Эндонуклеаза

редактировать

Эндонуклеазы - это ферменты, которые расщепляют фосфодиэфирную связь внутри полинуклеотидная цепь. Некоторые, такие как дезоксирибонуклеаза I, разрезают ДНК относительно неспецифично (безотносительно к последовательности), в то время как многие, обычно называемые эндонуклеазами рестрикции или рестрикционными ферментами, расщепляют только очень специфические нуклеотидные последовательности. Эндонуклеазы отличаются от экзонуклеаз, которые расщепляют концы узнаваемых последовательностей вместо средней (эндо) части. Однако некоторые ферменты, известные как «экзо-эндонуклеазы », не ограничиваются какой-либо функцией нуклеаз, проявляя качества, которые являются как эндо-, так и экзо-подобными. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что активность эндонуклеазы отстает от активности экзонуклеазы.

Ферменты рестрикции - это эндонуклеазы из эубактерий и архей, которые распознают конкретную последовательность ДНК. Нуклеотидная последовательность, распознаваемая для расщепления рестрикционным ферментом, называется сайтом рестрикции. Обычно сайт рестрикции представляет собой палиндромную последовательность длиной от четырех до шести нуклеотидов. Большинство эндонуклеаз рестрикции расщепляют цепь ДНК неравномерно, оставляя комплементарные одноцепочечные концы. Эти концы могут повторно соединяться посредством гибридизации и называются «липкими концами». После образования пары фосфодиэфирные связи фрагментов могут быть соединены ДНК-лигазой. Известны сотни эндонуклеаз рестрикции, каждая из которых атакует свой сайт рестрикции. Фрагменты ДНК, расщепленные одной и той же эндонуклеазой, могут быть соединены вместе независимо от происхождения ДНК. Такая ДНК называется рекомбинантной ДНК ; ДНК образуется в результате объединения генов в новые комбинации. Эндонуклеазы рестрикции (ферменты рестрикции ) делятся на три категории: тип I, тип II и тип III в соответствии с их механизмом действия. Эти ферменты часто используются в генной инженерии для создания рекомбинантной ДНК для введения в клетки бактерий, растений или животных, а также в синтетической биологии. Одной из наиболее известных эндонуклеаз является Cas9.

Содержание

  • 1 Категории
  • 2 Обозначения
  • 3 Дальнейшее обсуждение
  • 4 Восстановление ДНК
  • 5 Общие эндонуклеазы
  • 6 Мутации
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки

Категории

В конечном счете, существует три категории эндонуклеаз рестрикции, которые в относительной степени способствуют расщеплению конкретных последовательностей. Типы I и III представляют собой большие мультисубъединичные комплексы, которые включают как эндонуклеазную, так и метилазную активность. Тип I может отщеплять на случайных участках около 1000 пар оснований или более из последовательности распознавания, и для этого требуется АТФ в качестве источника энергии. Тип II ведет себя несколько иначе и был впервые выделен Гамильтоном Смитом в 1970 году. Это более простые версии эндонуклеаз, которым не требуется АТФ в процессах разложения. Некоторые примеры эндонуклеаз рестрикции типа II включают BamHI, EcoRI, EcoRV, HindIII и HaeIII. Тип III, однако, расщепляет ДНК примерно по 25 парам оснований из последовательности распознавания, а также требует для этого АТФ.

Обозначения

Обычно используемые обозначения для эндонуклеаз рестрикции имеют форму " VwxyZ », где« Vwx »- курсивом первая буква названия рода и первые две буквы вида, в котором может быть обнаружена эта эндонуклеаза рестрикции, например, Escherichia coli, Eco и Haemophilus influenzae, Hin. За ним следует необязательный, не выделенный курсивом символ «y», который указывает тип или идентификацию штамма, например, EcoR для штаммов E. coli, несущих фактор переноса устойчивости к лекарствам RTF-1, EcoB для штамма E. coli B, и Hind для штамма H. influenzae d. Наконец, когда конкретный тип или штамм имеет несколько различных эндонуклеаз рестрикции, они обозначаются римскими цифрами, таким образом, эндонуклеазы рестрикции из штамма d H.influenzae называются HindI, HindII, HindIII и т. Д. Другой пример: «HaeII» и « HaeIII »относятся к бактерии Haemophilus aegyptius (штамм не указан), эндонуклеазам рестрикции номер II и номер III, соответственно. Рестрикционные ферменты, используемые в молекулярной биологии, обычно распознают короткие последовательности-мишени примерно из 4-8 пар оснований. Например, фермент EcoRI распознает и расщепляет последовательность 5 '- GAATTC - 3'.

Фермент рестрикции Eco RI

Эндонуклеазы рестрикции бывают нескольких типов. Эндонуклеаза рестрикции обычно требует сайта узнавания и образца расщепления (обычно нуклеотидных оснований: A, C, G, T). Если сайт узнавания находится вне области структуры расщепления, то эндонуклеаза рестрикции обозначается как тип I. Если последовательность узнавания перекрывается с последовательностью расщепления, то эндонуклеаза рестрикции фермент рестрикции относится к типу II.

