Endonuclease
As endonucleases son un tipo de encimas que cortan (clivan) os enlaces fosfodiéster do interior dunha cadea de polinucleótidos. Diferéncianse das exonucleases en que estas cortan empezando nos extremos da cadea, e non no interior. Hai endonucleases en procariotas, eucariotas e virus. As endonucleases están implicadas na reparación do ADN e na maduración do ARN eucariótico, e outras na defensa que fan as bacterias e arqueas contra a penetración de ADN alleo mediante un mecanismo chamado de restrición-modificación. Algunhas endonucleases cortan o ácido nucleico en puntos aleatorios, pero algunhas endonucleases de procedencia bacteriana ou arqueana clivan o ácido nucleico só cando recoñecen nel secuencias nucleotídicas específicas, e denomínanse endonucleases de restrición ou encimas de restrición, que son de grande importancia en biotecnoloxía.[1][2] A secuencia nucleotídica que as endonucleases de restrición recoñecen para a clivaxe denomínase sitio de restrición, o cal xeralmente é unha secuencia palindrómica duns poucos nucleótidos de longo (4-6). A maioría das endonucleases de restrición cortan as dúas febras do ADN de forma desigual, deixando unha das cadeas máis longas por cada lado, e estas partes monocatenarias que colgan ou sobresaen son complementarias entre si e denomínase extremos cohesivos ou pegañentos. Este tipo de extremos poden servir para conectarse por hibridación con secuencias nucleotídicas desexadas, que quedan seladas ao utilizar un encima ADN ligase. Coñécense centos de encimas de restrición, cada un dos cales se une a un sitio de restrición diferente. Os fragmentos de ADN clivados pola mesma endonuclease poden unirse de novo a pesar da orixe diversa que poida ter o ADN, orixinando así un ADN recombinante formado pola unión de xenes no laboratorio en distintas combinacións.[3][4] Outras endonucleases cortan por igual as dúas febras do ADN, xerando extremos romos.
Categorías
[editar | editar a fonte]
As endonucleases poden cortar ADN ou ARN. As primeiras son endodesoxirribonucleases e as segundas endorribonucleases. Non obstante, hai endonucleases que poden actuar tanto sobre o ADN coma sobre o ARN. Os números EC que corresponden a estas clases van de EC3.1.21 a EC3.1.27, dos cales os cinco primeiros corresponden ás endodesoxirribonucleases e os dous últimos ás endorribonucleases. As endonucleases cortan o ácido nucleico en fragmentos, e por reaccións sucesivas en fragmentos cada vez máis curtos, ata que son demasiado pequenos como para que poidan servir como substratos ou, no caso das endonucleases de restrición, os sitios de recoñecemento xa non estean dispoñibles. Hai endonucleases que interveñen na reparación do ADN, como a endonuclease AP de procariotas e eucariotas, ou na maduración do ARN. Durante a dixestión dos alimentos as nucleases pancreáticas degradan os ácidos nucleicos dos alimentos a nucleótidos. Algunhas nucleases poden funcionar como endonucleases e exonucleases.
As endonucleases poden recoñecer e cortar, segundo o tipo que se trate, en secuencias específicas ou aleatoriamente. Os encimas de restrición procarióticos son específicos de secuencia e son as endonucleases máis importantes biotecnoloxicamente. Na natureza sérvenlles ás bacterias para cortar o ADN invasor de virus, polo que son un mecanismo de defensa. As endonucleases de restrición divídense en tres grandes tipos, chamados I, II e III (hai tamén outros grupos menores). Os tipos I e III son grandes complexos de varias subunidades que teñen actividade de endonuclease e de metilase. As de tipo I poden clivar en sitios aleatorios aproximadamente situados a 1000 pares de bases ou máis da súa secuencia de recoñecemento e requiren ATP. As de tipo II, como BamHI, EcoRI, e EcoRV, clivan no sitio de recoñecemento ou moi preto e non requiren ATP. As de tipo III clivan a uns 25 pares de bases da secuencia de recoñecemento e requiren ATP.[5]
As endonucleases de restrición poden clivar ADN bicatenario, monocatenario ou ARN, segundo os casos. Actualmente se está a investigar moito na creación de endonucleases de restrición artificiais, que poidan recoñecer sitios de restrición únicos no xenoma.
