Peamine erinevus – endonukleaas vs eksonukleaas
Enne endonukleaasi ja eksonukleaasi erinevuse uurimist on oluline teada, mis nukleaas täpselt on. Nukleaas on ensüüm, mis on võimeline lõikama nukleiinhapetes nukleotiidide vahelisi fosfodiestersidemeid. Endonukleaas ja eksonukleaas on kaks nukleaaside klassifikatsiooni. Peamine erinevus endonukleaasi ja eksonukleaasi vahel on see, et endonukleaasid lõhustavad sidemeid nukleotiidide vahel nukleiinhappemolekulis, samas kui eksonukleaasid lõhustavad sideme nukleotiidide vahel nukleiinhappemolekuli 3’ või 5’ otsas.
Mis on nukleaas?
Nukleaas on ensüüm, millel on võime lõhustada nukleiinhapetes nukleotiidide vahelisi fosfodiestersidemeid. See kuulub hüdrolaasi ensüümide rühma, kuna see hüdrolüüsib nukleotiidide vahelisi keemilisi sidemeid. See ensüüm on oluline rakkudes esinevate looduslike DNA parandamise mehhanismide ja biotehnoloogiliste protsesside jaoks, nagu geenide kloonimine, rekombinantne DNA tehnoloogia, RFLP, AFLP, geenide järjestamine, geeniteraapia, genoomi kaardistamine jne.
On kahte peamist tüüpi nukleaase: ribonukleaas ja desoksüribonukleaas, mis toimivad ja lõhuvad vastav alt RNA ja DNA monomeeride vahelisi keemilisi sidemeid. Vastav alt nukleaaside toimekohale liigitatakse need veel kahte rühma, nimelt endonukleaasiks ja eksonukleaasiks. Endonukleaasid tunnevad ära nukleiinhapete spetsiifilised järjestuspiirkonnad ja lõhustavad fosfodiestersidemeid nukleotiidide vahel, mis paiknevad nukleiinhapete keskel. Eksonukleaasid lõhustavad fosfodiestersidemeid nukleotiidide vahel, mis asuvad nukleiinhapete otstes.
Joonis 1: Nukleaasi aktiivsus
Mis on endonukleaas?
Endonukleaas on teatud tüüpi nukleaasid, mis lõhustavad nukleiinhappeid keskelt. See tunneb ära nukleiinhappe spetsiifilised nukleotiidjärjestused ja katkestab nukleotiididevahelised keemilised sidemed. Neid tuntakse ka restriktsiooni endonukleaasidena, kuna nad otsivad spetsiifilisi restriktsioonisaite ja lõhustavad sideme ning toodavad restriktsioonifragmente. Bakterites ja arhees tuvastatakse rohkem kui 100 restriktsiooniendonukleaasi ning neid saadakse kaubanduslikel eesmärkidel.
Restriktsiooniendonukleaase kasutatakse biotehnoloogias laialdaselt. Nad mängivad olulist rolli molekulaarses kloonimises. Enamik neist on dimeersed ensüümid, mis koosnevad kahest valgu subühikust. Kaks valgu subühikut mähivad kaheahelalist DNA-d ja lõikavad mõlemad ahelad mõlem alt poolt eraldi. Bakterites on unikaalsete äratundmissaitidega restriktsiooniendonukleaase sadu tüüpe. Tänu nende suurele restriktsioonispetsiifilisusele lõhustuvad nad ainult teatud järjestustes. Seetõttu peetakse neid rekombinantse DNA tehnoloogias väga kasulikeks molekulaarseteks tööriistadeks. Ilma restriktsiooniendonukleaasideta ei ole rekombinantse DNA molekuli tootmine võimalik. Rekombinantse DNA molekuli loomine on enamiku molekulaarbioloogiliste tehnoloogiate põhietapp.
Selleks, et mõista unikaalset järjestuse äratundmist restriktsiooniendonukleaaside abil, aitab lugejaid järgmine näide.
Bam HI on restriktsiooni endonukleaas, mis otsib DNA molekulis järgmist restriktsioonisaiti (sait on näidatud punaste tähtedega).
Kui Bam HI lõikab restriktsioonisaidist nukleiinhappe, tekitab see kaks järgmist fragmenti.
EcoRI on veel üks rekombinantse DNA tehnoloogias väga kasulik restriktsiooni endonukleaas, mis toimib oma spetsiifilises restriktsioonituvastuskohas ja lõikab DNA, nagu on näidatud joonisel 2.
Joonis 2: EcoRI
Mis on eksonukleaas?
Eksonukleaas on nukleaasensüüm, mis lõhustab keemilisi sidemeid nukleotiidide vahel nukleiinhappeahelate 3' või 5' otstes. See purustab üksikuid nukleotiide ahela lõpus ja toodab nukleosiide, viies fosfaatrühmi vette. Eksonukleaase leidub arhedes, bakterites ja eukarüootides. E coli-s on 17 erinevat eksonukleaasi, sealhulgas DNA polümeraadid 1, 2 ja 3. Mitmel DNA polümeraasil on 3’ kuni 5’ eksonukleaasi korrektuuri aktiivsus.
Eksonukleaasid on olulised DNA parandamisel, geneetilisel rekombinatsioonil, mutatsioonide esinemise vältimisel, genoomi stabiliseerimisel jne.
Joonis 3: E Coli RecBCD eksonukleaasi toime
Mis vahe on endonukleaasil ja eksonukleaasil?
Endonukleaas vs eksonukleaas |
|
| Endonukleaas on teatud tüüpi nukleaasensüümid, mis lõhustab nukleiinhappemolekulis nukleotiidide vahelisi sidemeid. | Eksonukleaas on teatud tüüpi nukleaasensüümid, mis lõhustavad sideme nukleotiidide vahel nukleiinhappemolekuli 3’ või 5’ otsas. |
| Lõpptooted | |
| Endonukleaasid toodavad oligonukleotiidide restriktsioonifragmente | Eksonukleotiidid toodavad nukleosiide |
| Funktsioon | |
| Nad lõhuvad fosfodiestersidemeid ja tekitavad restriktsioonifragmente. Kuid need eemaldavad nukleotiidid ükshaaval. | Need eemaldavad nukleotiidid ükshaaval nukleiinhapete otstest. |
| Näited | |
| Näited hõlmavad Bam HI, EcoRI, Hind III, Hpa I, Sma I, | Näited hõlmavad eksonukleaas I, eksonukleaas III, RecBCD (eksonukleaas V), RecJ eksonukleaas, eksonukleaas VIII/RecE, eksonukleaas IX, eksonukleaas T, eksonukleaas X jne. |
Kokkuvõte – endonukleaas vs eksonukleaas
Nukleaasid vastutavad fosfodiesterkeemiliste sidemete katkestamise eest nukleiinhapete nukleotiidide vahel. Nukleaasid võivad toimida nukleiinhappeahela sees või otstes. Vastav alt toimekohale leidub organismides kahte peamist tüüpi nukleaase. Need on endonukleaas ja eksonukleaas. Endonukleaasid lõikavad nukleotiide ahela keskelt, eksonukleaasid aga nukleotiide nukleiinhappeahela otstest. Endonukleaasid on rekombinantse DNA tehnoloogias väga olulised, kuna nad tunnevad ära spetsiifilised alusjärjestused nukleiinhappeahelas ja lõhuvad nukleotiidide vahelisi sidemeid.
