- ลักษณะเฉพาะ
- คุณสมบัติ
- กิจกรรม Exonuclease ในแบคทีเรีย
- กิจกรรม Exonuclease ในยูคาริโอต
- การปลด
- ตัวอย่าง
- การประยุกต์ใช้งาน
- โครงสร้าง
- อ้างอิง
เอ็กโซนิวคลีเอสเป็นนิวคลีเอสชนิดหนึ่งที่ย่อยกรดนิวคลีอิกโดยปลายด้านใดด้านหนึ่งไม่ว่าจะเป็น 3 'หรือ 5' ผลลัพธ์ที่ได้คือการย่อยสารพันธุกรรมแบบก้าวหน้าโดยปล่อยนิวคลีโอไทด์ทีละตัว คู่ของเอนไซม์เหล่านี้คือเอนโดนิวคลีเอสซึ่งไฮโดรไลซ์กรดนิวคลีอิกในส่วนภายในของโซ่
เอนไซม์เหล่านี้ทำงานโดยไฮโดรไลซิสของพันธะฟอสโฟดีสเตอร์ของสายโซ่นิวคลีโอไทด์ พวกเขามีส่วนร่วมในการรักษาเสถียรภาพของจีโนมและในด้านต่างๆของการเผาผลาญของเซลล์
ที่มา: Christopherrussell
โดยเฉพาะทั้งในเชื้อสายโปรคาริโอตและยูคาริโอตเราพบเอ็กโซนิวคลีเอสประเภทต่างๆที่มีส่วนร่วมในการจำลองและซ่อมแซมดีเอ็นเอและในการเจริญเติบโตและการย่อยสลายของ RNA
ลักษณะเฉพาะ
เอ็กโซนิวคลีเอสเป็นนิวคลีเอสชนิดหนึ่งที่ไฮโดรไลซ์พันธะฟอสโฟไดเซอร์ของโซ่กรดนิวคลีอิกอย่างต่อเนื่องที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งไม่ว่าจะเป็น 3 'หรือ 5'
พันธะฟอสโฟดิสเตอร์เกิดจากพันธะโควาเลนต์ระหว่างหมู่ไฮดรอกซิลที่อยู่ที่คาร์บอน 3 'และหมู่ฟอสเฟตที่อยู่ที่คาร์บอน 5' การรวมกันระหว่างกลุ่มเคมีทั้งสองทำให้เกิดพันธะคู่ชนิดเอสเทอร์ หน้าที่ของเอ็กโซนิวคลีเอส - และนิวคลีเอสโดยทั่วไป - คือการทำลายพันธะเคมีเหล่านี้
เอ็กโซนิวคลีเอสมีหลากหลายชนิด เอนไซม์เหล่านี้สามารถใช้ DNA หรือ RNA เป็นสารตั้งต้นขึ้นอยู่กับชนิดของนิวคลีเอส ในทำนองเดียวกันโมเลกุลอาจเป็นวงเดียวหรือสองวงก็ได้
คุณสมบัติ
สิ่งสำคัญประการหนึ่งในการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตในสภาวะที่เหมาะสมคือความเสถียรของจีโนม โชคดีที่สารพันธุกรรมมีกลไกที่มีประสิทธิภาพมากซึ่งช่วยให้สามารถซ่อมแซมได้หากได้รับผลกระทบ
กลไกเหล่านี้ต้องการการทำลายพันธะฟอสโฟดิสเตอร์ที่ควบคุมได้และดังที่กล่าวไว้นิวคลีเอสเป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่สำคัญนี้
Polymerases เป็นเอนไซม์ที่มีอยู่ทั้งในยูคาริโอตและโปรคาริโอตที่มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก ในแบคทีเรียมีลักษณะสามชนิดและในยูคาริโอต 5 ชนิด ในเอนไซม์เหล่านี้กิจกรรมของ exonucleases เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อตอบสนองการทำงานของมัน ต่อไปเราจะดูว่าพวกเขาทำอย่างไร
กิจกรรม Exonuclease ในแบคทีเรีย
ในแบคทีเรีย polymerases ทั้งสามมีฤทธิ์ในการขับไล่ Polymerase ฉันมีกิจกรรมในสองทิศทาง: 5'-3 'และ 3'-5' ในขณะที่ II และ III แสดงเฉพาะกิจกรรมในทิศทาง 3'-5 '
