و nucleases هي الانزيمات المسؤولة عن الأحماض النووية المهينة. يفعلون ذلك عن طريق التحلل المائي لروابط الفسفوديستر التي تربط النيوكليوتيدات معًا. لهذا السبب ، فهي معروفة أيضًا في الأدبيات باسم phosphodiesterases. توجد هذه الإنزيمات في جميع الكيانات البيولوجية تقريبًا وتلعب أدوارًا أساسية في تكرار الحمض النووي وإصلاحه والعمليات الأخرى.
بشكل عام ، يمكننا تصنيفها اعتمادًا على نوع الأحماض النووية التي تشقها: تسمى نوكليازات ركائزها RNA ريبونوكلياز ، وتلك الخاصة بالحمض النووي تُعرف باسم deoxyribonucleases. هناك بعض العناصر غير المحددة القادرة على تحطيم كل من DNA و RNA.
رابطة الفوسفوديستر. المصدر: Xvazquez
تصنيف آخر يستخدم على نطاق واسع يعتمد على عمل الإنزيم. إذا قامت بعملها بشكل تدريجي ، بدءًا من نهايات سلسلة الحمض النووي ، فإنها تسمى نوكليازات خارجية. على النقيض من ذلك ، إذا حدث الكسر في نقطة داخلية في السلسلة ، فإنها تسمى نوكليازات داخلية.
حاليًا ، تُستخدم بعض نوكليازات داخلية على نطاق واسع في تقنية الحمض النووي المؤتلف في مختبرات البيولوجيا الجزيئية. هذه أدوات لا تقدر بثمن للمعالجة التجريبية للأحماض النووية.
مميزات
نوكلياز هي جزيئات بيولوجية ذات طبيعة بروتينية ولها نشاط إنزيمي. فهي قادرة على التحلل المائي للروابط التي تنضم إلى النيوكليوتيدات في الأحماض النووية.
يتصرفون من خلال الحفز العام الحمضي القاعدي. يمكن تقسيم رد الفعل هذا إلى ثلاث خطوات أساسية: هجوم نووي ، وتشكيل وسيط سالب الشحنة ، وكخطوة أخيرة ، كسر الرابطة.
هناك نوع من الإنزيمات يسمى polymerases ، وهو المسؤول عن تحفيز تخليق كل من DNA (في النسخ المتماثل) و RNA (في النسخ). تظهر بعض أنواع البوليميرات نشاط نوكلياز. مثل البوليميرات ، تعرض الإنزيمات الأخرى ذات الصلة هذا النشاط أيضًا.
بناء
النيوكليزات هي مجموعة غير متجانسة للغاية من الإنزيمات ، حيث توجد علاقة قليلة بين بنيتها وآلية عملها. بمعنى آخر ، هناك تباين كبير بين بنية هذه الإنزيمات ، لذلك لا يمكننا ذكر أي بنية مشتركة بينها جميعًا.
أنواع
هناك أنواع متعددة من نوكليازات وأيضًا أنظمة مختلفة لتصنيفها. في هذه المقالة ، سنناقش نظامين رئيسيين للتصنيف: وفقًا لنوع الحمض النووي الذي يتحلل فيه ، ووفقًا لطريقة مهاجمة الإنزيم.
إذا كان القارئ مهتمًا ، فيمكنه البحث عن تصنيف ثالث أكثر شمولاً بناءً على وظيفة كل نوكلياز (انظر Yang ، 2011).
من الضروري الإشارة إلى أن النيوكليزات توجد أيضًا في هذه الأنظمة الأنزيمية التي لا تقتصر على ركائزها ويمكن أن تحلل كلا النوعين من الأحماض النووية.
حسب خصوصية الركيزة المستخدمة
هناك نوعان من الأحماض النووية الموجودة في كل مكان تقريبًا للكائنات العضوية: الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين ، أو الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي ، RNA. تسمى الإنزيمات المحددة التي تحط من الحمض النووي deoxyribonucleases ، و RNA ، ribonucleases.
حسب شكل الهجوم
إذا تعرضت سلسلة الأحماض النووية للهجوم نهائياً ، أي في المناطق الداخلية من السلسلة ، فإن الإنزيم يسمى نوكلياز داخلي. يحدث الهجوم البديل تدريجيًا في أحد طرفي السلسلة ، وتكون الإنزيمات التي تقوم به هي نوكليازات خارجية. ينتج عن عمل كل إنزيم عواقب مختلفة.
نظرًا لأن نوكليازات خارجية تفصل النيوكليوتيدات خطوة بخطوة ، فإن التأثيرات على الركيزة ليست شديدة جدًا. على العكس من ذلك ، يكون عمل نوكليازات داخلية أكثر وضوحًا ، حيث يمكن أن يشق السلسلة في نقاط مختلفة. يمكن أن يغير الأخير حتى لزوجة محلول الحمض النووي.
