- ลักษณะเฉพาะ
- โครงสร้าง
- ประเภท
- ตามความจำเพาะของวัสดุพิมพ์ที่ใช้
- ตามรูปแบบของการโจมตี
- คุณสมบัติ
- การใช้งาน: เอนไซม์ จำกัด
- อ้างอิง
nucleasesมีเอนไซม์ที่มีหน้าที่รับผิดชอบในการย่อยสลายกรดนิวคลีอิก พวกเขาทำได้โดยการไฮโดรไลซิสของพันธะฟอสโฟดิสเตอร์ที่ยึดนิวคลีโอไทด์ไว้ด้วยกัน ด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงเป็นที่รู้จักกันในวรรณคดีว่าฟอสโฟดิเอสเตเรส เอนไซม์เหล่านี้พบได้ในหน่วยงานทางชีววิทยาเกือบทั้งหมดและมีบทบาทพื้นฐานในการจำลองแบบดีเอ็นเอการซ่อมแซมและกระบวนการอื่น ๆ
โดยทั่วไปเราสามารถจำแนกพวกมันได้ขึ้นอยู่กับชนิดของกรดนิวคลีอิกที่พวกมันแยกออก: นิวคลีเอสที่มีสารตั้งต้นคือ RNA เรียกว่าไรโบนิวคลีเอสและดีเอ็นเอเหล่านี้เรียกว่าดีออกซีไรโบนิวคลีเอส มีบางตัวที่ไม่เฉพาะเจาะจงที่สามารถย่อยสลายทั้ง DNA และ RNA
พันธะฟอสโฟดิสเตอร์ ที่มา: Xvazquez
การจำแนกประเภทอื่นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายขึ้นอยู่กับการกระทำของเอนไซม์ ถ้ามันทำงานไปเรื่อย ๆ โดยเริ่มจากปลายห่วงโซ่กรดนิวคลีอิกพวกมันเรียกว่าเอ็กโซนิวคลีเอส ในทางตรงกันข้ามถ้าการแตกเกิดขึ้นที่จุดภายในของโซ่พวกเขาจะเรียกว่าเอนโดนิวคลีเอส
ปัจจุบันเอนโดนิวคลีเอสบางชนิดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์ดีเอ็นเอในห้องปฏิบัติการอณูชีววิทยา สิ่งเหล่านี้เป็นเครื่องมือล้ำค่าสำหรับการทดลองจัดการกรดนิวคลีอิก
ลักษณะเฉพาะ
นิวคลีเอสเป็นโมเลกุลทางชีววิทยาที่มีลักษณะของโปรตีนและมีกิจกรรมของเอนไซม์ พวกมันสามารถไฮโดรไลซิงพันธะที่เชื่อมนิวคลีโอไทด์ในกรดนิวคลีอิก
พวกมันทำหน้าที่ผ่านการเร่งปฏิกิริยากรดเบสทั่วไป ปฏิกิริยานี้สามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอนพื้นฐาน: การโจมตีของนิวคลีโอฟิลิกการก่อตัวของตัวกลางที่มีประจุลบและในขั้นตอนสุดท้ายคือการทำลายพันธะ
มีเอนไซม์ชนิดหนึ่งเรียกว่า polymerases ซึ่งทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์ทั้ง DNA (ในการจำลองแบบ) และ RNA (ในการถอดความ) โพลีเมอเรสบางประเภทมีกิจกรรมนิวคลีเอส เช่นเดียวกับโพลีเมอเรสเอนไซม์อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องก็แสดงกิจกรรมนี้เช่นกัน
โครงสร้าง
นิวคลีเอสเป็นชุดของเอนไซม์ที่แตกต่างกันอย่างมากซึ่งมีความสัมพันธ์เพียงเล็กน้อยระหว่างโครงสร้างและกลไกการออกฤทธิ์ กล่าวอีกนัยหนึ่งโครงสร้างของเอนไซม์เหล่านี้มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากดังนั้นเราจึงไม่สามารถกล่าวถึงโครงสร้างใด ๆ ที่เหมือนกันกับพวกมันทั้งหมด
ประเภท