- Artigo principal: Encima de restrición.
Outro tipo de endonuclease son as endonucleases homing, que son unhas endonucleases de restrición especiais codificadas en intróns ou en inteínas con autosplicing, que actúan sobre o ADN da propia célula que as sintetiza. Os seus xenes considéranse elementos xenéticos "egoístas", parecidos aos transposóns.
Reparación do ADN
[editar | editar a fonte]As endonucleases xogan un papel na reparación do ADN. En concreto, a endonuclease AP cataliza a incisión do ADN exclusivamente nos sitios AP, e prepara ao ADN para unha subseguinte excisión, síntese de reparación e nova ligazón do ADN. Por exemplo, cando ocorre unha despurinación, esta lesión deixa unha desoxirribosa sen a súa base.[6] A endonuclease AP recoñece este azucre e corta o ADN nese punto e despois deixa que continúe a reparación do ADN.[7] As células de E. coli conteñen dúas nucleases AP, chamadas endonuclease IV (endoIV) e exonuclease III (exoIII). Os eucariotas só teñen unha endonuclease AP.[8]
Endonucleases comúns
[editar | editar a fonte]Nas táboas aparecen exemplos de endonucleases procariotas e eucariotas comúns.[9]
| Encima procariótico | Fonte | Comentarios |
|---|---|---|
| Endonuclease RecBCD | E. coli | Parcialmente dependente do ATP; tamén funciona como exonuclease; funciona na recombinación e reparación |
| Endonuclease T7 | fago T7 codificado (xene 3) | Esencial para a replicación; preferencia polo ADN monocatenario fronte ao bicatenario |
| Endonuclease IV de T4 | fago T4 codificado (denA) | Corta a secuencia -TpC-, rendendo oligonucleótidos terminados en 5'-dCMP-; a lonxitude da cadea ou o produto varía segundo as condicións |
| Endonuclease Bal 31 | Alteromonas espejiana | Tamén é unha exonuclease; ataca a distancia dos extremos 3' e 5' dun ADN bicatenario |
| Endonuclease I (endo I) | E. coli (endA) | Localización periplásmica; a lonxitude media da cadea do produto é 7; inhibida polo ARNt; produce roturas de dobre cadeas no ADN; proudce mosegas cando está en complexo co ARNt; os mutantes para endo I crecen normalmente |
| Nuclease micrococal | Staphylococcus | Produce extremos 3'-P; require Ca2+; tamén actúa sobre o ARN; prefire os ADN monocatenarios e as rexións ricas en AT |
| Endonuclease II (endo VI, exo III) | E. coli (xth) | Clivaxe despois do sitio AP; tamén é unha exonuclease 3'→5'; actividade fosfomonoesterase sobre o extremo 3'-P |
| Encima eucariótico | Fonte | Comentarios |
|---|---|---|
| Endonuclease de Neurospora | Neurospora crassa | Tamén actúa sobre o ARN |
| Nuclease S1 | Aspergillus oryzae | Tamén actúa sobre o ARN |
| Nuclease P1 | Penicillium citrinum | Tamén actúa sobre o ARN |
| Nuclease I da Vigna radiata | gromos de Vigna radiata | Tamén actúa sobre o ARN |
| Nuclease de Ustilago (Dnase I) | Ustilago maydis | Tamén actúa sobre o ARN |
| Dnase I | Páncreas bovino | A lonxitude media da cadea do produto é de 4; produce roturas de dobre cadea en presenza de Mn2+ |
| Endonuclease AP | Núcleo, mitocondrias | Implicada na vía de reparación por escisión de bases do ADN |
