NUKLEASE: CIRI, STRUKTUR, JENIS DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The nucleases adalah enzim yang bertanggungjawab untuk asid nukleik menjatuhkan maruah. Mereka melakukan ini dengan hidrolisis ikatan fosfodiester yang menyatukan nukleotida bersama. Atas sebab ini, mereka juga dikenali dalam literatur sebagai phosphodiesterases. Enzim ini terdapat di hampir semua entiti biologi dan memainkan peranan penting dalam replikasi DNA, pembaikan dan proses lain.

Secara umum, kita dapat mengklasifikasikannya bergantung pada jenis asid nukleik yang dibelahnya: nuklease yang substratnya RNA disebut ribonuklease, dan DNA dikenali sebagai deoxyribonucleases. Terdapat beberapa yang tidak spesifik yang mampu merosakkan DNA dan RNA.

Ikatan fosfodiester. Sumber: Xvazquez

Klasifikasi lain yang banyak digunakan bergantung pada tindakan enzim. Sekiranya ia menjalankan tugasnya secara progresif, bermula di hujung rantai asid nukleik, mereka dipanggil exonucleases. Sebaliknya, jika penembusan berlaku pada titik dalaman rantai, mereka disebut endonuklease.

Pada masa ini, endonuklease tertentu banyak digunakan dalam teknologi DNA rekombinan di makmal biologi molekul. Ini adalah alat yang tidak ternilai untuk manipulasi asid nukleik.

ciri-ciri

Nuklease adalah molekul biologi protein dan dengan aktiviti enzimatik. Mereka mampu menghidrolisis ikatan yang bergabung dengan nukleotida dalam asid nukleik.

Mereka bertindak melalui pemangkin asid-asas umum. Tindak balas ini dapat dibahagikan kepada tiga langkah asas: serangan nukleofilik, pembentukan perantara bermuatan negatif dan, sebagai langkah terakhir, pemutusan ikatan.

Terdapat sejenis enzim yang disebut polimerase, yang bertanggungjawab untuk mengkatalisis sintesis kedua DNA (dalam replikasi) dan RNA (dalam transkripsi). Beberapa jenis polimerase menunjukkan aktiviti nuclease. Seperti polimerase, enzim lain yang berkaitan juga menunjukkan aktiviti ini.

Struktur

Nuklease adalah sekumpulan enzim yang sangat heterogen, di mana terdapat sedikit hubungan antara struktur dan mekanisme tindakannya. Dengan kata lain, terdapat variasi drastik antara struktur enzim ini, jadi kita tidak dapat menyebut struktur yang umum untuk semua enzim tersebut.

Jenis-Jenis

Terdapat pelbagai jenis nuklease dan juga sistem yang berbeza untuk mengklasifikasikannya. Dalam artikel ini, kita akan membincangkan dua sistem klasifikasi utama: mengikut jenis asid nukleik yang mereka turunkan dan mengikut cara enzim diserang.

Sekiranya pembaca berminat, mereka dapat mencari klasifikasi ketiga yang lebih luas berdasarkan fungsi setiap nuclease (lihat Yang, 2011).

Perlu disebutkan bahawa nuklease juga terdapat dalam sistem enzimatik yang tidak spesifik untuk substratnya dan dapat menurunkan kedua-dua jenis asid nukleik.

Mengikut kekhususan substrat yang digunakan

Terdapat dua jenis asid nukleik yang hampir ada di mana-mana makhluk organik: asid deoksiribonukleik, atau DNA, dan asid ribonukleik, RNA. Enzim spesifik yang menurunkan DNA disebut deoxyribonucleases, dan RNA, ribonucleases.

Mengikut bentuk serangan

Sekiranya rantai asid nukleik diserang secara endolitik, iaitu, di kawasan dalaman rantai, enzim disebut endonuklease. Serangan alternatif berlaku secara beransur-ansur di satu hujung rantai dan enzim yang menjalankannya adalah eksonuklease. Tindakan setiap enzim menghasilkan akibat yang berbeza.

Oleh kerana exonucleases memisahkan nukleotida selangkah demi selangkah, kesan pada substrat tidak terlalu drastik. Sebaliknya, tindakan endonuklease lebih ketara, kerana mereka dapat memotong rantai pada titik yang berbeza. Yang terakhir ini dapat mengubah kelikatan larutan DNA.

