Caractéristiques, structure, types et fonctions nucléas

Le Nucléas Ce sont des enzymes responsables de la dégradation des acides nucléiques. Ceci est réalisé par l'hydrolyse des liaisons phosphodiéster qui maintient les nucléotides ensemble. Pour cette raison, ils sont également connus dans la littérature sous le nom de phosphodiesesterae. Ces enzymes se trouvent dans presque toutes les entités biologiques et jouent un rôle fondamental dans la réplication, la réparation et d'autres processus d'ADN.

En général, nous pouvons les classer en fonction du type d'acides nucléiques divisés: les nucléas dont le substrat est l'ARN est appelé ribonuclées, et ceux de l'ADN sont appelés désoxyribonucléas. Il existe des non-spécifiques capables de dégrader à la fois l'ADN et l'ARN.

Lien phosphodiéster. Source: xvazquez [cc by-sa 3.0 (http: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0 /]]

Une autre classification largement utilisée dépend de l'action enzymatique. S'il effectue son travail progressivement, en commençant par les extrémités de la chaîne d'acide nucléique, elles sont appelées exonucléases. En revanche, si la rupture se produit à un point intérieur de la chaîne, ils sont appelés endonucléases.

Actuellement, certaines endonucléases sont largement utilisées dans la technologie d'ADN recombinant dans les laboratoires de biologie moléculaire. Ce sont des outils inestimables pour la manipulation expérimentale des acides nucléiques.

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Caractéristiques

Les nucléas sont des molécules biologiques de la nature des protéines et avec une activité enzymatique. Ils sont capables d'hydrolyzer des liens qui se lient aux nucléotides dans les acides nucléiques.

Ils agissent par une catalyse acide-base générale. Cette réaction peut être divisée en trois étapes fondamentales: l'attaque nucléophile, la formation d'un intermédiaire chargé négativement et comme étape finale, la rupture du lien.

Il existe un type d'enzyme appelé polymérase, responsable du catalyse de la synthèse de l'ADN (en réplication) et de l'ARN (en transcription). Certains types de polymérases présentent une activité de nucléase. Comme les polymérases, d'autres enzymes connexes présentent également cette activité.

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Structure

Les nucléas sont un ensemble d'enzymes extrêmement hétérogènes, où il y a peu de relation entre sa structure et le mécanisme d'action. C'est-à-dire qu'il existe une variation drastique entre la structure de ces enzymes, nous ne pouvons donc mentionner aucune structure commune à tous.

Gars

Il existe plusieurs types de nucléasas et également différents systèmes pour les classer. Dans cet article, nous discuterons de deux principaux systèmes de classification: selon le type d'acide nucléique qu'ils se dégradent et selon la forme d'attaque enzymatique.

Si le lecteur est intéressé, vous pouvez rechercher une troisième classification plus étendue en fonction de la fonction de chaque nucléase (voir Yang, 2011).

Il est nécessaire de mentionner qu'il existe également dans ces systèmes enzymatiques nucléous qui ne sont pas spécifiques à leur substrat et peuvent dégrader les deux types d'acides nucléiques.

Selon la spécificité du substrat utilisé

Il existe deux types d'acides nucléiques qui sont pratiquement omniprésents aux êtres organiques: l'acide désoxyribonucléique, ou l'ADN et l'acide ribonucléique, l'ARN. Les enzymes spécifiques de l'ADN dégradantes sont appelées désoxyribonucléas et ARN, ribonucléases.

Selon la forme d'attaque

Si la chaîne d'acide nucléique est attaquée en endolytique, c'est-à-dire dans les régions internes de la chaîne, l'enzyme est appelée endonucléase. L'attaque alternative se produit progressivement à travers l'une des extrémités de la chaîne et les enzymes qui l'exécutent sont les exonucléases. L'action de chaque enzyme se traduit par différentes conséquences.

