wie Polymerasen präsentieren auch andere verwandte Enzyme diese Aktivität.

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Struktur

Nucleas sind eine Reihe von extrem heterogenen Enzymen, bei denen es kaum einen Zusammenhang zwischen seiner Struktur und seinem Wirkungsmechanismus gibt. Das heißt, es gibt eine drastische Variation zwischen der Struktur dieser Enzyme, sodass wir keine Struktur erwähnen können.

Leute

Es gibt mehrere Arten von Nukleas und auch verschiedene Systeme, um sie zu klassifizieren. In diesem Artikel werden wir zwei Hauptklassifizierungssysteme diskutieren: gemäß der Art der Nukleinsäure, die sie abbauen und gemäß der Form des Enzymangriffs.

Wenn der Leser interessiert ist, können Sie basierend auf der Funktion jeder Nuklease eine dritte umfangreichere Klassifizierung suchen (siehe Yang, 2011).

Es ist notwendig zu erwähnen, dass es auch in diesen nukleösen enzymatischen Systemen gibt, die nicht spezifisch für ihr Substrat sind und beide Arten von Nukleinsäuren abbauen können.

Gemäß der Spezifität des verwendeten Substrats

Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren, die für organische Wesen praktisch allgegenwärtig sind: Desoxyribonukleinsäure oder DNA und Ribonukleinsäure, RNA. Spezifische Enzyme bei abbauender DNA werden als Desoxyribonukleas und RNA -Ribonukleasen bezeichnet.

Nach der Form des Angriffs

Wenn die Nukleinsäurkette endolytisch angegriffen wird, dh in inneren Regionen der Kette wird das Enzym als Endonuklease bezeichnet. Der alternative Angriff erfolgt allmählich durch eines der Enden der Kette und die Enzyme, die sie ausführen, sind die Exonukleasen. Die Wirkung jedes Enzyms führt zu unterschiedlichen Konsequenzen.

Da Exonukleasen Schritt für Schritt getrennt sind, sind die Auswirkungen auf das Substrat nicht sehr drastisch. Im Gegenteil, die Wirkung der Endonukleasen ist stärker ausgeprägt, da sie die Kette an verschiedenen Punkten teilen können. Letzteres kann sich bis zur Viskosität der DNA -Lösung ändern.

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Die Exonukleas waren entscheidende Elemente, um die Art der Verbindung aufzuklären, die die Nukleotide zusammenhielt.

Die Spezifität der Schneidstelle der Endonukleasen variiert variiert. Es gibt einige Typen (wie Desoxyribonuklease i) Enzym.

Im Gegensatz dazu haben wir sehr spezifische Endonukleasen, die nur in bestimmten Sequenzen schneiden. Später werden wir erklären, wie molekulare Biologen diese Eigenschaft ausnutzen.

Es gibt einige Nukleas, die sowohl von Endo- als auch von Exonukleasen handeln können. Beispiel hierfür ist die sogenannte mikrokonische Nuklease.

Funktionen

Nukleasas katalysieren eine Reihe unverzichtbarer Reaktionen für das Leben. Die Nuklease -Aktivität ist ein wesentliches Element der DNA -Replikation, da sie die Eliminierung des Primers helfen oder Erste und nehmen an der Korrektur von Fehlern teil.

Auf diese Weise werden zwei so relevante Prozesse wie die Rekombination und Reparatur von DNA durch Nucleas vermittelt.

Es trägt auch dazu bei, strukturelle Veränderungen in der DNA zu erzeugen, wie z. Damit all diese Prozesse stattfinden können.

In der RNA nehmen Nukleas auch an grundlegenden Prozessen teil. Zum Beispiel bei der Reifung des Botens und in der Verarbeitung von Interferenz -RNAs. Auf die gleiche Weise sind sie an programmierten Zelltodprozessen oder Apoptose beteiligt.

In einzelligen Organismen repräsentieren Nukleas ein Verteidigungssystem, mit dem sie eine externe DNA verdauen können, die in die Zelle eintritt.

Anwendungen: Restriktionsenzyme

Molekularbiologen nutzen die Spezifität bestimmter Nukleas, die als spezifische Restriktionsnuleas bezeichnet werden. Biologen hatten festgestellt, dass Bakterien die fremde DNA, die durch Labortechniken eingeführt wurde, verdauen konnten.

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Bei der Untersuchung von mehr in diesem Phänomen entdeckten Wissenschaftler Restriktion Nuleleas: Enzyme, die DNA in bestimmten Nukleotidsequenzen schneiden. Sie sind eine Art "molekulare Schere" und wir finden sie zum Verkauf produziert.

Die Bakterien -DNA ist "immun" gegen diesen Mechanismus, da sie durch chemische Modifikationen in den Sequenzen geschützt ist, die den Abbau fördern. Jeder Spezies und jeder Bakterienstamm haben ihre spezifischen Nukleas.

Diese Moleküle sind sehr nützlich, da sie sicherstellen, dass der Schnitt immer an derselben Stelle durchgeführt wird (von 4 bis 8 Nukleotiden lang). Sie gelten in rekombinanter DNA -Technologie.

Alternativ beeinflusst das Vorhandensein von Nukleasas in einigen Routineverfahren (z. B. PCR) den Prozess negativ, da sie das Material verdauen, das analysiert werden muss. Aus diesem Grund müssen in einigen Fällen diese Enzyme Inhibitoren angewendet werden.

Verweise

1. Brown, t. (2011). Einführung in die Genetik: ein molekularer Ansatz. Garlandwissenschaft.
2. Davidson, J., & Adams, r. L. P. (1980). Biochemie von Davidsons Nukleinsäuren. Ich kehrte um.
3. Nishino, t., & Morikawa, k. (2002). Struktur und Funktion von Nukleasen in der DNA -Reparatur: Form, Griff und Klinge der DNA -Schere. Onkogen, einundzwanzig(58), 9022.
4. Stoddard, geb. L. (2005). Struktur und Funktion endonuklease nach Hause. Vierteljährliche Bewertungen der Biophysik, 38(1), 49-95.
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