Egzonukleazy

Model fragmentu polimerazy I z domeną o aktywności egzonukleazy 3'→5'

Egzonukleazy – enzymy należące do grupy esteraz (jednej z klas hydrolaz), które, działając na jedno- lub dwuniciowe DNA i RNA, powodują odłączenie nukleotydów od końców ich łańcuchów.

Podział

Ze względu na kierunek trawienia nici kwasu nukleinowego wyróżnia się[1]:

  • egzonukleazy 5'→3', np. egzonukleaza z jadu węża (SVPD, z ang. snake venom phosphodiesterase, EC 3.1.15.1)[2]
  • egzonukleazy 3'→5', np. egzonukleaza ze śledziony (EC 3.1.15.2)[3].

Ze względu na typ degradowanego kwasu nukleinowego wyróżnia się:

  • egzorybonukleazy – nukleazy RNA[4], np.:
    • egzorybonukleaza II (EC 3.1.13.1) – egzorybonukleaza typu 3'→5' wytwarzająca 5'-nukleotydy; hydrolizuje mRNA oraz inne jedno- i dwuniciowe RNA; występuje w organizmach wszystkich domen, bierze udział w dojrzewaniu tRNA[5]
    • egzorybonukleaza H[a] (EC 3.1.13.2) – egzorybonukleaza typu 3'→5' wytwarzająca 5'-nukleotydy i oligonukleotydy oraz 5'-deoksynukleotydy i oligodeoksynukleotydy; hydrolizuje hybrydy DNA-RNA; występuje u wirusów i organizmów komórkowych[7]
    • oligonukleotydaza (EC 3.1.13.3) – egzorybonukleaza hydrolizująca oligorybonukleotydy z wytworzeniem 5'-nukleotydów; występuje u bakterii i eukariontów[8]
    • rybonukleaza specyficzna dla poli(A) (EC 3.1.13.4) – egzorybonukleaza hydrolizująca sekwencje poli(A) z wytworzeniem AMP; występuje u bakterii i eukariontów[9]
    • rybonukleaza D (EC 3.1.13.5) – egzorybonukleaza typu 3'→5' wytwarzająca 5'-nukleotydy; odcina nadmiarowe nukleotydy z tRNA; występuje u bakterii i eukariontów[10]
    • 5'-3' egzorybonukleaza (EC 3.1.13.B1) – egzorybonukleaza typu 5'→3' wytwarzająca 5'-nukleotydy; pełni istotną rolę w obrocie mRNA; występuje u wirusów i organizmów komórkowych[11]
  • egzodeoksyrybonukleazy – nukleazy DNA, np.:
    • egzodeoksyrybonukleaza I (EC 3.1.11.1) – egzodeoksyrybonukleaza typu 3'→5' wytwarzająca 5'-deoksynukleotydy; hydrolizuje jedno- i dwuniciowe DNA; występuje w organizmach wszystkich domen, wykazuje dużą zachowawczość sekwencji od drożdży do człowieka; ludzka egzodeoksyrybonukleaza I pełni ważną rolę w naprawie DNA i procesie rekombinacji[12]
    • egzodeoksyrybonukleaza III (EC 3.1.11.2) – egzodeoksyrybonukleaza typu 3'→5' wytwarzająca 5'-deoksynukleotydy; hydrolizuje dwuniciowe DNA; występuje w organizmach wszystkich domen[13]
    • egzodeoksyrybonukleaza indukowana bakteriofagiem lambda (EC 3.1.11.3) – egzodeoksyrybonukleaza typu 3'→5' wytwarzająca 5'-deoksynukleotydy; jest niezależna od ATP, a zależna od jonów Mg2+
      ; wiąże się do dwuniciowego DNA, trawiąc koniec 5' z wytworzeniem długich jednoniciowych ogonów DNA; wytwarzana przez fagi λ i T7[14]
    • egzodeoksyrybonukleaza indukowana bakteriofagiem SP3 (EC 3.1.11.4) – egzodeoksyrybonukleaza typu 3'→5'; hydrolizuje jednoniciowe DNA z wytworzeniem di(deoksynukleotydów) z grupą fosforanową na końcu 5'; wytwarzana przez fagi SP3[15]
    • egzodeoksyrybonukleaza V (EC 3.1.11.5) – egzodeoksyrybonukleaza działająca w kierunku zarówno 5'→3', jak i 3'→5'; jest zależna od ATP; wytwarza deoksynukleotydy i oligodeoksynukleotydy z grupą fosforanową na końcu 5'; hydrolizuje jedno- i dwuniciowe DNA; występuje w organizmach wszystkich domen[16]
    • egzodeoksyrybonukleaza VII (EC 3.1.11.6) – egzodeoksyrybonukleaza działająca w kierunku zarówno 5'→3', jak i 3'→5'; wytwarza 5'-deoksynukleotydy; hydrolizuje jednoniciowe DNA; występuje u wirusów i organizmów komórkowych[17]
    • 5'→3' egzodeoksyrybonukleaza (wytwarzająca 3'-fosforany nukleozydów) (EC 3.1.12.1) – egzodeoksyrybonukleaza działająca w kierunku 5'→3'; wytwarza 3'-deoksynukleotydy; hydrolizuje jednoniciowe DNA; występuje u wirusów i organizmów komórkowych[18].
Porównanie mechanizmy działania egzonukleaz 3'→5' typu hydrolaz (po lewej) i nukleotydylotransferaz (po prawej)

Niektóre egzonukleazy są zdolne do trawienia zarówno DNA, jak i RNA, np. egzonukleaza z jadu węża (SVPD, z ang. snake venom phosphodiesterase, EC 3.1.15.1)[2] lub egzonukleaza ze śledziony (EC 3.1.15.2)[3].