Exonucleases adalah elemen penting dalam menjelaskan sifat ikatan yang menyatukan nukleotida bersama.

Kekhususan laman pembelahan endonuclease berbeza-beza. Terdapat beberapa jenis (seperti enzim deoxyribonuclease I) yang dapat memotong di tempat yang tidak spesifik, menghasilkan potongan yang agak rawak berkenaan dengan urutan.

Sebaliknya, kita mempunyai endonuklease yang sangat spesifik yang hanya memotong pada urutan tertentu. Kami akan menerangkan kemudian bagaimana ahli biologi molekul memanfaatkan harta ini.

Terdapat beberapa nuklease yang boleh bertindak sebagai endo dan exonucleases. Contohnya ialah apa yang disebut nukases mikrokonik.

ciri-ciri

Nuklease memangkinkan serangkaian reaksi yang penting untuk kehidupan. Aktiviti nuclease adalah elemen penting dalam replikasi DNA, kerana ia membantu menghilangkan primer atau primer dan mengambil bahagian dalam pembetulan kesalahan.

Dengan cara ini, dua proses yang relevan seperti pengumpulan semula dan pembaikan DNA dimediasi oleh nuklease.

Ini juga menyumbang untuk menghasilkan perubahan struktur dalam DNA, seperti topoisomerisasi dan penggabungan khusus tapak. Untuk semua proses ini berlaku, pemecahan sementara ikatan fosfodiester diperlukan, yang dilakukan oleh nuklease.

Dalam RNA, nuklease juga mengambil bahagian dalam proses asas. Contohnya, dalam pematangan utusan dan dalam pemprosesan RNA yang mengganggu. Dengan cara yang sama, mereka terlibat dalam proses kematian atau apoptosis sel yang diprogramkan.

Dalam organisma uniselular, nuklease mewakili sistem pertahanan yang memungkinkan mereka mencerna DNA asing yang memasuki sel.

Aplikasi: enzim sekatan

Ahli biologi molekul memanfaatkan kekhususan nuklease tertentu yang disebut nuklease sekatan khusus. Ahli biologi telah memperhatikan bahawa bakteria dapat mencerna DNA asing yang diperkenalkan melalui teknik di makmal.

Menggali lebih dalam fenomena ini, saintis menemui nuklease sekatan - enzim yang memotong DNA pada urutan nukleotida tertentu. Mereka adalah sejenis "gunting molekul" dan kami dapati ia dihasilkan untuk dijual.

DNA bakteria "kebal" terhadap mekanisme ini, kerana dilindungi oleh modifikasi kimia dalam urutan yang mendorong penurunan. Setiap spesies dan jenis bakteria mempunyai nuklease spesifiknya.

Molekul-molekul ini sangat berguna, kerana ia memastikan bahawa pemotongan akan selalu dibuat di tempat yang sama (panjang 4 hingga 8 nukleotida). Mereka digunakan dalam teknologi DNA rekombinan.

Sebagai alternatif, dalam beberapa prosedur rutin (seperti PCR) kehadiran nuklease secara negatif mempengaruhi proses tersebut, kerana mereka mencerna bahan yang perlu dianalisis. Atas sebab ini, dalam beberapa kes, perlu menggunakan perencat enzim ini.

Rujukan

1. Brown, T. (2011). Pengenalan kepada genetik: Pendekatan molekul. Ilmu Garland.
2. Davidson, J., & Adams, RLP (1980). Biokimia Asid Nukleik Davidson. Saya terbalik.
3. Nishino, T., & Morikawa, K. (2002). Struktur dan fungsi nuklease dalam pembaikan DNA: bentuk, cengkaman, dan bilah gunting DNA. Onkogen, 21 (58), 9022.
4. Stoddard, BL (2005). Struktur dan fungsi endonuklease homing. Ulasan suku tahunan Biofizik, 38 (1), 49-95.
5. Yang, W. (2011). Nuklease: kepelbagaian struktur, fungsi, dan mekanisme. Ulasan suku tahunan Biofizik, 44 (1), 1-93.