กิจกรรม 5'-3 'ช่วยให้เอนไซม์สามารถกำจัดไพรเมอร์ออกจาก RNA โดยเพิ่มโดยเอนไซม์ที่เรียกว่าไพรเมส ต่อจากนั้นช่องว่างที่สร้างขึ้นจะเต็มไปด้วยนิวคลีโอไทด์ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่
อย่างแรกคือโมเลกุลที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สองสามตัวที่ช่วยให้กิจกรรม DNA polymerase เริ่มต้นขึ้น ดังนั้นจึงมักจะปรากฏในเหตุการณ์การจำลองแบบ
ถ้า DNA polymerase เพิ่มนิวคลีโอไทด์ที่ไม่สอดคล้องกันก็สามารถแก้ไขได้เนื่องจากกิจกรรมของ exonuclease
กิจกรรม Exonuclease ในยูคาริโอต
รูปหลายเหลี่ยมทั้งห้าในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้แสดงโดยใช้อักษรกรีก เฉพาะ gamma, delta และ epsilon เท่านั้นที่แสดงกิจกรรม exonuclease ทั้งหมดในทิศทาง 3'-5 '
Gamma DNA polymerase เกี่ยวข้องกับการจำลองแบบของไมโตคอนเดรียดีเอ็นเอในขณะที่อีกสองส่วนที่เหลือมีส่วนร่วมในการจำลองแบบของสารพันธุกรรมที่อยู่ในนิวเคลียสและในการซ่อมแซม
การปลด
Exonucleases เป็นเอนไซม์หลักในการกำจัดโมเลกุลของกรดนิวคลีอิกบางชนิดที่ร่างกายไม่ต้องการอีกต่อไป
ในบางกรณีเซลล์ต้องป้องกันไม่ให้การทำงานของเอนไซม์เหล่านี้มีผลต่อกรดนิวคลีอิกที่ต้องเก็บรักษาไว้
ตัวอย่างเช่นมีการเพิ่ม "cap" ให้กับ messenger RNA ประกอบด้วยเมทิลเลชันของเทอร์มินัลกัวนีนและไรโบสสองยูนิต เชื่อกันว่าการทำงานของฝาปิดเป็นการป้องกัน DNA จากการกระทำของ 5 'exonuclease
ตัวอย่าง
exonucleases ที่จำเป็นอย่างหนึ่งในการรักษาเสถียรภาพทางพันธุกรรมคือ human exonuclease I เรียกโดยย่อว่า hExo1 เอนไซม์นี้พบได้ในเส้นทางการซ่อมแซมดีเอ็นเอที่แตกต่างกัน มีความเกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาเทโลเมียร์
exonuclease นี้ช่วยซ่อมแซมช่องว่างในโซ่ทั้งสองซึ่งหากไม่ได้รับการซ่อมแซมอาจนำไปสู่การจัดเรียงใหม่หรือการลบโครโมโซมซึ่งส่งผลให้ผู้ป่วยเป็นมะเร็งหรือแก่ก่อนวัย
การประยุกต์ใช้งาน
เอ็กโซนิวคลีเอสบางชนิดใช้ในเชิงพาณิชย์ ตัวอย่างเช่น exonuclease I ที่อนุญาตให้มีการย่อยสลายของไพรเมอร์แบบวงเดียว (ไม่สามารถย่อยสลายพื้นผิวแถบสองแถบได้) exonuclease III ใช้สำหรับการกลายพันธุ์ที่กำหนดไซต์และสามารถใช้แลมบ์ดาเอ็กโซนิวคลีเอสสำหรับการกำจัดนิวคลีโอไทด์ที่อยู่ใน ปลาย 5 'ของดีเอ็นเอแถบคู่
ในอดีต exonucleases เป็นตัวกำหนดองค์ประกอบในกระบวนการอธิบายลักษณะของพันธะที่ยึดโครงสร้างของกรดนิวคลีอิก: นิวคลีโอไทด์
นอกจากนี้ในเทคนิคการหาลำดับที่เก่ากว่าการกระทำของเอกโซนิวคลีเอสยังควบคู่ไปกับการใช้แมสสเปกโตรเมตรี
เนื่องจากผลิตภัณฑ์ของเอ็กโซนิวคลีเอสเป็นการปลดปล่อยโอลิโกนิวคลีโอไทด์แบบก้าวหน้าจึงเป็นเครื่องมือที่สะดวกสำหรับการวิเคราะห์ลำดับ แม้ว่าวิธีนี้จะไม่ได้ผลดีนัก แต่ก็มีประโยชน์สำหรับลำดับสั้น ๆ
