Apa itu Eksonuklease – fungsi, contoh, karakteristik

Eksonuklease merupakan enzim yang memotong urutan DNA dalam rantai polinukleotida baik dari ujung 5′ atau 3′ satu per satu. Seperti endonuklease, ini adalah enzim hidrolisis yang memotong ikatan fosfodiester antara nukleotida. Salah satu rute terpenting degradasi RNA pada archaea dan eukariota adalah melalui eksosom multi-protein, yang terdiri dari beberapa eksoribonuklease.

Selain itu, eksonuklease juga ditemukan pada bisa ular dan kadal. Racun ini bekerja dengan pemecahan kode DNA untuk protein penting di dalam tubuh. Ini penting selama replikasi sebagai salah satu enzim ini bekerja sama dengan RNA polimerase II mendegradasi primer RNA yang baru terbentuk hadir pada transkrip baru yang kemudian digantikan oleh nukleotida DNA.

Apa itu Eksonuklease?

Eksonuklease adalah jenis nuklease yang mencerna asam nukleat di salah satu ujung bebasnya – baik 3′ atau 5′. Hasilnya adalah pencernaan progresif dari materi genetik, melepaskan nukleotida satu per satu. Mitra untuk enzim ini adalah endonuklease, yang menghidrolisis asam nukleat di bagian internal rantai.

Enzim-enzim ini bekerja dengan hidrolisis ikatan fosfodiester dari rantai nukleotida. Mereka berpartisipasi dalam menjaga stabilitas genom dan dalam berbagai aspek metabolisme sel.

Secara khusus, baik dalam garis keturunan prokariotik dan eukariotik, kita menemukan berbagai jenis eksonuklease yang berpartisipasi dalam replikasi dan perbaikan DNA dan dalam pematangan dan degradasi RNA.

Karakteristik

Eksonuklease adalah jenis nuklease yang menghidrolisis ikatan fosfodiester rantai asam nukleat secara progresif di salah satu ujungnya, baik 3 ‘atau 5′.

Ikatan fosfodiester dibentuk oleh ikatan kovalen antara gugus hidroksil yang terletak pada karbon 3′ dan gugus fosfat yang terletak pada karbon 5’. Penyatuan antara kedua kelompok kimia menghasilkan ikatan rangkap jenis ester. Fungsi eksonuklease – dan nuklease secara umum – adalah untuk memutuskan ikatan kimia ini.

Ada berbagai macam eksonuklease. Enzim ini dapat menggunakan DNA atau RNA sebagai substrat, tergantung pada jenis nukleasenya. Dengan cara yang sama, molekul dapat berupa pita tunggal atau ganda.

Fungsi

Salah satu aspek penting untuk mempertahankan kehidupan suatu organisme dalam kondisi optimal adalah stabilitas genom. Untungnya, materi genetik memiliki serangkaian mekanisme yang sangat efektif yang memungkinkan perbaikannya, jika terpengaruh.

Mekanisme ini memerlukan pemutusan ikatan fosfodiester yang terkontrol, dan, seperti disebutkan, nuklease adalah enzim yang memenuhi fungsi vital ini.

Polimerase adalah enzim yang ada pada eukariota dan prokariota yang berpartisipasi dalam sintesis asam nukleat. Pada bakteri, tiga jenis telah dicirikan dan pada eukariota lima. Dalam enzim ini, aktivitas eksonuklease diperlukan untuk memenuhi fungsinya. Selanjutnya kita akan melihat bagaimana mereka melakukannya.

Aktivitas eksonuklease pada bakteri

Pada bakteri, ketiga polimerase memiliki aktivitas eksonuklease. Polimerase I memiliki aktivitas dalam dua arah: 5′-3′ dan 3-5′, sedangkan II dan III hanya menunjukkan aktivitas pada arah 3-5′.

Aktivitas 5′-3′ memungkinkan enzim untuk menghilangkan primer dari RNA, ditambah dengan enzim yang disebut primase. Selanjutnya, celah yang dibuat akan diisi dengan nukleotida yang baru disintesis.

