Exonuclease: características, estrutura e funções

As exonucleases são um tipo de nucleases que digerem os ácidos nucleicos por uma das suas extremidades livres – quer a 3 ‘ou 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 nucleicos em seções internas da cadeia.

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

Exonuclease: características, estrutura e funções 1

Fonte: Christopherrussell [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]

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

Caracteristicas

As exonucleases são um tipo de nuclease que hidrolisa as ligações fosfodiéster das cadeias de ácidos nucleicos progressivamente através de uma de suas extremidades, 3 ‘ou 5’.

Uma ligação fosfodiéster é formada pela ligação covalente entre um grupo hidroxil localizado no carbono 3 ‘e um grupo fosfato localizado no carbono 5’. A união entre os dois grupos químicos se traduz em uma ligação dupla do tipo éster. A função das exonucleases – e 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.

Funções

Um dos aspectos críticos da manutenção da vida de um organismo em condições ideais é a estabilidade do genoma. Felizmente, o material genético possui uma série de mecanismos muito eficazes que permitem sua reparação, se afetados.

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

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As polimerases são enzimas presentes nos eucariotos e procariontes que participam da síntese de ácidos nucleicos. Nas bactérias, três tipos foram caracterizados e nos eucariotos cinco. Nestas enzimas, a atividade das exonucleases é necessária para cumprir suas funções. A seguir, veremos como eles alcançam isso.

Atividade de exonuclease em bactérias

Nas bactérias, todas as três polimerases exibem atividade de exonuclease. A polimerase I possui 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 RNA, adicionado por uma enzima chamada primase. Posteriormente, a lacuna criada será preenchida com nucleotídeos recém-sintetizados.

A primeira é uma molécula formada por alguns nucleotídeos que permite iniciar a atividade da DNA polimerase. Portanto, ele sempre estará presente no evento de replicação.

Se a polimerase de DNA adicionar um nucleotídeo que não corresponde, você poderá corrigi-lo graças à atividade da exonuclease.

Atividade de exonuclease em eucariotos

As cinco polimerases desses organismos são indicadas usando letras gregas. Somente gama, delta e epsilon exibem atividade de exonucleases, todas na direção 3′-5 ‘.

A polimerase do DNA gama está relacionada à replicação do DNA mitocondrial, enquanto os dois restantes participam da replicação do material genético localizado no núcleo e na reparação do núcleo.

Degradação

As exonucleases são enzimas-chave na eliminação de certas moléculas de ácido nucleico que não são mais necessárias para o corpo.

Em alguns casos, a célula deve impedir a ação dessas enzimas de afetar os ácidos nucleicos que devem ser conservados.

Por exemplo, no RNA mensageiro é adicionado um “capuz”. Isso consiste na metilação de uma guanina terminal e duas unidades de ribose. Acredita-se que a função do exaustor seja a proteção do DNA contra a ação da exonuclease 5 ‘.

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Exemplos

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

Essa exonuclease permite o estabelecimento das lacunas em ambas as cadeias, que, se não forem reparadas, podem levar a rearranjos ou deleções cromossômicas que resultam em um paciente com câncer ou envelhecimento prematuro.

Aplicações

Algumas exonucleases são para uso comercial. Por exemplo, a exonuclease I que permite a degradação de iniciadores de banda única (não pode degradar substratos em 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 no Extremidade 5 ‘de um DNA de banda dupla.

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

Além disso, em algumas técnicas antigas de seqüenciamento, a ação das exonucleases foi associada ao uso de espectrometria de massa.

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

Dessa maneira, as exonucleases são consideradas ferramentas muito flexíveis e inestimáveis ​​em laboratório para a manipulação de ácidos nucléicos.

Estrutura

As exonucleases possuem uma estrutura extremamente variada, portanto não é 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 específica.

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

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Além do domínio da exonuclease da polimerase, a enzima inclui outros domínios chamados SH3. As três regiões se combinam para formar uma espécie de C, embora alguns segmentos façam com que a enzima pareça semelhante a um O.

Referências

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