Das Nukleasen Sie sind Enzyme, die für den Abbau von Nukleinsäuren verantwortlich sind. Sie tun dies durch Hydrolyse der Phosphodiesterbindungen, die die Nukleotide zusammenhalten. Aus diesem Grund sind sie in der Literatur auch als Phosphodiesterasen bekannt. Diese Enzyme kommen in fast allen biologischen Einheiten vor und spielen eine grundlegende Rolle bei der DNA-Replikation, -Reparatur und anderen Prozessen..
Im Allgemeinen können wir sie in Abhängigkeit von der Art der Nukleinsäuren klassifizieren, die sie spalten: Nukleasen, deren Substrat RNA ist, werden Ribonukleasen genannt, und solche der DNA werden als Desoxyribonukleasen bezeichnet. Es gibt einige unspezifische, die sowohl DNA als auch RNA abbauen können.
Eine andere weit verbreitete Klassifizierung hängt von der Wirkung des Enzyms ab. Wenn es seine Arbeit schrittweise erledigt, beginnend an den Enden der Nukleinsäurekette, werden sie Exonukleasen genannt. Wenn der Bruch dagegen an einem inneren Punkt in der Kette auftritt, werden sie Endonukleasen genannt..
Derzeit werden bestimmte Endonukleasen in der rekombinanten DNA-Technologie in molekularbiologischen Labors häufig verwendet. Dies sind unschätzbare Werkzeuge für die experimentelle Manipulation von Nukleinsäuren..
Artikelverzeichnis
Nukleasen sind biologische Moleküle mit Proteincharakter und enzymatischer Aktivität. Sie sind in der Lage, die Bindungen zu hydrolysieren, die Nukleotide in Nukleinsäuren verbinden.
Sie wirken durch eine allgemeine Säure-Base-Katalyse. Diese Reaktion kann in drei grundlegende Schritte unterteilt werden: den nukleophilen Angriff, die Bildung eines negativ geladenen Zwischenprodukts und als letzten Schritt das Aufbrechen der Bindung..
Es gibt eine Art von Enzym namens Polymerasen, die für die Katalyse der Synthese von DNA (bei der Replikation) und RNA (bei der Transkription) verantwortlich sind. Einige Arten von Polymerasen zeigen Nukleaseaktivität. Wie Polymerasen zeigen auch andere verwandte Enzyme diese Aktivität..
Nukleasen sind ein äußerst heterogener Satz von Enzymen, bei denen zwischen ihrer Struktur und ihrem Wirkungsmechanismus nur ein geringer Zusammenhang besteht. Das heißt, es gibt eine drastische Variation zwischen der Struktur dieser Enzyme, so dass wir keine Struktur erwähnen können, die allen gemeinsam ist..
Es gibt mehrere Arten von Nukleasen und auch verschiedene Systeme, um sie zu klassifizieren. In diesem Artikel werden wir zwei Hauptklassifizierungssysteme diskutieren: nach der Art der Nukleinsäure, die sie abbauen, und nach der Art und Weise, wie das Enzym angegriffen wird..
Wenn der Leser interessiert ist, kann er nach einer dritten umfassenderen Klassifikation suchen, die auf der Funktion jeder Nuklease basiert (siehe Yang, 2011)..
Es ist zu erwähnen, dass Nukleasen auch in diesen Enzymsystemen existieren, die nicht spezifisch für ihr Substrat sind und beide Arten von Nukleinsäuren abbauen können..
Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren, die für organische Wesen praktisch allgegenwärtig sind: Desoxyribonukleinsäure oder DNA und Ribonukleinsäure, RNA. Die spezifischen Enzyme, die DNA abbauen, werden Desoxyribonukleasen und RNA-Ribonukleasen genannt.
Wenn die Nukleinsäurekette endolytisch angegriffen wird, dh in inneren Regionen der Kette, wird das Enzym als Endonuklease bezeichnet. Der alternative Angriff erfolgt allmählich an einem Ende der Kette und die Enzyme, die ihn ausführen, sind Exonukleasen. Die Wirkung jedes Enzyms führt zu unterschiedlichen Konsequenzen.