ด้วยวิธีนี้เอ็กโซนิวคลีเอสถือเป็นเครื่องมือที่ยืดหยุ่นและมีค่ามากในห้องปฏิบัติการสำหรับการจัดการกรดนิวคลีอิก
โครงสร้าง
Exonucleases มีโครงสร้างที่แตกต่างกันมากดังนั้นจึงไม่สามารถสรุปลักษณะของมันได้ สิ่งเดียวกันนี้สามารถอนุมานได้สำหรับนิวเคลียสประเภทต่างๆที่เราพบในสิ่งมีชีวิต ดังนั้นเราจะอธิบายโครงสร้างของเอนไซม์จุด
Exonuclease I (ExoI) ที่นำมาจากสิ่งมีชีวิตแบบจำลอง Escherichia coli เป็นเอนไซม์โมโนเมอริกที่เกี่ยวข้องกับการรวมตัวกันใหม่และการซ่อมแซมสารพันธุกรรม ด้วยการประยุกต์ใช้เทคนิคการตกผลึกโครงสร้างของมันจึงถูกแสดง
นอกเหนือจากโดเมน exonuclease ของ polymerase แล้วเอนไซม์ยังรวมโดเมนอื่น ๆ ที่เรียกว่า SH3 ทั้งสามภูมิภาครวมกันเป็นชนิด C แม้ว่าบางส่วนจะทำให้เอนไซม์มีลักษณะคล้ายกับ O
อ้างอิง
- Breyer, WA และ Matthews, BW (2000) โครงสร้างของ Escherichia coli exonuclease ฉันแนะนำว่ากระบวนการบรรลุผลได้อย่างไร ธรรมชาติโครงสร้างและชีววิทยาโมเลกุล, 7 (12), 1125.
- บราวน์ที. (2554). ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับพันธุศาสตร์: วิธีการระดับโมเลกุล การ์แลนด์วิทยาศาสตร์.
- Davidson, J. , & Adams, RLP (1980). ชีวเคมีของกรดนิวคลีอิกของเดวิดสัน ฉันย้อนกลับ
- Hsiao, YY, Duh, Y. , Chen, YP, Wang, YT, & Yuan, HS (2012) exonuclease ตัดสินใจว่าจะหยุดการตัดแต่งกรดนิวคลีอิกอย่างไร: โครงสร้างผลึกของ RNase T - สารประกอบเชิงซ้อนของผลิตภัณฑ์ การวิจัยกรดนิวคลีอิก, 40 (16), 8144-8154
- Khare, V. , & Eckert, KA (2002). การพิสูจน์อักษร 3 ′→ 5′ exonuclease activity ของ DNA polymerases: อุปสรรคทางจลน์ในการสังเคราะห์ DNA แบบ translesion การวิจัยการกลายพันธุ์ / กลไกพื้นฐานและโมเลกุลของการกลายพันธุ์, 510 (1-2), 45–54
- Kolodner, RD และ Marsischky, GT (1999) การซ่อมแซมดีเอ็นเอของยูคาริโอตไม่ตรงกัน ความคิดเห็นปัจจุบันด้านพันธุศาสตร์และการพัฒนา, 9 (1), 89–96
- Nishino, T. , & Morikawa, K. (2002). โครงสร้างและหน้าที่ของนิวคลีเอสในการซ่อมแซมดีเอ็นเอ: รูปร่างด้ามจับและใบมีดของกรรไกรดีเอ็นเอ ออนโคจีน, 21 (58), 9022.
- Orans, J. , McSweeney, EA, Iyer, RR, Hast, MA, Hellinga, HW, Modrich, P. , & Beese, LS (2011) โครงสร้างของดีเอ็นเอคอมเพล็กซ์ exonuclease 1 ของมนุษย์บ่งบอกถึงกลไกที่เป็นหนึ่งเดียวสำหรับตระกูลนิวคลีเอส เซลล์, 145 (2), 212-223
- หยางว. (2554). นิวคลีเอส: ความหลากหลายของโครงสร้างหน้าที่และกลไก บทวิจารณ์ชีวฟิสิกส์รายไตรมาส, 44 (1), 1-93