exonucleases adalah jenis nucleases yang mencerna asam nukleat oleh salah satu ujung bebas mereka – baik 3 ‘atau 5’. Hasilnya adalah pencernaan progresif materi genetik, melepaskan nukleotida satu per satu. Mitra untuk enzim ini adalah endonuklease, yang menghidrolisis asam nukleat di bagian internal rantai.
Enzim ini bekerja dengan menghidrolisis ikatan fosfodiester dari rantai nukleotida. Mereka berpartisipasi dalam pemeliharaan stabilitas genom dan dalam berbagai aspek metabolisme sel.
Sumber: Christopherrussell [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Secara khusus, garis keturunan prokariota dan eukariota adalah jenis eksonuklease yang berbeda yang terlibat dalam replikasi dan perbaikan DNA dan dalam pematangan dan degradasi RNA.
Indeks artikel
Karakteristik
Eksonuklease adalah jenis 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 kelompok kimia menghasilkan ikatan rangkap jenis ester. Fungsi eksonuklease – dan nuklease secara umum – adalah untuk memutuskan ikatan kimia ini .
Ada berbagai macam eksonuklease. Enzim ini dapat menggunakan DNA atau RNA sebagai substrat, tergantung pada jenis nukleasenya. Dengan cara yang sama, molekul dapat berupa pita tunggal atau ganda.
Fitur
Salah satu aspek penting untuk mempertahankan kehidupan suatu organisme dalam kondisi optimal adalah stabilitas genom. Untungnya, materi genetik memiliki serangkaian mekanisme yang sangat efektif yang memungkinkan perbaikannya, jika terpengaruh.
Mekanisme ini memerlukan pemutusan ikatan fosfodiester yang terkontrol, dan, seperti disebutkan, nuklease adalah enzim yang memenuhi fungsi vital ini.
Polimerase adalah enzim yang ada pada eukariota dan prokariota yang berpartisipasi dalam sintesis asam nukleat. Pada bakteri, tiga jenis telah dicirikan 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 menunjukkan aktivitas eksonuklease. Polimerase I memiliki aktivitas dalam dua arah: 5′-3′ dan 3′-5′, sedangkan II dan III hanya menunjukkan aktivitas pada arah 3′-5′.
Aktivitas 5′-3′ memungkinkan enzim untuk menghilangkan primer dari RNA, ditambah dengan 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 di acara ulangan.
Jika DNA polimerase menambahkan nukleotida yang salah, ia dapat memperbaikinya berkat aktivitas eksonuklease.
Aktivitas eksonuklease pada eukariota
Lima polimerase dalam organisme ini dilambangkan dengan huruf Yunani. Hanya gamma, delta, dan epsilon yang menunjukkan aktivitas eksonuklease, 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 dilestarikan.
Misalnya, “topi” ditambahkan ke RNA messenger. Ini terdiri dari metilasi guanin terminal dan dua unit ribosa. Fungsi tutup ini diyakini sebagai perlindungan DNA terhadap aksi 5′ exonuclease.
Contoh
Salah satu eksonuklease penting untuk pemeliharaan stabilitas genetik adalah eksonuklease manusia I, 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 dengan kanker atau penuaan dini.
Kegunaan
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 terarah-situs dan eksonuklease lambda dapat digunakan untuk menghilangkan nukleotida yang terletak di ujung 5 ‘ dari DNA untai ganda.
Secara historis, eksonuklease menentukan unsur dalam proses menjelaskan sifat ikatan yang menyatukan blok pembangun asam nukleat: nukleotida.
Selanjutnya, dalam beberapa teknik pengurutan yang lebih tua, aksi eksonuklease digabungkan dengan penggunaan spektrometri massa.
Karena produk eksonuklease adalah pelepasan oligonukleotida secara progresif, produk ini merupakan 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 tak ternilai di laboratorium untuk manipulasi asam nukleat.
Struktur
Eksonuklease memiliki struktur yang sangat bervariasi, sehingga tidak mungkin untuk menggeneralisasi karakteristiknya. Hal yang sama dapat diekstrapolasi untuk berbagai jenis nuklease yang kita temukan pada organisme hidup. Oleh karena itu, kita akan menjelaskan struktur enzim tertentu.
Exonuclease I (ExoI) yang diambil dari organisme caral 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 mencakup domain lain yang disebut SH3. Ketiga daerah bergabung untuk membentuk semacam C, meskipun beberapa segmen membuat enzim terlihat mirip dengan O.
Referensi
- Breyer, WA, & Matthews, BW (2000). Struktur Escherichia coli exonuclease I menyarankan bagaimana prosesivitas dicapai. Alam Struktural & Biologi Molekuler , 7 (12), 1125.
- Brown, T. (2011). Pengantar genetika: Sebuah pendekatan molekuler . Ilmu Garland.
- Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biokimia Asam Nukleat Davidson . saya terbalik.
- Hsiao, YY, Duh, Y., Chen, YP, Wang, YT, & Yuan, HS (2012). Bagaimana eksonuklease memutuskan di mana harus berhenti dalam pemangkasan asam nukleat: struktur kristal RNase T – kompleks produk. Penelitian asam nukleat , 40 (16), 8144-8154.
- Khare, V., & Eckert, KA (2002). proofreading 3 → 5 aktivitas exonuclease DNA polimerase: penghalang kinetik untuk sintesis DNA translesi. Penelitian Mutasi / Mekanisme Fundamental dan Molekuler Mutagenesis , 510 (1-2), 45–54.
- Kolodner, RD, & Marsischky, GT (1999). Perbaikan ketidakcocokan DNA eukariotik. Opini terkini dalam genetika & perkembangan , 9 (1), 89–96.
- Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktur dan fungsi nuklease dalam perbaikan DNA: bentuk, pegangan, dan bilah gunting DNA. Onkogen , 21 (58), 9022.
- Orans, J., McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P., & Beese, LS (2011). Struktur kompleks DNA eksonuklease 1 manusia menunjukkan mekanisme terpadu untuk keluarga nuklease. Sel , 145 (2), 212-223.
- Yang, W. (2011). Nuklease: keragaman struktur, fungsi, dan mekanisme. Ulasan Triwulanan Biofisika , 44 (1), 1-93.