มีนิวคลีเอสหลายประเภทและยังมีระบบที่แตกต่างกันในการจำแนก ในบทความนี้เราจะพูดถึงระบบการจำแนกหลัก 2 ระบบ: ตามประเภทของกรดนิวคลีอิกที่ย่อยสลายและตามวิธีที่เอนไซม์ถูกโจมตี
หากผู้อ่านสนใจพวกเขาสามารถค้นหาการจัดประเภทที่ครอบคลุมมากขึ้นอีกสามประเภทโดยพิจารณาจากฟังก์ชันของนิวคลีเอสแต่ละตัว (ดู Yang, 2011)
จำเป็นต้องพูดถึงว่านิวคลีเอสยังมีอยู่ในระบบเอนไซม์เหล่านี้ซึ่งไม่เฉพาะเจาะจงกับสารตั้งต้นและสามารถย่อยสลายกรดนิวคลีอิกทั้งสองชนิดได้
ตามความจำเพาะของวัสดุพิมพ์ที่ใช้
กรดนิวคลีอิกมีอยู่ 2 ประเภทที่แทบจะแพร่หลายต่อสิ่งมีชีวิตอินทรีย์ ได้แก่ กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกหรือดีเอ็นเอและกรดไรโบนิวคลีอิกอาร์เอ็นเอ เอนไซม์เฉพาะที่ย่อยสลาย DNA เรียกว่า deoxyribonucleases และ RNA, ribonucleases
ตามรูปแบบของการโจมตี
หากสายโซ่กรดนิวคลีอิกถูกโจมตีโดยเอนโดลิติกนั่นคือในบริเวณภายในของโซ่เอนไซม์จะเรียกว่าเอนโดนิวคลีเอส การโจมตีทางเลือกเกิดขึ้นทีละน้อยที่ปลายด้านหนึ่งของห่วงโซ่และเอนไซม์ที่ดำเนินการคือเอ็กโซนิวคลีเอส การออกฤทธิ์ของเอนไซม์แต่ละชนิดให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน
เนื่องจาก exonucleases แยกนิวคลีโอไทด์ทีละขั้นตอนผลกระทบต่อสารตั้งต้นจึงไม่รุนแรงมากนัก ในทางตรงกันข้ามการกระทำของเอนโดนิวคลีเอสนั้นเด่นชัดกว่าเนื่องจากสามารถตัดโซ่ในจุดต่างๆได้ หลังสามารถเปลี่ยนแปลงได้แม้กระทั่งความหนืดของสารละลายดีเอ็นเอ
เอ็กโซนิวคลีเอสเป็นองค์ประกอบสำคัญในการอธิบายลักษณะของพันธะที่ยึดนิวคลีโอไทด์ไว้ด้วยกัน
ความจำเพาะของไซต์ร่องแยก endonuclease แตกต่างกันไป มีบางประเภท (เช่นเอนไซม์ deoxyribonuclease I) ที่สามารถตัดได้ที่ไซต์ที่ไม่เฉพาะเจาะจงทำให้เกิดการตัดแบบสุ่มตามลำดับ
ในทางตรงกันข้ามเรามีเอนโดนิวคลีเอสที่เฉพาะเจาะจงมากซึ่งตัดเฉพาะบางลำดับเท่านั้น เราจะอธิบายในภายหลังว่านักชีววิทยาระดับโมเลกุลใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตินี้อย่างไร
มีนิวคลีเอสบางตัวที่สามารถทำหน้าที่เป็นทั้งเอนโดและเอกโซนิวคลีเอสได้ ตัวอย่างนี้เรียกว่าไมโครโคนิกนิวคลีเอส
คุณสมบัติ
นิวคลีเอสกระตุ้นปฏิกิริยาที่จำเป็นต่อชีวิต กิจกรรมของนิวคลีเอสเป็นองค์ประกอบสำคัญของการจำลองแบบดีเอ็นเอเนื่องจากช่วยกำจัดไพรเมอร์หรือไพรเมอร์และมีส่วนร่วมในการแก้ไขข้อผิดพลาด
ด้วยวิธีนี้กระบวนการสองกระบวนการที่เกี่ยวข้องเช่นเดียวกับการรวมตัวกันใหม่และการซ่อมแซมดีเอ็นเอจะเป็นสื่อกลางโดยนิวคลีเอส