Comme les exonucléases se séparent étape par étape, les effets sur le substrat ne sont pas très drastiques. Au contraire, l'action des endonucléases est plus prononcée, car ils peuvent diviser la chaîne à différents points. Ce dernier peut changer jusqu'à la viscosité de la solution d'ADN.

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Les exonucléas étaient des éléments cruciaux pour élucider la nature du lien qui a maintenu les nucléotides ensemble.

La spécificité du site de coupe des endonucléases varie. Il existe certains types (tels que la désoxyribonucléase I) enzyme qui peut couper en sites non spécifiques, générant des coupes relativement aléatoires par rapport à la séquence.

Contrairement, nous avons des endonucléases très spécifiques qui ne coupent que dans certaines séquences. Plus tard, nous expliquerons comment les biologistes moléculaires profitent de cette propriété.

Il y a des nucléas qui peuvent agir à la fois à partir de l'endo et des exonucléases. Exemple de ceci est la nucléase microonique si appelée.

Les fonctions

Les nucléasas catalysent une série de réactions indispensables pour la vie. L'activité de nucléase est un élément essentiel de la réplication de l'ADN, car ils aident l'élimination de l'amorce ou d'abord et participer à la correction des erreurs.

De cette façon, deux processus aussi pertinents que la recombinaison et la réparation de l'ADN sont médiés par des nucléas.

Il contribue également à la génération de changements structurels de l'ADN, tels que le site spécifique à la topoisomérisation et à la recombinaison. Pour que tous ces processus se produisent, une rupture temporaire de la liaison phosphodiéster est nécessaire, faite par des nucléasas.

Dans l'ARN, les nucléas participent également à des processus fondamentaux. Par exemple, dans la maturation du messager et dans le traitement des ARN d'interférence. De la même manière, ils sont impliqués dans les processus de mort cellulaire programmés ou l'apoptose.

Dans les organismes unicellulaires, les nucléas représentent un système de défense qui leur permet de digérer l'ADN externe qui entre dans la cellule.

Applications: enzymes de restriction

Les biologistes moléculaires profitent de la spécificité de certaines nucléas appelées nucléas de restriction spécifiques. Les biologistes avaient remarqué que les bactéries étaient en mesure de digérer l'ADN étranger qui a été introduit par les techniques de laboratoire.

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Lors de l'étude davantage dans ce phénomène, les scientifiques ont découvert des nucléas de restriction: enzymes qui coupent l'ADN dans certaines séquences nucléotidiques. Ils sont une sorte de "ciseaux moléculaires" et nous les trouvons produits à la vente.

L'ADN des bactéries est "immun" à ce mécanisme, car il est protégé par des modifications chimiques dans les séquences qui favorisent la dégradation. Chaque souche d'espèce et de bactéries a ses nucléas spécifiques.

Ces molécules sont très utiles, car elles garantissent que la coupe sera toujours réalisée dans le même site (de 4 à 8 nucléotides en longueur). Ils s'appliquent dans la technologie d'ADN recombinant.

Alternativement, dans certaines procédures de routine (comme la PCR), la présence de nucléasas affecte négativement le processus, car ils digèrent le matériau qui nécessite d'être analysé. Pour cette raison, dans certains cas, il est nécessaire d'appliquer ces inhibiteurs enzymes.

Les références

1. Brun, t. (2011). Introduction à la génétique: une approche moléculaire. Garland Science.
2. Davidson, J., & Adams, R. L. P. (1980). Biochimie des acides nucléiques de Davidson. J'ai inversé.
3. Nishino, t., & Morikawa, k. (2002). Structure et fonction des nucléases dans la réparation de l'ADN: forme, poignée et lame des ciseaux d'ADN. Oncogène, vingt-et-un(58), 9022.
4. Stoddard, b. L. (2005). Structure et fonction des endonucléases à domicile. Revues trimestrielles de la biophysique, 38(1), 49-95.
5. Yang, w. (2011). Nucléases: diversité de la structure, de la fonction et du mécanisme. Revues trimestrielles de la biophysique, 44(1), 1-93.