| Endo R | Células HeLa | Específica para os sitios GC |
Mutacións
[editar | editar a fonte]O xeroderma pigmentoso é unha rara doenza xenética autosómica recesiva causada por unha endonuclease defectuosa. Os pacientes con mutacións son incapaces de reparar os danos no ADN causados pola luz ultravioleta solar.[10]
A anemia falciforme é unha doenza causada por unha mutación puntual. A secuencia alterada pola mutación elimina o sitio de recoñecemento da endonuclease de restriición MstII.[11]
As mutacións nas endonucleases que fan o splicing do ARNt causan hipoplasia pontocerebelar. As hipoplasias pontocerebelares representan un grupo de trastornos neurodexenerativos autosómicos recesivos que son causados por mutacións en tres das catro subunidades do complexo endonuclease para o splicing do ARNt.[12]
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ (Cox, Nelson & Lehninger 2005, p. 952)
- ↑ Kilpatrick, Stephen T.; Krebs, Jocelyn E.; Lewin, Benjamin; Goldstein, Elliott (2011). Lewin's genes X (en inglés). Boston, Massachusetts: Jones and Bartlett. ISBN 0-7637-6632-1.
- ↑ (Cox, Nelson & Lehninger 2005, p. 307)
- ↑ Simon, M. (2010). Emergent computation: Emphasizing Bioinformatics (en inglés). Nova York: Springer. p. 437. ISBN 1441919635.
- ↑ (Cox, Nelson & Lehninger 2005, p. 1100)
- ↑ Ellenberger T, Friedberg EC, Walker GS, Wolfram S, Wood RJ, Schultz R (2006). DNA repair and mutagenesis. Washington, D.C: ASM Press. ISBN 1-55581-319-4.
- ↑ Alberts B (2002). Molecular biology of the cell. New York: Garland Science. ISBN 0-8153-3218-1.
- ↑ Nishino T, Morikawa K (December 2002). "Structure and function of nucleases in DNA repair: shape, grip and blade of the DNA scissors". Oncogene 21 (58): 9022–32. PMID 12483517. doi:10.1038/sj.onc.1206135.
- ↑ Tania A. Baker; Kornberg, Arthur (2005). DNA replication. University Science. ISBN 1-891389-44-0.
- ↑ Medical Biochemistry at a Glance. New York: Wiley. 2012. ISBN 0-470-65451-1.
- ↑ Ferrier DR, Champe PC, Harvey RP (2008). Biochemistry. Philadelphia: Wolters Kluwer/Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 0-7817-6960-4.
- ↑ Budde BS, Namavar Y, Barth PG, Poll-The BT, Nürnberg G, Becker C, van Ruissen F, Weterman MA, Fluiter K, te Beek ET, Aronica E, van der Knaap MS, Höhne W, Toliat MR, Crow YJ, Steinling M, Voit T, Roelenso F, Brussel W, Brockmann K, Kyllerman M, Boltshauser E, Hammersen G, Willemsen M, Basel-Vanagaite L, Krägeloh-Mann I, de Vries LS, Sztriha L, Muntoni F, Ferrie CD, Battini R, Hennekam RC, Grillo E, Beemer FA, Stoets LM, Wollnik B, Nürnberg P, Baas F (September 2008). "tRNA splicing endonuclease mutations cause pontocerebellar hypoplasia". Nat. Genet. 40 (9): 1113–8. PMID 18711368. doi:10.1038/ng.204.
Véxase tamén
[editar | editar a fonte]Bibliografía
[editar | editar a fonte]- Cox, M.; Nelson, D.R.; Lehninger, A.L. (2005). Lehninger principles of biochemistry (en inglés). San Francisco: W.H. Freeman. pp. 1100. ISBN 0-7167-4339-6.
