Nukleáza

Nukleáza je enzym, který hydrolyzuje fosfodiesterovou vazbu nukleových kyselin (DNA, RNA) a tím je fakticky rozkládá.^[1]

Nukleáza patří do skupiny enzymů hydroláz, protože hydrolyzuje chemické vazby mezi nukleotidy.

Tento enzym je nezbytný pro přirozené mechanismy opravy DNA vyskytujících se v buňkách a v biotechnologických procesech. Jeho studium je významné pro obory, jako je genové klonování, technologie rekombinantní DNA, RFLP, AFLP, sekvenování genů, genová terapie, mapování genomu a další.

Historie

V šedesátých letech 20. století se podařilo Stuartu Linnovi a Werneru Arberovi izolovat dva typy enzymů zodpovědných za omezení růstu fágů v bakteriích Escherichia coli:

První typ enzymu nazvali methyláza, neboť přidal do DNA methylovou skupinu za vzniku methylové DNA.
Druhý typ nazvali restrikční nukleáza, neboť rozštěpil DNA na několika náhodných místech po celé délce molekuly.

Tento objev se stal zásadním pro další vývoj zkoumání reakcí enzymů s molekulami DNA. Byl to první krok k řezání DNA na konkrétních místech předvídatelným a reprodukovatelným způsobem.

V roce 1968 H.O. Smith, K.W. Wilcox a T.J. Kelley izolovali a charakterizovali první restrikční nukleázu, jejíž reakce závisela na specifické sekvenci nukleotidů DNA. Při práci s bakteriemi Haemophilus influenzae izolovali enzym, nazývaný HindII, který vždy řezal molekuly DNA v určitém bodě v rámci specifické sekvence šesti párů bází. Zjistili, že enzym HindII protíná DNA vždy přímo ve středu této sekvence.

V současné době je objeveno více než 900 restrikčních enzymů, které byly izolovány z 230 kmenů bakterií. Tyto restrikční enzymy mají názvy, které odrážejí jejich původ. První písmeno názvu pochází z kmene bakterií a druhá dvě písmena pocházejí z druhu prokaryotické buňky, ze které byly izolovány. Například EcoRI pochází z bakterií Escherichia coli RY13, zatímco HindII pochází z kmene Haemophilus influenzae Rd. Čísla následující po názvech nukleáz naznačují pořadí, ve kterém byly enzymy izolovány z jednotlivých kmenů bakterií - EcoRI, EcoRII.

Rozdělení nukleáz

Nukleázy se rozdělují podle místa působení v molekule nukleové kyseliny:

endonukleázy – štěpí vazby uvnitř nukleových kyselin. Rozpoznávají specifické sekvenční oblasti nukleových kyselin a štěpí fosfodiesterové vazby mezi nukleotidy, které jsou umístěny uprostřed nukleových kyselin. Specifickým druhem jsou restrikční endonukleázy, které štěpí vazbu mezi nukleotidy na 3 'nebo 5' místech molekuly nukleové kyseliny. Endonukleázy jsou v technologii rekombinantní DNA velmi důležité, protože rozpoznávají specifické sekvence bází v řetězci nukleové kyseliny a rozbíjejí vazby mezi nukleotidy.
exonukleázy – štěpí nukleové kyseliny od konců molekuly, postupují směrem dovnitř, přičemž vznikají mononukleotidové produkty.
přechodné typy nukleáz – některé nukleázy například postupují od konců (jako exonukleázy), ale neštěpí při svém postupu důsledně všechny fosfodiesterové vazby, takže produkují spíše oligonukleotidy.

Nukleázy se rozdělují také podle typu štěpené molekuly:

DNázy – štěpí DNA
RNázy – štěpí RNA

Endonukleáza

Struktura restrikčního enzymu EcoRI z bakterie *Escherichia coli*

Endonukleáza je enzym, který štěpí nukleové kyseliny uvnitř řetězce DNA nebo RNA. Endonukleáza rozpozná specifické nukleotidové sekvence nukleové kyseliny a rozbíjí chemické vazby mezi nukleotidy. Velká skupina z nich se nazývá restrikční endonukleázy, protože prohledávají specifická restrikční místa, štěpí vazbu a produkují restrikční fragmenty. Více než 100 restrikčních endonukleáz získaných z bakterií je využíváno pro komerční účely. Zásadní roli hrají například v molekulárním klonování.

Většina restrikčních endonukleáz jsou dimerní enzymy složené ze dvou proteinových podjednotek, které obalují dvouvláknovou DNA a odděleně štěpí obě vlákna z obou stran. Existují stovky typů restrikčních endonukleáz s jedinečnými rozpoznávacími místy v bakteriích. Kvůli jejich vysoké specificitě v restrikci se štěpí pouze ve specifických sekvencích. Proto jsou považovány za vysoce užitečné molekulární nástroje v technologiich rekombinantní DNA.

Exonukleáza

Exonukleáza je enzym, který štěpí chemické vazby mezi nukleotidy na 3 'nebo 5' koncích řetězců nukleové kyseliny DNA nebo RNA. Rozkládá jednotlivé nukleotidy na konci řetězce jeden po druhém a produkuje nukleosidy přenosem fosfátových skupin do vody.

Exonukleázy se nacházejí v bakteriích, archaeách a eukaryotech. V Escherichia coli je přítomno 17 různých exonukleáz, včetně DNA polymeras 1, 2 a 3.

Exonukleázy jsou důležité při opravách DNA, genetické rekombinaci, prevenci výskytu mutací nebo stabilizaci genomu.

Shrnutí rozdílů

Místo štěpení

Endonukleáza štěpí vazby mezi nukleotidy uvnitř molekuly nukleové kyseliny.
Exonukleáza štěpí vazbu mezi nukleotidy na konci molekuly nukleové kyseliny.

Funkce

Endonukleázy rozbíjejí fosfodiesterové vazby a produkují restrikční fragmenty.
Exonukleázy odstraňují nukleotidy jeden po druhém z konců nukleových kyselin a produkují nukleosidy.

Příklady

Mezi endonukleázy patří Bam HI, EcoRI, Hind III, Hpa I, Sma I,
Mezi exonukleázy patří exonukleáza III, RecBCD (exonukleáza V), exonukleáza RecJ, exonukleáza VIII / RecE, exonukleáza IX, exonukleáza T, exonukleáza X atd.

Reference

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Nukleasen na německé Wikipedii a Nuclease na anglické Wikipedii.

Literatura

↑ Lennarz,W.J., Lane, M.D. ENCYCLOPEDIA OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, FOUR-VOLUME SET, 1-4. [s.l.]: [s.n.]

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu nukleáza na Wikimedia Commons

[ency-1] Lennarz,W.J., Lane, M.D. ENCYCLOPEDIA OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, FOUR-VOLUME SET, 1-4. [s.l.]: [s.n.]

[1]