Il esonucleasi Sono un tipo di nucleasi che digeriscono gli acidi nucleici in una delle loro estremità libere - 3 'o 5'. Il risultato è una progressiva digestione del materiale genetico, rilasciando i nucleotidi uno per uno. La controparte di questi enzimi sono le endonucleasi, che idrolizzano gli acidi nucleici nelle sezioni interne della catena..
Questi enzimi agiscono per idrolisi dei legami fosfodiestere della catena nucleotidica. Partecipano al mantenimento della stabilità del genoma e in vari aspetti del metabolismo cellulare.
Nello specifico, sia nei lignaggi procarioti che eucariotici troviamo diversi tipi di esonucleasi che partecipano alla replicazione e riparazione del DNA e alla maturazione e degradazione dell'RNA..
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Le esonucleasi sono un tipo di nucleasi che idrolizzano progressivamente i legami fosfodiestere delle catene di acidi nucleici a una delle loro estremità, 3 'o 5'.
Un legame fosfodiestere è formato dal legame covalente tra un gruppo idrossile situato nel carbonio 3 'e un gruppo fosfato situato nel carbonio 5'. L'unione tra i due gruppi chimici si traduce in un doppio legame di tipo estere. La funzione delle esonucleasi - e delle nucleasi in generale - è quella di rompere questi legami chimici.
Esiste una grande varietà di esonucleasi. Questi enzimi possono utilizzare DNA o RNA come substrato, a seconda del tipo di nucleasi. Allo stesso modo, la molecola può essere in banda singola o doppia.
Uno degli aspetti critici per mantenere la vita di un organismo in condizioni ottimali è la stabilità del genoma. Fortunatamente il materiale genetico possiede una serie di meccanismi molto efficaci che ne consentono la riparazione, in caso di essere colpito..
Questi meccanismi richiedono la rottura controllata dei legami fosfodiestere e, come accennato, le nucleasi sono gli enzimi che svolgono questa funzione vitale..
Le polimerasi sono enzimi presenti sia negli eucarioti che nei procarioti che partecipano alla sintesi degli acidi nucleici. Nei batteri sono stati caratterizzati tre tipi e negli eucarioti cinque. In questi enzimi, l'attività esonucleasica è necessaria per adempiere alle loro funzioni. Successivamente vedremo come lo fanno.
Nei batteri, tutte e tre le polimerasi hanno attività esonucleasica. La polimerasi I ha attività in due direzioni: 5'-3 'e 3'-5', mentre II e III mostrano attività solo nella direzione 3'-5 '.
L'attività 5'-3 'consente all'enzima di rimuovere il primo di RNA, aggiunto da un enzima chiamato primasi. Successivamente, il gap creato sarà riempito con nucleotidi di nuova sintesi..
Il primo È una molecola composta da pochi nucleotidi che consente l'inizio dell'attività della DNA polimerasi. Quindi sarà sempre presente all'evento di replica.
Nel caso in cui la DNA polimerasi aggiunga un nucleotide che non corrisponde, può correggerlo grazie all'attività dell'esonucleasi.
Le cinque polimerasi in questi organismi sono indicate con lettere greche. Solo gamma, delta ed epsilon mostrano attività esonucleasica, tutte nella direzione 3'-5 '.
La gamma DNA polimerasi è correlata alla replicazione del DNA mitocondriale, mentre le restanti due partecipano alla replicazione del materiale genetico situato nel nucleo e alla sua riparazione..
Le esonucleasi sono enzimi chiave nell'eliminazione di alcune molecole di acido nucleico che non sono più necessarie all'organismo..
In alcuni casi, la cellula deve impedire che l'azione di questi enzimi influenzi gli acidi nucleici che devono essere conservati.
Ad esempio, un "tappo" viene aggiunto all'RNA messaggero. Consiste nella metilazione di una guanina terminale e di due unità di ribosio. Si ritiene che la funzione del cappuccio sia la protezione del DNA contro l'azione dell'esonucleasi 5 '.
Una delle esonucleasi essenziali per il mantenimento della stabilità genetica è l'esonucleasi umana I, abbreviata in hExo1. Questo enzima si trova in diversi percorsi di riparazione del DNA. È rilevante per il mantenimento dei telomeri.
Questa esonucleasi consente la riparazione delle lacune in entrambe le catene, che, se non riparate, possono portare a riarrangiamenti cromosomici o delezioni che provocano un paziente con cancro o invecchiamento precoce.
Alcuni esonucleasi sono in uso commerciale. Ad esempio l'esonucleasi I che consente la degradazione di primer in singola banda (non può degradare i substrati a doppia banda), l'esonucleasi III viene utilizzata per la mutagenesi sito-diretta e l'esonucleasi lambda può essere utilizzata per la rimozione di un nucleotide situato all'estremità 5 'di un DNA a doppia banda.
Storicamente, le esonucleasi erano elementi determinanti nel processo di chiarimento della natura dei legami che tenevano insieme gli elementi costitutivi degli acidi nucleici: i nucleotidi..
Inoltre, in alcune vecchie tecniche di sequenziamento l'azione delle esonucleasi era accoppiata all'uso della spettrometria di massa..
Poiché il prodotto dell'esonucleasi è il rilascio progressivo di oligonucleotidi, ha rappresentato un comodo strumento per l'analisi della sequenza. Sebbene il metodo non funzionasse molto bene, era utile per sequenze brevi.
In questo modo, le esonucleasi sono considerate strumenti molto flessibili e inestimabili in laboratorio per la manipolazione degli acidi nucleici..
Le esonucleasi hanno una struttura estremamente varia, quindi non è possibile generalizzare le loro caratteristiche. Lo stesso può essere estrapolato per i diversi tipi di nucleasi che troviamo negli organismi viventi. Pertanto, descriveremo la struttura di un enzima specifico.
Exonuclease I (ExoI) prelevato dall'organismo modello Escherichia coli è un enzima monomerico, coinvolto nella ricombinazione e riparazione del materiale genetico. Grazie all'applicazione di tecniche cristallografiche è stata illustrata la sua struttura.
Oltre al dominio esonucleasi della polimerasi, l'enzima include altri domini chiamati SH3. Le tre regioni si combinano per formare una sorta di C, sebbene alcuni segmenti facciano sembrare l'enzima simile a uno O.
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