Exonuclease: características, estrutura e funções - Ciência - 2023

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As exonucleases Eles são um tipo de nucleases que digerem os ácidos nucleicos em uma de suas extremidades livres - a 3 'ou a 5'. O resultado é uma digestão progressiva do material genético, liberando os nucleotídeos um a um. A contraparte dessas enzimas são as endonucleases, que hidrolisam os ácidos nucléicos em seções internas da cadeia.

Essas enzimas atuam por hidrólise das ligações fosfodiéster da cadeia de nucleotídeos. Eles participam da manutenção da estabilidade do genoma e de vários aspectos do metabolismo celular.

Especificamente, tanto em linhagens procarióticas quanto eucarióticas, encontramos diferentes tipos de exonucleases que participam da replicação e reparo do DNA e da maturação e degradação do RNA.

Caracteristicas

As exonucleases são um tipo de nucleases que hidrolisam as ligações fosfodiéster das cadeias de ácido nucleico progressivamente em uma de suas extremidades, a 3 'ou a 5'.

Uma ligação fosfodiéster é formada pela ligação covalente entre um grupo hidroxila localizado no carbono 3 'e um grupo fosfato localizado no carbono 5'. A união entre os dois grupos químicos resulta em uma ligação dupla do tipo éster. A função das exonucleases - e das nucleases em geral - é quebrar essas ligações químicas.

Existe uma grande variedade de exonucleases. Essas enzimas podem usar DNA ou RNA como substrato, dependendo do tipo de nuclease. Da mesma forma, a molécula pode ser de banda simples ou dupla.

Características

Um dos aspectos críticos para manter a vida de um organismo em ótimas condições é a estabilidade do genoma. Felizmente, o material genético possui uma série de mecanismos muito eficazes que permitem seu reparo, caso seja afetado.

Esses mecanismos requerem a quebra controlada das ligações fosfodiéster e, como mencionado, as nucleases são as enzimas que cumprem essa função vital.

As polimerases são enzimas presentes tanto em eucariotos quanto em procariotos que participam da síntese de ácidos nucléicos. Em bactérias, três tipos foram caracterizados e em eucariotos cinco. Nessas enzimas, a atividade das exonucleases é necessária para cumprir suas funções. A seguir, veremos como eles fazem isso.

Atividade de exonuclease em bactérias

Nas bactérias, todas as três polimerases têm atividade exonuclease. A polimerase I tem atividade em duas direções: 5'-3 'e 3-5', enquanto II e III apenas mostram atividade na direção 3-5 '.

A atividade 5'-3 'permite que a enzima remova o primeiro de RNA, adicionado por uma enzima chamada primase. Posteriormente, a lacuna criada será preenchida com nucleotídeos recém-sintetizados.

o primeiro É uma molécula composta de alguns nucleotídeos que permite o início da atividade da DNA polimerase. Portanto, estará sempre presente no evento de replicação.

Caso a DNA polimerase acrescente um nucleotídeo que não corresponda, ela pode corrigi-lo graças à atividade da exonuclease.

Atividade de exonuclease em eucariotos

As cinco polimerases nesses organismos são denotadas por letras gregas. Apenas gama, delta e épsilon mostram atividade de exonuclease, todas na direção 3'-5 '.

A gama DNA polimerase está relacionada à replicação do DNA mitocondrial, enquanto as duas restantes participam da replicação do material genético localizado no núcleo e de seu reparo.

Degradação

As exonucleases são enzimas essenciais na remoção de certas moléculas de ácido nucléico que não são mais necessárias ao corpo.

Em alguns casos, a célula deve impedir que a ação dessas enzimas afete os ácidos nucléicos que devem ser preservados.

Por exemplo, um "cap" é adicionado ao RNA mensageiro. Isso consiste na metilação de uma guanina terminal e duas unidades de ribose. Acredita-se que a função do cap é a proteção do DNA contra a ação da exonuclease 5 '.

Exemplos

Uma das exonucleases essenciais para a manutenção da estabilidade genética é a exonuclease I humana, abreviada como hExo1. Esta enzima é encontrada em diferentes vias de reparo do DNA. É relevante para a manutenção de telômeros.

Essa exonuclease permite que as lacunas em ambas as cadeias sejam corrigidas, o que, se não reparado, pode levar a rearranjos ou deleções cromossômicas que resultam em um paciente com câncer ou envelhecimento prematuro.

Formulários

Algumas exonucleases estão em uso comercial. Por exemplo, exonuclease I que permite a degradação de primers embanda única (não pode degradar substratos de banda dupla), a exonuclease III é usada para mutagênese dirigida ao local e a exonuclease lambda pode ser usada para a remoção de um nucleotídeo localizado na extremidade 5 'de um DNA de banda dupla.

Historicamente, as exonucleases eram elementos determinantes no processo de elucidação da natureza das ligações que mantinham os blocos de construção dos ácidos nucléicos: os nucleotídeos.

Além disso, em algumas técnicas de sequenciamento mais antigas, a ação das exonucleases era associada ao uso de espectrometria de massa.

Como o produto da exonuclease é a liberação progressiva de oligonucleotídeos, ela representou uma ferramenta conveniente para a análise de sequência. Embora o método não funcionasse muito bem, era útil para sequências curtas.

Dessa forma, as exonucleases são consideradas ferramentas muito flexíveis e valiosas em laboratório para a manipulação de ácidos nucléicos.

Estrutura

As exonucleases possuem uma estrutura extremamente variada, não sendo possível generalizar suas características. O mesmo pode ser extrapolado para os diferentes tipos de nucleases que encontramos nos organismos vivos. Portanto, descreveremos a estrutura de uma enzima pontual.

Exonuclease I (ExoI) retirada do organismo modelo Escherichia coli é uma enzima monomérica, envolvida na recombinação e reparo do material genético. Graças à aplicação de técnicas cristalográficas, sua estrutura foi ilustrada.

Além do domínio de exonuclease da polimerase, a enzima inclui outros domínios chamados SH3. Todas as três regiões se combinam para formar uma espécie de C, embora alguns segmentos façam a enzima parecer um O.

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