Da Exonukleasen die Nukleotide Schritt für Schritt trennen, sind die Auswirkungen auf das Substrat nicht sehr drastisch. Im Gegenteil, die Wirkung von Endonukleasen ist stärker ausgeprägt, da sie die Kette an verschiedenen Stellen spalten können. Letzteres kann sogar die Viskosität der DNA-Lösung verändern.
Exonukleasen waren entscheidende Elemente bei der Aufklärung der Art der Bindung, die die Nukleotide zusammenhält.
Die Spezifität der Endonuklease-Spaltstelle variiert. Es gibt einige Typen (wie das Desoxyribonuclease I-Enzym), die an unspezifischen Stellen schneiden können und relativ zufällige Schnitte in Bezug auf die Sequenz erzeugen.
Im Gegensatz dazu haben wir sehr spezifische Endonukleasen, die nur bei bestimmten Sequenzen schneiden. Später werden wir erklären, wie Molekularbiologen diese Eigenschaft nutzen.
Es gibt einige Nukleasen, die sowohl als Endo- als auch als Exonukleasen wirken können. Ein Beispiel hierfür ist die sogenannte mikrokonische Nuklease.
Nukleasen katalysieren eine Reihe lebenswichtiger Reaktionen. Die Nukleaseaktivität ist ein wesentliches Element der DNA-Replikation, da sie die Entfernung des Primers oder zuerst und an der Korrektur von Fehlern teilnehmen.
Auf diese Weise werden zwei wichtige Prozesse wie Rekombination und DNA-Reparatur durch Nukleasen vermittelt..
Es trägt auch zur Erzeugung struktureller Veränderungen in der DNA bei, wie z. B. Topoisomerisierung und ortsspezifische Rekombination. Damit all diese Prozesse stattfinden können, ist ein vorübergehender Abbau der Phosphodiesterbindung durch Nukleasen erforderlich.
In der RNA sind Nukleasen auch an grundlegenden Prozessen beteiligt. Zum Beispiel bei der Reifung des Botenstoffs und bei der Verarbeitung störender RNAs. Ebenso sind sie an den Prozessen des programmierten Zelltods oder der Apoptose beteiligt..
In einzelligen Organismen stellen Nukleasen ein Abwehrsystem dar, das es ihnen ermöglicht, fremde DNA zu verdauen, die in die Zelle gelangt.
Molekularbiologen nutzen die Spezifität bestimmter Nukleasen, die als spezifische Restriktionsnukleasen bezeichnet werden. Biologen hatten bemerkt, dass Bakterien in der Lage waren, fremde DNA zu verdauen, die durch Techniken im Labor eingeführt wurde.
Indem sie sich eingehender mit diesem Phänomen befassten, entdeckten die Wissenschaftler Restriktionsnukleasen - Enzyme, die DNA an bestimmten Nukleotidsequenzen schneiden. Sie sind eine Art "molekulare Schere" und wir finden sie zum Verkauf hergestellt.
Bakterien-DNA ist gegen diesen Mechanismus "immun", da sie durch chemische Modifikationen in den Sequenzen geschützt ist, die den Abbau fördern. Jede Art und jeder Bakterienstamm hat ihre spezifischen Nukleasen.
Diese Moleküle sind sehr nützlich, da sie sicherstellen, dass der Schnitt immer an derselben Stelle erfolgt (4 bis 8 Nukleotide lang). Sie werden in der rekombinanten DNA-Technologie eingesetzt.
Alternativ wirkt sich bei einigen Routineverfahren (wie der PCR) das Vorhandensein von Nukleasen negativ auf den Prozess aus, da sie das zu analysierende Material verdauen. Aus diesem Grund ist es in einigen Fällen notwendig, Inhibitoren dieser Enzyme anzuwenden..
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