Caratteristiche, struttura, tipi e funzioni delle nucleas

IL Nuclea Sono enzimi che sono responsabili del degrado degli acidi nucleici. Ciò è ottenuto dall'idrolisi dei legami di fosfodié che tengono insieme i nucleotidi. Per questo motivo, sono anche conosciuti in letteratura come fosfodiesteree. Questi enzimi si trovano in quasi tutte le entità biologiche e svolgono ruoli fondamentali nella replica, nella riparazione e in altri processi di DNA.

In generale, possiamo classificarli a seconda del tipo di acidi nucleici che sono divisi: le nuclea il cui substrato è l'RNA sono chiamati ribonucleasi e quelli del DNA sono noti come deossiribonucleas. Ci sono alcuni non specifici in grado di degradare il DNA e l'RNA.

Phosphodiéster Link. Fonte: xvazquez [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/]]

Un'altra classificazione ampiamente usata dipende dall'azione enzimatica. Se svolge il suo lavoro progressivamente, a partire dalle estremità della catena di acido nucleico, sono chiamati esonucleasi. Al contrario, se l'interruzione si verifica in un punto interno della catena sono chiamati endonucleasi.

Attualmente, alcune endonucleasi sono ampiamente utilizzate nella tecnologia del DNA ricombinante nei laboratori di biologia molecolare. Questi sono strumenti inestimabili per la manipolazione sperimentale degli acidi nucleici.

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Caratteristiche

Le nuclea sono molecole biologiche della natura proteica e con attività enzimatica. Sono in grado di idrolizzanti collegamenti che legano i nucleotidi negli acidi nucleici.

Agiscono attraverso una catalisi generale di base acida. Questa reazione può essere divisa in tre fasi fondamentali: l'attacco nucleofilo, la formazione di un intermediario caricato negativamente e come fase finale la rottura del collegamento.

Esiste un tipo enzimatico chiamato polimerasi, responsabile della catalizzazione della sintesi sia del DNA (in replicazione) che dell'RNA (in trascrizione). Alcuni tipi di polimerasi presentano attività di nucleasi. Come le polimerasi, anche altri enzimi correlati presentano questa attività.

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Struttura

Le nuclea sono un insieme di enzimi estremamente eterogenei, dove c'è poca relazione tra la sua struttura e il meccanismo d'azione. Cioè, esiste una drastica variazione tra la struttura di questi enzimi, quindi non possiamo menzionare alcuna struttura comune a tutti loro.

Ragazzi

Esistono diversi tipi di nucleasas e anche sistemi diversi per classificarli. In questo articolo, discuteremo di due principali sistemi di classificazione: in base al tipo di acido nucleico che degradano e secondo la forma di attacco enzimatico.

Se il lettore è interessato, puoi cercare una terza classificazione più ampia in base alla funzione di ciascun nucleasi (vedi Yang, 2011).

È necessario menzionare che ci sono anche in questi sistemi enzimatici nucleosi che non sono specifici per il loro substrato e possono degradare entrambi i tipi di acidi nucleici.

Secondo la specificità del substrato utilizzato

Esistono due tipi di acidi nucleici che sono praticamente onnipresenti per gli esseri organici: acido deossiribonucleico o DNA e acido ribonucleico, RNA. Gli enzimi specifici nel DNA degradante sono chiamati deossiribonuclea e RNA, ribonucleasi.

Secondo la forma di attacco

Se la catena di acido nucleico viene attaccata endoliticamente, cioè nelle regioni interne della catena, l'enzima è chiamato endonucleasi. L'attacco alternativo si verifica gradualmente attraverso una delle estremità della catena e gli enzimi che lo eseguono sono gli esonucleasi. L'azione di ciascun enzima si traduce in conseguenze diverse.

Poiché gli esonucleasi si separano passo per passo, gli effetti sul substrato non sono molto drastici. Al contrario, l'azione delle endonucleasi è più pronunciata, poiché possono dividere la catena in punti diversi. Quest'ultimo può cambiare fino alla viscosità della soluzione del DNA.