Дальнейшее обсуждение

Могут быть обнаружены рестрикционные эндонуклеазы, которые расщепляют стандартную дцДНК (двухцепочечную ДНК) или оцДНК (одноцепочечную ДНК) или даже РНК. Это обсуждение ограничено дцДНК; однако обсуждение может быть расширено до следующего:

  • Стандартная дцДНК
  • Нестандартная ДНК
  1. Соединения Холлидея
  2. Трехцепочечная ДНК, четырехцепочечная ДНК (G-квадруплекс )
  3. Двухцепочечные гибриды ДНК и РНК (одна цепь - ДНК, другая цепь - РНК)
  4. Синтетическая или искусственная ДНК (например, содержащая основания, отличные от A, C, G, T, см. Работу Эрика Т. Кула ). Исследования с синтетическими кодонами, см. Исследование С. Беннера, и увеличение набора аминокислот в полипептидах, таким образом увеличивая протеом или протеомика, см. исследование П. Шульца.

Кроме того, в настоящее время ведутся исследования по созданию синтетических или искусственных эндонуклеаз рестрикции, особенно с сайтами узнавания, которые уникальны в пределах генома.

Рестрикционные эндонуклеазы или рестрикционные ферменты обычно расщепляются двумя способами: с тупыми или липкими концами. Пример эндонуклеазы рестрикции типа I.

е, существуют ДНК / РНК-неспецифические эндонуклеазы, такие как те, что обнаружены в Serratia marcescens, которые действуют на дцДНК, оцДНК и РНК.

Ремонт ДНК

Эндонуклеазы играют роль в репарации ДНК. АР-эндонуклеаза, в частности, катализирует разрез ДНК исключительно в АР-сайтах и, следовательно, подготавливает ДНК для последующего вырезания, репарационного синтеза и лигирования ДНК. Например, когда происходит депуринизация, это поражение оставляет сахар дезоксирибозы с отсутствующим основанием. Эндонуклеаза АР распознает этот сахар и по существу разрезает ДНК на этом участке, а затем позволяет продолжить восстановление ДНК. Клетки E. coli содержат две AP-эндонуклеазы: эндонуклеазу IV (endoIV) и экзонуклеазу III (exoIII), тогда как у эукариот существует только одна AP-эндонуклеаза.

APEndonucleasecartoon

Общие эндонуклеазы

Ниже приведены таблицы общих прокариотических и эукариотических эндонуклеазы.

Прокариотический ферментИсточникКомментарии
RecBCD энонуклеазаE. coliчастично зависит от АТФ; также экзонуклеаза; функции в рекомбинации и репарации
Эндонуклеаза T7 (P00641 )фаг T7 (ген 3)Важен для репликации; предпочтение одноцепочечной, а не двухцепочечной ДНК
Эндонуклеаза T4 II (P07059 )фаг T4 (denA)Расщепляет последовательность -TpC- с образованием олигонуклеотидов с концевыми 5'-dCMP; длина цепи продукта зависит от условий
Эндонуклеаза Bal 31P. espejiana Также экзонуклеаза; отщепляет 3 'и 5' концы дуплексной ДНК. Смесь по крайней мере двух нуклеаз, быстрой и медленной.
Эндонуклеаза I (эндо I; P25736 )E. coli (endA)Периплазматическое расположение; средняя длина цепи продукта составляет 7; ингибируется тРНК; продуцирует двухцепочечный разрыв ДНК; образует разрыв при образовании комплекса с тРНК; мутанты эндо I растут нормально
Микрококковая нуклеаза (P00644 )StaphylococcusПроизводит 3'-P-концы; требует Ca2 +; также действует на РНК; предпочитает одноцепочечную ДНК и богатые АТ участки
Эндонуклеаза II (эндо VI, экзо III; P09030 )Э. coli (xthA)Расщепление рядом с AP-сайтом; также экзонуклеаза 3 '->5'; фосфомоноэстераза на 3'-P-концах
Эукариотический ферментИсточникКомментарии
Эндонуклеаза нейроспорыNeurospora crassa, митохондрииТакже действует на РНК.
Нуклеаза S1 (P24021 )Aspergillus oryzaeТакже действует на РНК
P1-нуклеазу (P24289 )Penicillium citrinumТакже действует на РНК
нуклеазу маша Iростки машаТакже действует на РНК
нуклеазу устилаго (ДНКаза I)Ustilago maydisТакже действует на РНК
ДНКазу I (P00639 )Поджелудочная железа крупного рогатого скотаСредняя длина цепи продукта составляет 4; продуцирует двойной разрыв цепи в присутствии Mn2 +
AP-эндонуклеазы Nucleus, митохондрииучаствуют в пути эксцизионного восстановления оснований ДНК
Endo Rклетки HeLa специфичны для сайтов GC

мутации

Xeroderma pigmentosa - редкое аутосомно-рецессивное заболевание вызвано дефектной УФ-специфической эндонуклеазой. Пациенты с мутациями не могут восстановить повреждение ДНК, вызванное солнечным светом.

Серповидноклеточная анемия - это заболевание, вызванное точечной мутацией. Последовательность, измененная мутацией, исключает сайт узнавания для эндонуклеазы рестрикции MstII, распознающей t Нуклеотидная последовательность.

Мутации эндонуклеазы сплайсинга тРНК вызывают понтоцеребеллярную гипоплазию. Понтоцеребеллярная гипоплазия (PCH) представляет собой группу нейродегенеративных аутосомно-рецессивных заболеваний, которые вызваны мутациями в трех из четырех различных субъединиц эндонуклеазного комплекса сплайсинга тРНК.

См. Также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-19 10:21:35
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте