nucleases adalah enzim-enzim yang bertanggung jawab untuk asam nukleat merendahkan. Mereka melakukan ini dengan hidrolisis ikatan fosfodiester yang menyatukan nukleotida. Untuk alasan ini, mereka juga dikenal dalam literatur sebagai fosfodiesterase. Enzim-enzim ini ditemukan di hampir semua entitas biologis dan memainkan peran penting dalam replikasi, perbaikan, dan proses DNA lainnya .
Secara umum, kita dapat mengklasifikasikannya tergantung pada jenis asam nukleat yang mereka pecahkan: nuklease yang substratnya RNA disebut ribonuklease, dan DNA disebut deoksiribonuklease. Ada beberapa yang non-spesifik yang mampu mendegradasi DNA dan RNA.
Ikatan fosfodiester. Sumber: Xvazquez [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Klasifikasi lain yang banyak digunakan tergantung pada kerja enzim. Jika ia melakukan tugasnya secara progresif, mulai dari ujung rantai asam nukleat, mereka disebut eksonuklease. Sebaliknya, jika pemutusan terjadi pada titik interior 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.
Indeks artikel
Karakteristik
Nuklease adalah molekul biologis yang bersifat protein dan dengan aktivitas enzimatik. Mereka mampu menghidrolisis ikatan yang menggabungkan nukleotida dalam asam nukleat.
Mereka bertindak melalui katalisis asam-basa umum. Reaksi ini dapat dibagi menjadi tiga langkah mendasar: serangan nukleofilik, pembentukan zat antara bermuatan negatif dan, sebagai langkah terakhir, pemutusan ikatan.
Ada jenis enzim yang disebut polimerase, yang bertanggung jawab untuk mengkatalisis 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-enzim ini, jadi kita tidak dapat menyebutkan struktur apa pun yang umum untuk mereka semua.
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 didegradasi dan menurut cara enzim diserang.
Jika pembaca tertarik, mereka dapat mencari klasifikasi ketiga yang lebih luas berdasarkan fungsi masing-masing nuklease (lihat Yang, 2011).
Perlu disebutkan bahwa nuklease juga ada dalam sistem enzim ini yang tidak spesifik untuk substratnya dan dapat mendegradasi kedua jenis asam nukleat.
Sesuai dengan kekhususan substrat yang digunakan
Ada dua jenis asam nukleat yang hampir ada di mana-mana untuk makhluk organik: asam deoksiribonukleat, atau DNA, dan asam ribonukleat, RNA. Enzim spesifik yang memecah DNA disebut deoksiribonuklease, dan RNA disebut ribonuklease.
Menurut bentuk serangan
Jika rantai asam nukleat diserang secara endolitik, yaitu di daerah internal rantai, enzim disebut endonuklease. Serangan alternatif terjadi secara bertahap pada salah satu ujung rantai dan enzim yang melaksanakannya adalah eksonuklease. Tindakan masing-masing enzim menghasilkan konsekuensi yang berbeda.
Karena eksonuklease memisahkan nukleotida selangkah demi selangkah, efeknya pada substrat tidak terlalu drastis. Sebaliknya, aksi endonuklease lebih menonjol, karena mereka dapat memutuskan rantai pada titik yang berbeda. Yang terakhir bahkan dapat mengubah viskositas larutan DNA.
Eksonuklease adalah unsur penting dalam menjelaskan sifat ikatan yang menyatukan nukleotida.
Spesifisitas situs pembelahan endonuklease bervariasi. Ada beberapa jenis (seperti enzim deoxyribonuclease I) yang dapat memotong di tempat yang tidak spesifik, menghasilkan pemotongan yang relatif acak sehubungan dengan urutan.
Sebaliknya, kita memiliki endonuklease yang sangat spesifik yang hanya memotong pada urutan tertentu. Kita akan menjelaskan nanti bagaimana ahli biologi molekuler memanfaatkan sifat ini.
Ada beberapa nuklease yang dapat bertindak sebagai endo dan eksonuklease. Contohnya adalah apa yang disebut nuklease mikrokonik.
Fitur
Nuklease mengkatalisis serangkaian reaksi penting bagi kehidupan. Aktivitas nuklease merupakan unsur penting dari replikasi DNA, karena membantu menghilangkan primer atau pertama dan berpartisipasi dalam koreksi kesalahan.
Dengan cara ini, dua proses penting 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, pemutusan sementara ikatan fosfodiester diperlukan, 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.
Pada organisme uniseluler, nuklease mewakili sistem pertahanan yang memungkinkan mereka mencerna DNA asing yang masuk ke dalam sel.
Kegunaan: enzim restriksi
Ahli biologi molekuler memanfaatkan kekhususan nuklease tertentu yang disebut nuklease restriksi spesifik. Ahli biologi telah mencatat bahwa bakteri mampu mencerna DNA asing yang diperkenalkan melalui teknik laboratorium.
Menyelidiki lebih jauh ke dalam fenomena ini, para ilmuwan menemukan nuklease restriksi – enzim yang memotong DNA pada urutan nukleotida tertentu. Mereka adalah semacam “gunting molekuler” dan kita menemukannya diproduksi untuk dijual.
DNA bakteri “kebal” terhadap mekanisme ini, karena dilindungi oleh modifikasi kimia dalam urutan yang mendorong degradasi. Setiap spesies dan strain bakteri memiliki nuklease yang spesifik.
Molekul-molekul ini sangat berguna, karena mereka memastikan bahwa pemotongan akan selalu dilakukan di tempat yang sama (panjang 4 sampai 8 nukleotida). Mereka diterapkan dalam teknologi DNA rekombinan.
Atau, 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 untuk menerapkan inhibitor enzim ini.
Referensi
- Brown, T. (2011). Pengantar genetika: Sebuah pendekatan molekuler . Ilmu Garland.
- Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biokimia Asam Nukleat Davidson . saya terbalik.
- Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktur dan fungsi nuklease dalam perbaikan DNA: bentuk, pegangan, dan bilah gunting DNA. Onkogen , 21 (58), 9022.
- Stoddard, BL (2005). Menyebutkan struktur dan fungsi endonuklease. Ulasan triwulanan Biofisika , 38 (1), 49-95.
- Yang, W. (2011). Nuklease: keragaman struktur, fungsi, dan mekanisme. Ulasan Triwulanan Biofisika , 44 (1), 1-93.
