NÜKLEAZLAR: ÖZELLIKLERI, YAPISI, TÜRLERI VE IŞLEVLERI - BIYOLOJI - 2025

Nükleazlar kırıcı nükleik asitlerin sorumlu enzimlerdir. Bunu, nükleotitleri bir arada tutan fosfodiester bağlarının hidrolizi ile yaparlar. Bu nedenle literatürde fosfodiesterazlar olarak da bilinirler. Bu enzimler hemen hemen tüm biyolojik varlıklarda bulunur ve DNA replikasyonu, onarımı ve diğer işlemlerde temel roller oynar.

Genel olarak, onları parçaladıkları nükleik asitlerin türüne göre sınıflandırabiliriz: substratı RNA olan nükleazlara ribonükleazlar, DNA'dakiler deoksiribonükleazlar olarak bilinir. Hem DNA'yı hem de RNA'yı parçalayabilen bazı spesifik olmayanlar vardır.

Fosfodiester bağı. Kaynak: Xvazquez

Yaygın olarak kullanılan diğer bir sınıflandırma, enzimin etkisine bağlıdır. Nükleik asit zincirinin sonlarından başlayarak işini aşamalı olarak yaparsa, bunlara eksonükleaz denir. Aksine, kopma zincirin iç noktasında meydana gelirse, bunlara endonükleazlar denir.

Şu anda, belirli endonükleazlar, moleküler biyoloji laboratuvarlarında rekombinant DNA teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar, nükleik asitlerin deneysel manipülasyonu için paha biçilmez araçlardır.

karakteristikleri

Nükleazlar, protein yapısına ve enzimatik aktiviteye sahip biyolojik moleküllerdir. Nükleotidleri nükleik asitlerde birleştiren bağları hidrolize edebilirler.

Genel bir asit-baz katalizi yoluyla etki ederler. Bu reaksiyon üç temel adıma bölünebilir: nükleofilik saldırı, negatif yüklü bir ara ürünün oluşumu ve son adım olarak bağın kopması.

Hem DNA'nın (replikasyonda) hem de RNA'nın (transkripsiyonda) sentezini katalize etmekten sorumlu polimerazlar adı verilen bir tür enzim vardır. Bazı polimeraz türleri, nükleaz aktivitesi sergiler. Polimerazlar gibi, diğer ilgili enzimler de bu aktiviteyi sergiler.

yapı

Nükleazlar, yapıları ile etki mekanizmaları arasında çok az ilişki bulunan son derece heterojen bir enzim kümesidir. Başka bir deyişle, bu enzimlerin yapıları arasında ciddi bir farklılık vardır, bu nedenle hepsinde ortak olan herhangi bir yapıdan söz edemeyiz.

Türleri

Birden fazla nükleaz türü ve bunları sınıflandırmak için farklı sistemler vardır. Bu yazıda, iki ana sınıflandırma sistemini tartışacağız: bozdukları nükleik asit türüne göre ve enzime saldırı şekline göre.

Okuyucu ilgilenirse, her bir nükleazın işlevine göre üçüncü bir daha kapsamlı sınıflandırma arayabilir (Yang, 2011).

Bu enzimatik sistemlerde, substratlarına özgü olmayan ve her iki tip nükleik asidi degrade edebilen nükleazların da bulunduğunu belirtmek gerekir.

Kullanılan alt tabakanın özgüllüğüne göre

Organik varlıklar için hemen hemen her yerde bulunan iki tür nükleik asit vardır: deoksiribonükleik asit veya DNA ve ribonükleik asit, RNA. DNA'yı indirgeyen spesifik enzimler, deoksiribonükleazlar ve RNA, ribonükleazlar olarak adlandırılır.

Saldırı şekline göre

Nükleik asit zincirine endolitik olarak, yani zincirin iç bölgelerinde saldırılırsa, enzime endonükleaz adı verilir. Alternatif saldırı, zincirin bir ucunda kademeli olarak meydana gelir ve onu gerçekleştiren enzimler eksonükleazlardır. Her enzimin etkisi farklı sonuçlar doğurur.

Eksonükleazlar nükleotitleri adım adım ayırdığından, substrat üzerindeki etkiler çok şiddetli değildir. Aksine, zinciri farklı noktalarda ayırabildikleri için endonükleazların etkisi daha belirgindir. İkincisi, DNA çözeltisinin viskozitesini bile değiştirebilir.

