Рибонуклеаза - Ribonuclease
рибонуклеаза | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||||||
Условное обозначение | Рибонуклеаза | ||||||||||
Pfam | PF00545 | ||||||||||
ИнтерПро | IPR000026 | ||||||||||
SCOP2 | 1brn / SCOPe / SUPFAM | ||||||||||
|
Рибонуклеаза (обычно сокращенно РНКаза ) - это тип нуклеазы, которая катализирует расщепление РНК на более мелкие компоненты. Рибонуклеазы можно разделить на эндорибонуклеазы и экзорибонуклеазы , и они включают несколько подклассов внутри классов ферментов EC 2.7 (для фосфоролитических ферментов) и 3.1 (для гидролитических ферментов).
Функция
Все изученные организмы содержат много РНКаз двух разных классов, что показывает, что деградация РНК - очень древний и важный процесс. Помимо очистки от клеточной РНК, которая больше не требуется, РНКазы играют ключевую роль в созревании всех молекул РНК, как информационных РНК, несущих генетический материал для создания белков, так и некодирующих РНК, которые функционируют в различных клеточных процессах. Кроме того, активные системы деградации РНК являются первой защитой от РНК-вирусов и обеспечивают базовый механизм для более продвинутых клеточных иммунных стратегий, таких как РНКи .
Некоторые клетки также секретируют большое количество неспецифических РНКаз, таких как A и T1. Следовательно, РНКазы чрезвычайно распространены, что приводит к очень короткой продолжительности жизни любой РНК, которая не находится в защищенной среде. Стоит отметить, что все внутриклеточные РНК защищены от активности РНКазы с помощью ряда стратегий, включая 5'-концевое кэппирование , 3'- концевое полиаденилирование , образование дуплекса РНК-РНК и сворачивание внутри белкового комплекса РНК ( рибонуклеопротеиновая частица или РНП). .
Другой механизм защиты - ингибитор рибонуклеазы (RI) , который включает относительно большую долю клеточного белка (~ 0,1%) в некоторых типах клеток и который связывается с определенными рибонуклеазами с наивысшим сродством из любого взаимодействия белок-белок ; константа диссоциации для комплекса РИ-РНКазы А является ~ 20 Fm при физиологических условиях. RI используется в большинстве лабораторий, изучающих РНК, для защиты своих образцов от разложения РНКазами окружающей среды.
Подобно рестрикционным ферментам , которые расщепляют высокоспецифичные последовательности двухцепочечной ДНК , недавно были классифицированы различные эндорибонуклеазы, которые распознают и расщепляют специфические последовательности одноцепочечной РНК.
РНКазы играют решающую роль во многих биологических процессах, включая ангиогенез и самонесовместимость у цветковых растений (покрытосеменных). Было показано, что многие токсины стресс-реакции прокариотических токсин-антитоксиновых систем обладают РНКазной активностью и гомологией .
Классификация
Основные типы эндорибонуклеаз
- EC 3.1.27.5 : РНКаза A - это РНКаза, которая обычно используется в исследованиях. РНКаза A ( например , бычья панкреатическая рибонуклеаза A: PDB : 2AAS ) является одним из самых выносливых ферментов, обычно используемых в лаборатории; один из способов его выделения является закипеть неочищенный клеточный экстракт , пока все , кроме РНКазов А ферменты не денатурированные . Он специфичен для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец непарных остатков C и U, в конечном итоге образуя 3'-фосфорилированный продукт через 2 ', 3'-циклический монофосфатный промежуточный продукт. Для своей деятельности не требует кофакторов.
- EC 3.1.26.4 : РНКаза H представляет собой рибонуклеазу, которая расщепляет РНК в дуплексе ДНК / РНК с образованием оцДНК. РНКаза H является неспецифической эндонуклеазой и катализирует расщепление РНК по гидролитическому механизму, которому способствует связанный с ферментом ион двухвалентного металла. РНКаза H оставляет 5'-фосфорилированный продукт.
- EC 3.1.26.3 : РНКаза III представляет собой тип рибонуклеазы, которая расщепляет рРНК (16s рРНК и 23s рРНК) от транскрибированного оперона полицистронной РНК у прокариот. Он также переваривает двухцепочечную РНК (dsRNA) -Dicer семейства РНКаз, разрезая пре-миРНК (длиной 60–70 п.н.) в определенном месте и трансформируя ее в миРНК (22-30 п.н.), которая активно участвует в регуляции транскрипции и Время жизни мРНК.
- Номер ЕС 3.1.26 .- ??: РНКаза L представляет собой индуцированную интерфероном нуклеазу, которая после активации разрушает всю РНК в клетке.