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Le esonuclea erano elementi cruciali per chiarire la natura del legame che teneva insieme i nucleotidi.

La specificità del sito di taglio delle endonucleasi varia. Esistono alcuni tipi (come l'enzima di deossiribonucleasi I) che possono tagliare in siti non specifici, generando tagli relativamente casuali rispetto alla sequenza.

Contrariamente, abbiamo endonucleasi molto specifiche che tagliano solo in determinate sequenze. Più tardi spiegheremo come i biologi molecolari traggono vantaggio da questa proprietà.

Ci sono alcune nuclea che possono agire sia da endo che da esonucleasi. Esempio di questo è la nucleasi microconica così chiamata.

Funzioni

Le nucleasas catalizzano una serie di reazioni indispensabili per la vita. L'attività della nucleasi è un elemento essenziale della replicazione del DNA, poiché aiutano l'eliminazione del primer o Primo e partecipare alla correzione degli errori.

In questo modo, due processi rilevanti come la ricombinazione e la riparazione del DNA sono mediati dalle nuclea.

Contribuisce inoltre a generare cambiamenti strutturali nel DNA, come il sito specifico per topoisomerizzazione e ricombinazione. Affinché tutti questi processi avvengano, è necessaria una rottura temporanea del collegamento di fosfodié, realizzato dalle Nucleasas.

Nell'RNA, le nulea partecipano anche a processi fondamentali. Ad esempio, nella maturazione del messaggero e nell'elaborazione degli RNA di interferenza. Allo stesso modo, sono coinvolti in processi di morte cellulare programmati o apoptosi.

Negli organismi unicellulari, le nulea rappresentano un sistema di difesa che consente loro di digerire il DNA esterno che entra nella cellula.

Applicazioni: enzimi di restrizione

I biologi molecolari sfruttano la specificità di alcune nulea chiamate nuclea di restrizione specifica. I biologi avevano notato che i batteri erano in grado di digerire il DNA estraneo che era stato introdotto dalle tecniche di laboratorio.

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Quando si studiano di più in questo fenomeno, gli scienziati hanno scoperto nuclei di restrizione: enzimi che tagliano il DNA in determinate sequenze di nucleotidi. Sono una specie di "forbici molecolari" e le troviamo prodotte in vendita.

Il DNA dei batteri è "immune" a questo meccanismo, poiché è protetto da modifiche chimiche nelle sequenze che promuovono la degradazione. Ogni specie e ceppo di batteri ha le sue nuclea specifiche.

Queste molecole sono molto utili, poiché assicurano che il taglio venga sempre eseguito nello stesso sito (da 4 a 8 nucleotidi di lunghezza). Si applicano nella tecnologia del DNA ricombinante.

In alternativa, in alcune procedure di routine (come la PCR) la presenza di Nucleasas influisce negativamente sul processo, poiché digeriscono il materiale che richiede di essere analizzato. Per questo motivo, in alcuni casi è necessario applicare questi inibitori degli enzimi.

Riferimenti

1. Brown, t. (2011). Introduzione alla genetica: un approccio molecolare. Scienze della ghirlanda.
2. Davidson, J., & Adams, R. L. P. (1980). Biochimica degli acidi nucleici di Davidson. Ho invertito.
3. Nishino, t., & Morikawa, K. (2002). Struttura e funzione delle nucleasi nella riparazione del DNA: forma, presa e lama delle forbici del DNA. Oncogene, ventuno(58), 9022.
4. Stoddard, b. L. (2005). Struttura e funzione endonucleasi di homing. Recensioni trimestrali di biofisica, 38(1), 49-95.
5. Yang, w. (2011). Nucleasi: diversità di struttura, funzione e meccanismo. Recensioni trimestrali di biofisica, 44(1), 1-93.