นอกจากนี้ยังมีส่วนช่วยในการสร้างการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างใน DNA เช่น topoisomerization และการรวมตัวกันใหม่เฉพาะไซต์ เพื่อให้กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นจำเป็นต้องมีการทำลายพันธะฟอสโฟดิสเตอร์ชั่วคราวโดยทำโดยนิวคลีเอส
ใน RNA นิวคลีเอสยังมีส่วนร่วมในกระบวนการพื้นฐาน ตัวอย่างเช่นในการเจริญเติบโตของผู้ส่งสารและในการประมวลผลของ RNA ที่รบกวน ในทำนองเดียวกันพวกเขามีส่วนร่วมในกระบวนการของการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้หรือการตายของเซลล์
ในสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวนิวคลีเอสเป็นตัวแทนของระบบป้องกันที่ช่วยให้พวกมันย่อยดีเอ็นเอแปลกปลอมที่เข้าสู่เซลล์ได้
การใช้งาน: เอนไซม์ จำกัด
นักชีววิทยาระดับโมเลกุลใช้ประโยชน์จากความจำเพาะของนิวคลีเอสบางชนิดที่เรียกว่านิวคลีเอส จำกัด เฉพาะ นักชีววิทยาสังเกตว่าแบคทีเรียสามารถย่อยดีเอ็นเอแปลกปลอมที่ได้รับการแนะนำผ่านเทคนิคในห้องปฏิบัติการ
เมื่อเจาะลึกลงไปในปรากฏการณ์นี้นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบนิวคลีเอสที่มีข้อ จำกัด - เอนไซม์ที่ตัดดีเอ็นเอที่ลำดับนิวคลีโอไทด์บางอย่าง เป็น "กรรไกรโมเลกุล" ชนิดหนึ่งและเราพบว่ามีการผลิตเพื่อจำหน่าย
ดีเอ็นเอของแบคทีเรียเป็น "ภูมิคุ้มกัน" ต่อกลไกนี้เนื่องจากได้รับการปกป้องโดยการดัดแปลงทางเคมีในลำดับที่ส่งเสริมการย่อยสลาย แบคทีเรียแต่ละชนิดและสายพันธุ์มีนิวคลีเอสเฉพาะ
โมเลกุลเหล่านี้มีประโยชน์มากเนื่องจากมั่นใจได้ว่าจะทำการตัดในที่เดียวกันเสมอ (ความยาว 4 ถึง 8 นิวคลีโอไทด์) นำไปใช้ในเทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์ดีเอ็นเอ
อีกวิธีหนึ่งในขั้นตอนประจำบางอย่าง (เช่น PCR) การมีอยู่ของนิวคลีเอสจะส่งผลเสียต่อกระบวนการเนื่องจากพวกมันย่อยวัสดุที่ต้องวิเคราะห์ ด้วยเหตุนี้ในบางกรณีจึงจำเป็นต้องใช้สารยับยั้งเอนไซม์เหล่านี้
อ้างอิง
- บราวน์ที. (2554). ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับพันธุศาสตร์: วิธีการระดับโมเลกุล การ์แลนด์วิทยาศาสตร์.
- Davidson, J. , & Adams, RLP (1980). ชีวเคมีของกรดนิวคลีอิกของเดวิดสัน ฉันย้อนกลับ
- Nishino, T. , & Morikawa, K. (2002). โครงสร้างและหน้าที่ของนิวคลีเอสในการซ่อมแซมดีเอ็นเอ: รูปร่างด้ามจับและใบมีดของกรรไกรดีเอ็นเอ ออนโคจีน, 21 (58), 9022.
- สตอดดาร์ด, BL (2005). โครงสร้างและหน้าที่ของเอนโดนิวคลีเอส Homing บทวิจารณ์ชีวฟิสิกส์รายไตรมาส, 38 (1), 49-95
- หยางว. (2554). นิวคลีเอส: ความหลากหลายของโครงสร้างหน้าที่และกลไก บทวิจารณ์ชีวฟิสิกส์รายไตรมาส, 44 (1), 1-93