Yang pertama adalah molekul yang terdiri dari beberapa nukleotida yang memungkinkan aktivitas DNA polimerase dimulai. Sehingga akan selalu hadir di acara replikasi.

Jika DNA polimerase menambahkan nukleotida yang salah, ia dapat memperbaikinya berkat aktivitas eksonuklease.

Aktivitas eksonuklease pada eukariota

Lima polimerase dalam organisme ini dilambangkan dengan huruf Yunani. Hanya gamma, delta, dan epsilon yang menunjukkan aktivitas eksonuklease, semuanya dalam arah 3′-5′.

Gamma DNA polimerase terkait dengan replikasi DNA mitokondria, sedangkan dua sisanya berpartisipasi dalam replikasi materi genetik yang terletak di nukleus dan dalam perbaikannya.

Degradasi

Eksonuklease adalah enzim kunci dalam menghilangkan molekul asam nukleat tertentu yang tidak lagi dibutuhkan oleh tubuh.

Dalam beberapa kasus, sel harus mencegah aksi enzim ini mempengaruhi asam nukleat yang harus dilestarikan.

Misalnya, “topi” ditambahkan ke RNA messenger. Ini terdiri dari metilasi guanin terminal dan dua unit ribosa. Fungsi tutup ini diyakini sebagai perlindungan DNA terhadap aksi 5 ‘exonuclease.

Contoh

Salah satu eksonuklease penting untuk pemeliharaan stabilitas genetik adalah eksonuklease manusia I, disingkat hExo1. Enzim ini ditemukan di jalur perbaikan DNA yang berbeda. Ini relevan untuk pemeliharaan telomer.

Eksonuklease ini memungkinkan perbaikan celah di kedua rantai, yang jika tidak diperbaiki, dapat menyebabkan penataan ulang atau penghapusan kromosom yang mengakibatkan pasien dengan kanker atau penuaan dini.

Aplikasi

Beberapa eksonuklease digunakan secara komersial. Misalnya, eksonuklease I yang memungkinkan degradasi primer pita tunggal (tidak dapat mendegradasi substrat pita ganda), eksonuklease III digunakan untuk mutagenesis terarah-situs dan eksonuklease lambda dapat digunakan untuk menghilangkan nukleotida yang terletak di ujung 5 ‘ dari DNA untai ganda.

Secara historis, eksonuklease menentukan elemen dalam proses menjelaskan sifat ikatan yang menyatukan blok pembangun asam nukleat: nukleotida.

Selanjutnya, dalam beberapa teknik sekuensing lama, aksi eksonuklease digabungkan dengan penggunaan spektrometri massa.

Karena produk eksonuklease adalah pelepasan oligonukleotida secara progresif, produk ini merupakan alat yang mudah digunakan untuk analisis urutan. Meskipun metode ini tidak bekerja dengan baik, itu berguna untuk urutan pendek.

Dengan cara ini, eksonuklease dianggap sebagai alat yang sangat fleksibel dan tak ternilai di laboratorium untuk manipulasi asam nukleat.

Struktur

Eksonuklease memiliki struktur yang sangat bervariasi, sehingga tidak mungkin untuk menggeneralisasi karakteristiknya. Hal yang sama dapat diekstrapolasi untuk berbagai jenis nuklease yang kita temukan pada organisme hidup. Oleh karena itu, kami akan menjelaskan struktur enzim titik.

Eksonuklease I (ExoI) yang diambil dari organisme model Escherichia coli adalah enzim monomer, yang terlibat dalam rekombinasi dan perbaikan materi genetik. Berkat penerapan teknik kristalografi, strukturnya diilustrasikan.

Selain domain eksonuklease dari polimerase, enzim mencakup domain lain yang disebut SH3. Ketiga daerah bergabung untuk membentuk semacam C, meskipun beberapa segmen membuat enzim terlihat mirip dengan O.

Related Posts