كانت نوكليازات خارجية عناصر حاسمة في توضيح طبيعة الرابطة التي تربط النيوكليوتيدات معًا.
تختلف خصوصية موقع انشقاق نوكلياز داخلية. هناك بعض الأنواع (مثل إنزيم deoxyribonuclease I) التي يمكن أن تقطع في مواقع غير محددة ، مما ينتج عنه قطع عشوائي نسبيًا فيما يتعلق بالتسلسل.
في المقابل ، لدينا نوكليازات داخلية محددة جدًا تقطع فقط في تسلسلات معينة. سنشرح لاحقًا كيف يستفيد علماء الأحياء الجزيئية من هذه الخاصية.
هناك بعض النيوكليازات التي يمكن أن تكون بمثابة نوكلياز داخلي و نوكلياز خارجي. مثال على ذلك هو ما يسمى نوكلياز ميكروكونيك.
المميزات
نوكليازات تحفز سلسلة من ردود الفعل الضرورية للحياة. يعد نشاط نوكلياز عنصرًا أساسيًا في تكرار الحمض النووي ، حيث يساعد في القضاء على التمهيدي أو التمهيدي والمشاركة في تصحيح الأخطاء.
بهذه الطريقة ، يتم التوسط في عمليتين ذات صلة بإعادة التركيب وإصلاح الحمض النووي بواسطة نوكليازات.
كما أنه يساهم في إحداث تغييرات هيكلية في الحمض النووي ، مثل الأيزوميرات العليا وإعادة التركيب الخاص بالموقع. من أجل حدوث كل هذه العمليات ، من الضروري حدوث كسر مؤقت لرابطة الفوسفوديستر ، ويتم تنفيذه بواسطة نوكليازات.
في RNA ، تشارك نوكليازات أيضًا في العمليات الأساسية. على سبيل المثال ، في نضج الرسول ومعالجة الرنا المتداخل. بنفس الطريقة ، يشاركون في عمليات موت الخلايا المبرمج أو موت الخلايا المبرمج.
في الكائنات أحادية الخلية ، تمثل نوكليازات نظام دفاع يسمح لها بهضم الحمض النووي الغريب الذي يدخل الخلية.
التطبيقات: إنزيمات التقييد
يستفيد علماء الأحياء الجزيئية من خصوصية بعض نوكليازات تسمى نوكليازات التقييد المحدد. لاحظ علماء الأحياء أن البكتيريا كانت قادرة على هضم الحمض النووي الغريب الذي تم إدخاله من خلال التقنيات في المختبر.
بالتعمق أكثر في هذه الظاهرة ، اكتشف العلماء نوكليازات مقيدة - إنزيمات تقطع الحمض النووي في تسلسلات نيوكليوتيد معينة. إنها نوع من "المقص الجزيئي" ونجدها منتجة للبيع.
الحمض النووي للبكتيريا "محصن" من هذه الآلية ، لأنه محمي بواسطة التعديلات الكيميائية في التسلسلات التي تعزز التحلل. كل نوع وسلالة من البكتيريا لها نوكليازات محددة.
هذه الجزيئات مفيدة جدًا ، لأنها تضمن إجراء القطع دائمًا في نفس المكان (من 4 إلى 8 نيوكليوتيدات في الطول). يتم تطبيقها في تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف.
بدلاً من ذلك ، في بعض الإجراءات الروتينية (مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل) ، يؤثر وجود نوكليازات سلبيًا على العملية ، نظرًا لأنها تهضم المادة التي تحتاج إلى تحليل. لهذا السبب ، في بعض الحالات ، من الضروري استخدام مثبطات هذه الإنزيمات.
المراجع
- براون ، ت. (2011). مقدمة في علم الوراثة: نهج جزيئي. علوم جارلاند.
- Davidson ، J. ، & Adams ، RLP (1980). الكيمياء الحيوية للأحماض النووية ديفيدسون. أنا عكس.
- نيشينو ، ت. ، وموريكاوا ، ك. (2002). هيكل ووظيفة نوكليازات في إصلاح الحمض النووي: الشكل ، والتماسك ، وشفرة مقص الحمض النووي. الجين الورمي، 21 (58) ، 9022.
- ستودارد ، بل (2005). هيكل ووظيفة نوكلياز داخلي. المراجعات الفصلية للفيزياء الحيوية ، 38 (1) ، 49-95.
- يانغ ، و. (2011). نوكليز: تنوع الهيكل والوظيفة والآلية. المراجعات ربع السنوية للفيزياء الحيوية ، 44 (1) ، 1-93.