- EC 3.1.26.5 : РНКаза P - это тип рибонуклеазы, который уникален тем, что представляет собой рибозим - рибонуклеиновую кислоту, которая действует как катализатор так же, как и фермент . Одна из его функций - отщепление лидерной последовательности от 5'-конца одной цепочечной пре- тРНК . РНКаза P является одним из двух известных в природе многооборотных рибозимов (второй является рибосомой ). У бактерий РНКаза P также отвечает за каталитическую активность холоферментов, которые состоят из апофермента, который образует активную ферментную систему в сочетании с коферментом и определяет специфичность этой системы для субстрата. Недавно была открыта форма РНКазы P, которая представляет собой белок и не содержит РНК.
- EC номер 3.1. ??: РНКаза PhyM является последовательностью, специфичной для одноцепочечных РНК. Расщепляет 3'-конец непарных остатков A и U.
- EC 3.1.27.3 : РНКаза Т1 является последовательностью, специфичной для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец непарных остатков G.
- EC 3.1.27.1 : РНКаза Т2 является последовательностью, специфичной для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец всех 4 остатков, но предпочтительно 3'-конец As.
- EC 3.1.27.4 : РНКаза U2 является последовательностью, специфичной для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец непарных остатков А.
- EC 3.1.27.8 : РНКаза V специфична для полиадениновой и полиуридиновой РНК.
- EC 3.1.26.12 : РНКаза E представляет собой рибонуклеазу растительного происхождения, которая модулирует SOS-ответы у бактерий в ответ на стресс повреждения ДНК путем активации механизма SOS посредством RecA / LexA-зависимого пути передачи сигнала, который транскрипционно подавляет множественность генов, приводящих к остановке транзита клеточного деления, а также к инициации репарации ДНК.
- EC 3.1.26.- : РНКаза G Она участвует в процессинге 16'-конца 5s рРНК. Это связано с разделением хромосом и делением клеток. Считается одним из компонентов пучков аксиальных нитей цитоплазмы. Также считается, что он может регулировать формирование этой структуры.
Основные типы экзорибонуклеаз
- Номер ЕС EC 2.7.7.8 : Полинуклеотидфосфорилаза (PNPase) действует как экзонуклеаза, а также как нуклеотидилтрансфераза .
- Номер ЕС EC 2.7.7.56 : РНКаза PH действует как экзонуклеаза, а также как нуклеотидилтрансфераза .
- EC номер 3.1. ??: РНКаза R является близким гомологом РНКазы II, но она может, в отличие от РНКазы II, разрушать РНК с помощью вторичных структур без помощи дополнительных факторов.
- Номер ЕС EC 3.1.13.5 : РНКаза D участвует в процессинге пре- тРНК с 3'-на-5 ' .
- EC номер 3.1. ??: РНКаза T вносит основной вклад в созревание с 3'-на-5 'многих стабильных РНК.
- EC 3.1.13.3 : Олигорибонуклеаза расщепляет короткие олигонуклеотиды до мононуклеотидов.
- EC 3.1.11.1 : Экзорибонуклеаза I расщепляет одноцепочечную РНК с 3'-на-5 ', существует только у эукариот.
- EC 3.1.13.1 : Экзорибонуклеаза II является близким гомологом экзорибонуклеазы I.
Специфичность РНКазы
Активный участок выглядит как рифтовая долина, где все остатки активного участка образуют стену и дно долины. рифт очень тонкий, а небольшой субстрат идеально подходит для середины активного центра, что обеспечивает идеальное взаимодействие с остатками. На самом деле он имеет небольшую кривизну по отношению к участку, который также имеет субстрат. Хотя обычно большинство экзо- и эндорибонуклеаз не являются специфическими для секвенирования, недавно была сконструирована система CRISPR / Cas, изначально распознающая и разрезающая ДНК, чтобы расщеплять оцРНК специфичным для последовательности образом.
Загрязнение РНКазой во время экстракции РНК
Экстракции РНК в экспериментах молекулярной биологии значительно усложняется присутствием повсеместно и выносливые рибонуклеазы, разрушающих образцов РНК. Некоторые РНКазы могут быть чрезвычайно выносливыми, и их инактивация затруднительна по сравнению с нейтрализацией ДНКаз . Помимо высвобождаемых клеточных РНКаз, в окружающей среде присутствует несколько РНКаз. РНКазы эволюционировали, чтобы выполнять множество внеклеточных функций у различных организмов. Например, РНКаза 7, член суперсемейства РНКаз А , секретируется кожей человека и служит мощной антипатогенной защитой. В этих секретируемых РНКазах ферментативная активность РНКазы может даже не быть необходимой для ее новой, усиленной функции. Например, иммунные РНКазы действуют, дестабилизируя клеточные мембраны бактерий.
использованная литература
Источники
- Д'Алессио Дж. И Риордан Дж. Ф., ред. (1997) Рибонуклеазы: структуры и функции , Academic Press.
- Гердес К., Кристенсен С.К. и Лобнер-Олесен А. (2005). «Прокариотические токсин-антитоксиновые стрессовые реакции». Nat. Rev. Microbiol. (3) 371–382.