EXONUCLÉASE: CARACTÉRISTIQUES, STRUCTURE ET FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Les exonucléases sont un type de nucléases qui digèrent les acides nucléiques par l'une de leurs extrémités libres - soit le 3 'ou le 5'. Le résultat est une digestion progressive du matériel génétique, libérant les nucléotides un par un. La contrepartie de ces enzymes sont les endonucléases, qui hydrolysent les acides nucléiques dans les sections internes de la chaîne.

Ces enzymes fonctionnent par hydrolyse des liaisons phosphodiester de la chaîne nucléotidique. Ils participent au maintien de la stabilité du génome et à divers aspects du métabolisme cellulaire.

Source: Christopherrussell

Plus précisément, dans les lignées procaryotes et eucaryotes, nous trouvons différents types d'exonucléases qui participent à la réplication et à la réparation de l'ADN et à la maturation et à la dégradation de l'ARN.

caractéristiques

Les exonucléases sont un type de nucléases qui hydrolysent les liaisons phosphodiester des chaînes d'acide nucléique progressivement à l'une de leurs extrémités, soit le 3 'ou le 5'.

Une liaison phosphodiester est formée par la liaison covalente entre un groupe hydroxyle situé au carbone 3 'et un groupe phosphate situé au carbone 5'. L'union entre les deux groupes chimiques se traduit par une double liaison de type ester. La fonction des exonucléases - et des nucléases en général - est de rompre ces liaisons chimiques.

Il existe une grande variété d'exonucléases. Ces enzymes peuvent utiliser de l'ADN ou de l'ARN comme substrat, selon le type de nucléase. De la même manière, la molécule peut être simple ou double bande.

Caractéristiques

L'un des aspects critiques pour maintenir la vie d'un organisme dans des conditions optimales est la stabilité du génome. Heureusement, le matériel génétique possède une série de mécanismes très efficaces qui permettent sa réparation, s'il est affecté.

Ces mécanismes nécessitent la rupture contrôlée des liaisons phosphodiester et, comme mentionné, les nucléases sont les enzymes qui remplissent cette fonction vitale.

Les polymérases sont des enzymes présentes à la fois chez les eucaryotes et les procaryotes qui participent à la synthèse des acides nucléiques. Chez les bactéries, trois types ont été caractérisés et chez les eucaryotes cinq. Dans ces enzymes, l'activité des exonucléases est nécessaire pour remplir leurs fonctions. Ensuite, nous verrons comment ils le font.

Activité exonucléase chez les bactéries

Chez les bactéries, les trois polymérases ont une activité d'exonucléase. La polymérase I a une activité dans deux directions: 5'-3 'et 3'-5', tandis que II et III ne présentent une activité que dans la direction 3'-5 '.

L'activité 5'-3 'permet à l'enzyme d'éliminer l'amorce de l'ARN, ajoutée par une enzyme appelée primase. Par la suite, le vide créé sera comblé avec des nucléotides nouvellement synthétisés.

Le premier est une molécule composée de quelques nucléotides qui permet le début de l'activité de l'ADN polymérase. Il sera donc toujours présent lors de l'événement de réplication.

Si l'ADN polymérase ajoute un nucléotide qui ne correspond pas, elle peut le corriger grâce à l'activité de l'exonucléase.

Activité exonucléase chez les eucaryotes

Les cinq polymérases de ces organismes sont désignées par des lettres grecques. Seuls les gamma, delta et epsilon présentent une activité d'exonucléase, toutes dans la direction 3'-5 '.

L'ADN polymérase gamma est liée à la réplication de l'ADN mitochondrial, tandis que les deux autres participent à la réplication du matériel génétique situé dans le noyau et à sa réparation.

Dégradation

Les exonucléases sont des enzymes clés pour éliminer certaines molécules d'acide nucléique dont l'organisme n'a plus besoin.

Dans certains cas, la cellule doit empêcher l'action de ces enzymes d'affecter les acides nucléiques à conserver.

Par exemple, un «cap» est ajouté à l'ARN messager. Cela consiste en la méthylation d'une guanine terminale et de deux unités ribose. On pense que la fonction du capuchon est la protection de l'ADN contre l'action de l'exonucléase 5 '.

Exemples

L'une des exonucléases essentielles pour le maintien de la stabilité génétique est l'exonucléase I humaine, abrégée en hExo1. Cette enzyme se trouve dans différentes voies de réparation de l'ADN. Il est pertinent pour le maintien des télomères.

Cette exonucléase permet la réparation des lacunes dans les deux chaînes, qui, si elles ne sont pas réparées, peuvent conduire à des réarrangements chromosomiques ou des délétions qui aboutissent à un patient atteint de cancer ou de vieillissement prématuré.

Applications

Certaines exonucléases sont utilisées dans le commerce. Par exemple, l'exonucléase I qui permet la dégradation des amorces à bande unique (ne peut pas dégrader les substrats à double bande), l'exonucléase III est utilisée pour la mutagenèse dirigée et l'exonucléase lambda peut être utilisée pour l'élimination d'un nucléotide situé dans le Extrémité 5 'd'un ADN double bande.

Historiquement, les exonucléases étaient des éléments déterminants dans le processus d'élucidation de la nature des liaisons qui maintenaient ensemble les éléments constitutifs des acides nucléiques: les nucléotides.

En outre, dans certaines techniques de séquençage plus anciennes, l'action des exonucléases était couplée à l'utilisation de la spectrométrie de masse.

Comme le produit de l'exonucléase est la libération progressive d'oligonucléotides, elle représentait un outil pratique pour l'analyse de séquence. Bien que la méthode ne fonctionne pas très bien, elle est utile pour les séquences courtes.

De cette manière, les exonucléases sont considérées comme des outils très flexibles et précieux en laboratoire pour la manipulation d'acides nucléiques.

Structure

Les exonucléases ont une structure extrêmement variée, il n'est donc pas possible de généraliser leurs caractéristiques. La même chose peut être extrapolée pour les différents types de nucléases que l'on trouve dans les organismes vivants. Par conséquent, nous décrirons la structure d'une enzyme ponctuelle.

L'exonucléase I (ExoI) extraite de l'organisme modèle Escherichia coli est une enzyme monomère, impliquée dans la recombinaison et la réparation du matériel génétique. Grâce à l'application de techniques cristallographiques, sa structure a été illustrée.

En plus du domaine exonucléase de la polymérase, l'enzyme comprend d'autres domaines appelés SH3. Les trois régions se combinent pour former une sorte de C, bien que certains segments donnent à l'enzyme un aspect similaire à un O.

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