Polimerazy o aktywności egzonukleaz

Aktywność egzonukleaz wykazują niektóre polimerazy. Przykładowo, polimeraza DNA z faga T4 wykazuje niezwykle silną aktywność egzonukleazy 3'→5', natomiast polimeraza DNA I z E. coli jest równocześnie egzonukleazą 5'→3' i egzonukleazą 3'→5', a wyizolowany z niej fragment Klenowa jest polimerazą i egzonukleazą 3'→5'[19].

Aktywność egzonukleazy 3'→5' bakteryjnych polimeraz DNA pełni funkcje naprawcze, korygując błędy powstające podczas replikacji[1]. Cecha ta nosi nazwę aktywności korekcyjnej polimerazy DNA.

Zabezpieczenie RNA przed trawieniem

RNA trawiony jest przez egzorybonukleazy. Aby możliwa była efektywna translacja, mRNA chroniony jest na końcu 5' przed egzonukleazami 5'→3' za pomocą tzw. czapeczki, a na końcu 3' przed egzonukleazami 3'→5' za pomocą sekwencji poliA[20].

Nukleotydylotransferazy

Egzonukleazami określane są też niektóre nukleotydylotransferazy[21], których działanie polega na odcinaniu końcowego nukleotydu kwasu nukleinowego z wykorzystaniem ataku nie cząsteczki wody (jak robią to hydrolazy), lecz anionu fosforanowego. Aktywność taką wykazuje np. rybonukleaza PH (nukleotydylotransferaza tRNA, EC 2.7.7.56)[22] i PNPaza (nukleotydylotransferaza polirybonukleotydowa; EC 2.7.7.8)[23]. Produktami ich działania są skrócone kwasy nukleinowe i difosforany nukleozydów (NDP, z ang. nucleoside diphosphate)[22][23].

Zobacz też

Uwagi

  1. ↑ Nie mylić z rybonukleazą H, która jest endonukleazą przecinającą nić RNA w hybrydah DNA-RNA[6].

Przypisy

  1. ↑ a b Robert Kincaid Murray, Daryl K. Granner, Victor W. Rodwell: Biochemia Harpera ilustrowana. Wyd. VI uaktualnione. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 2008, s. 385. ISBN 978-83-200-3573-5.
  2. ↑ a b EC 3.1.15.1 – venom exonuclease. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  3. ↑ a b EC 3.1.16.1 – spleen exonuclease. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  4. ↑ Y. Zuo, M.P. Deutscher, Exoribonuclease superfamilies: structural analysis and phylogenetic distribution, „Nucleic Acids Research”, 29 (5), 2001, s. 1017–1026, DOI: 10.1093/nar/29.5.1017, PMID: 11222749, PMCID: PMC56904.
  5. ↑ EC 3.1.13.1 – exoribonuclease II. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  6. ↑ EC 3.1.26.4 – ribonuclease H. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  7. ↑ EC 3.1.13.2 – exoribonuclease H. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  8. ↑ EC 3.1.13.3 – oligonucleotidase. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  9. ↑ EC 3.1.13.4 – poly(A)-specific ribonuclease. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  10. ↑ EC 3.1.13.5 – ribonuclease D. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  11. ↑ EC 3.1.13.B1- 5'-3' exoribonuclease. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  12. ↑ EC 3.1.11.1 – exodeoxyribonuclease I. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  13. ↑ EC 3.1.11.2 – exodeoxyribonuclease III. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  14. ↑ EC 3.1.11.3 – exodeoxyribonuclease (lambda-induced). Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  15. ↑ EC 3.1.11.4 – exodeoxyribonuclease (phage SP3-induced). Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  16. ↑ EC 3.1.11.5 – exodeoxyribonuclease V. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  17. ↑ EC 3.1.11.5 – exodeoxyribonuclease VII. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  18. ↑ EC 3.1.12.1 – 5' to 3' exodeoxyribonuclease (nucleoside 3'-phosphate-forming). Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  19. ↑ Wolfgang Aehle i inni, Nonindustrial Enzyme Usage, [w:] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley‐VCH, 2005, s. 68–70, DOI: 10.1002/14356007.a09_341.pub2 (ang.).
  20. ↑ Robert Kincaid Murray, Daryl K. Granner, Victor W. Rodwell: Biochemia Harpera ilustrowana. Wyd. VI uaktualnione. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 2008, s. 436. ISBN 978-83-200-3573-5.
  21. ↑ S. Yehudai-Resheff, M. Hirsh, G. Schuster, Polynucleotide phosphorylase functions as both an exonuclease and a poly(A) polymerase in spinach chloroplasts, „Molecular and Cellular Biology”, 21 (16), 2001, s. 5408–5416, DOI: 10.1128/MCB.21.16.5408-5416.2001, PMID: 11463823, PMCID: PMC87263.
  22. ↑ a b EC 2.7.7.56 – tRNA polyribonucleotide. Brenda. [dostęp 2018-08-05].
  23. ↑ a b EC 2.7.7.8 – polyribonucleotide nucleotidyltransferase. Brenda. [dostęp 2018-08-05].

Media użyte na tej stronie

Poly I structure.jpg
Autor: Christopherrussell, Licencja: CC-BY-SA-3.0
3'to 5' exonuclease associated with Pol I
3' RNA degradation.png
(c) I, Reinoutr, CC-BY-SA-3.0
Reaction diagram for hydrolytic (left) and phosphorolytic (right) 3'-5' RNA degradation.