Eksonükleazlar, nükleotitleri bir arada tutan bağın doğasını aydınlatmada çok önemli unsurlardı.

Endonükleaz bölünme bölgesinin özgüllüğü değişir. Spesifik olmayan yerlerde kesebilen ve sekansa göre nispeten rastgele kesimler oluşturan bazı tipler (enzim deoksiribonükleaz I gibi) vardır.

Bunun aksine, yalnızca belirli dizilerde kesen çok spesifik endonükleazlarımız var. Moleküler biyologların bu özellikten nasıl yararlandıklarını daha sonra açıklayacağız.

Hem endo hem de eksonükleaz olarak hareket edebilen bazı nükleazlar vardır. Bunun bir örneği mikrokonik nükleazdır.

Özellikleri

Nükleazlar, yaşam için gerekli olan bir dizi reaksiyonu katalize eder. Nükleaz aktivitesi, primer veya primeri ortadan kaldırmaya ve hataların düzeltilmesine katkıda bulundukları için DNA replikasyonunun temel bir unsurudur.

Bu şekilde, rekombinasyon ve DNA onarımı gibi ilgili iki işleme nükleazlar aracılık eder.

Aynı zamanda DNA'da topoizomerizasyon ve bölgeye özgü rekombinasyon gibi yapısal değişikliklerin oluşturulmasına da katkıda bulunur. Tüm bu işlemlerin gerçekleşmesi için, nükleazlar tarafından gerçekleştirilen fosfodiester bağının geçici olarak kırılması gerekir.

RNA'da nükleazlar ayrıca temel süreçlere katılır. Örneğin, habercinin olgunlaşmasında ve karışan RNA'ların işlenmesinde. Aynı şekilde, programlanmış hücre ölümü veya apoptoz süreçlerine dahil olurlar.

Tek hücreli organizmalarda nükleazlar, hücreye giren yabancı DNA'yı sindirmelerine izin veren bir savunma sistemini temsil eder.

Uygulamalar: kısıtlama enzimleri

Moleküler biyologlar, spesifik kısıtlama nükleazları adı verilen belirli nükleazların özgüllüğünden yararlanırlar. Biyologlar, bakterilerin laboratuvarda tekniklerle tanıtılan yabancı DNA'yı sindirebildiklerini fark etmişlerdi.

Bu fenomeni daha derine inen bilim adamları, kısıtlama nükleazlarını keşfettiler - DNA'yı belirli nükleotid dizilerinde kesen enzimler. Bir tür "moleküler makas" dır ve satış için üretilmiş buluyoruz.

Bakteri DNA'sı, bozunmayı teşvik eden dizilerdeki kimyasal modifikasyonlarla korunduğu için bu mekanizmaya "bağışıktır". Her bakteri türü ve türünün kendine özgü nükleazları vardır.

Bu moleküller, kesimin her zaman aynı yerde (4 ila 8 nükleotid uzunluğunda) yapılmasını sağladıkları için çok faydalıdır. Rekombinant DNA teknolojisinde uygulanırlar.

Alternatif olarak, bazı rutin prosedürlerde (PCR gibi) nükleazların varlığı, analiz edilmesi gereken materyali sindirdikleri için süreci olumsuz etkiler. Bu nedenle bazı durumlarda bu enzimlerin inhibitörlerinin uygulanması gerekir.

Referanslar

1. Kahverengi, T. (2011). Genetiğe giriş: Moleküler bir yaklaşım. Garland Bilimi.
2. Davidson, J. ve Adams, RLP (1980). Davidson'un Nükleik Asitlerinin Biyokimyası. Tersine döndüm.
3. Nishino, T. ve Morikawa, K. (2002). DNA onarımında nükleazların yapısı ve işlevi: DNA makasının şekli, tutuşu ve bıçağı. Onkojen, 21 (58), 9022.
4. Stoddard, BL (2005). Hedef endonükleaz yapısı ve işlevi. Üç aylık Biyofizik incelemeleri, 38 (1), 49-95.
5. Yang, W. (2011). Nükleazlar: yapı, işlev ve mekanizma çeşitliliği. Üç aylık Biyofizik incelemeleri, 44 (1), 1-93.