Belangrijk verschil - Endonuclease versus exonuclease
Alvorens te kijken naar het verschil tussen endonuclease en exonuclease, is het belangrijk om te weten wat een nuclease precies is. Een nuclease is een enzym dat in staat is om fosfodiesterbindingen tussen nucleotiden in nucleïnezuren te splitsen. Endonuclease en exonuclease zijn twee classificaties van nucleasen. Het belangrijkste verschil tussen endonuclease en exonuclease is dat endonucleasen de bindingen tussen nucleotiden in het nucleïnezuurmolecuul splitsen, terwijl exonucleasen de binding tussen nucleotiden aan de 3'- of 5'-uiteinden van het nucleïnezuurmolecuul splitsen.
Wat is een nuclease?
Een nuclease is een enzym dat het vermogen heeft om fosfodiesterbindingen tussen nucleotiden in nucleïnezuren te splitsen. Het behoort tot de hydrolase-enzymgroep omdat het de chemische bindingen tussen nucleotiden hydrolyseert. Dit enzym is essentieel voor natuurlijke DNA-herstelmechanismen die optreden in de cellen en in biotechnologische processen zoals genklonering, recombinant-DNA-technologie, RFLP, AFLP, gensequencing, gentherapie, genoommapping enz.
Er zijn twee hoofdtypen nucleasen: ribonuclease en deoxyribonuclease, die de chemische bindingen tussen respectievelijk RNA- en DNA-monomeren verbreken. Volgens de plaats van werking van de nucleasen, worden ze verder onderverdeeld in twee groepen, namelijk endonuclease en exonuclease. Endonucleasen herkennen specifieke sequentiegebieden van de nucleïnezuren en splitsen de fosfodiesterbindingen tussen nucleotiden die zich in het midden van de nucleïnezuren bevinden. Exonucleasen splitsen fosfodiesterbindingen tussen nucleotiden die zich aan de uiteinden van de nucleïnezuren bevinden.
Figuur 1: Nuclease-activiteit
Wat is een endonuclease?
Endonuclease is een type nucleasen dat nucleïnezuren van het midden afsplitst. Het herkent specifieke nucleotidesequenties van nucleïnezuur en verbreekt de chemische bindingen tussen nucleotiden. Ze zijn ook bekend als restrictie-endonucleasen omdat ze specifieke restrictieplaatsen doorzoeken en de binding splitsen en restrictiefragmenten produceren. Meer dan 100 restrictie-endonucleasen zijn geïdentificeerd in bacteriën en archaea en worden verkregen voor commerciële doeleinden.
Restrictie-endonucleasen worden veel gebruikt in de biotechnologie. Ze spelen een cruciale rol bij het moleculaire klonen. De meeste van hen zijn dimere enzymen die zijn samengesteld uit twee eiwitsubeenheden. Twee eiwitsubeenheden wikkelen het dubbelstrengs DNA om en splitsen beide strengen afzonderlijk van beide kanten. Er zijn honderden soorten restrictie-endonucleasen met unieke herkenningsplaatsen in bacteriën. Vanwege hun hoge specificiteit in restrictie, splitsen ze alleen op specifieke sequenties. Daarom worden ze beschouwd als zeer bruikbare moleculaire hulpmiddelen in recombinant-DNA-technologie. Zonder restrictie-endonucleasen is de productie van recombinant DNA-molecuul niet mogelijk. Het creëren van het recombinante DNA-molecuul is de basisstap van de meeste moleculair biologische technologieën.
Om de unieke sequentieherkenning door restrictie-endonucleasen te begrijpen, zal het volgende voorbeeld de lezers helpen.
Bam HI is een restrictie-endonuclease dat de volgende restrictieplaats in het DNA-molecuul doorzoekt (de plaats wordt in rode letters weergegeven).
Zodra Bam HI het nucleïnezuur van de restrictieplaats klieft, produceert het de volgende twee fragmenten.
EcoRI is een ander restrictie-endonuclease dat zeer nuttig is in recombinant-DNA-technologie, werkt op zijn specifieke restrictieherkenningsplaats en knipt DNA zoals weergegeven in figuur 2.
Figuur 2: EcoRI
Wat is een exonuclease?
Exonuclease is een nuclease-enzym dat chemische bindingen tussen nucleotiden aan de 3’- of 5’-uiteinden van de nucleïnezuurketens splitst. Het breekt enkele nucleotiden aan het einde van de keten en produceert nucleosiden door fosfaatgroepen over te dragen aan water. Exonucleasen worden gevonden in archaea, bacteriën en eukaryoten. In E coli zijn 17 verschillende exonucleasen aanwezig, waaronder DNA-polymerasen 1, 2 en 3. Verschillende DNA-polymerasen vertonen proefleesactiviteit van 3’ tot 5’ exonuclease.
Exonucleasen zijn belangrijk bij DNA-herstel, genetische recombinatie, preventie van het optreden van mutaties, genoomstabilisatie enz.
Figuur 3: Exonuclease-actie van RecBCD van E Coli
Wat is het verschil tussen endonuclease en exonuclease?
Endonuclease versus exonuclease |
|
| Endonuclease is een type nuclease-enzymen die de bindingen tussen nucleotiden in het nucleïnezuurmolecuul splitst. | Exonuclease is een type nuclease-enzymen die de binding tussen nucleotiden aan de 3’- of 5’-uiteinden van het nucleïnezuurmolecuul splitst. |
| Eindproducten | |
| Endonucleasen produceren oligonucleotide-restrictiefragmenten | Exonucleotiden produceren nucleosiden |
| Functie | |
| Ze breken fosfodiesterbindingen en produceren restrictiefragmenten. Maar ze verwijderen de nucleotiden niet één voor één. | Ze verwijderen nucleotiden één voor één van de uiteinden van de nucleïnezuren. |
| Voorbeelden | |
| Voorbeelden zijn Bam HI, EcoRI, Hind III, Hpa I, Sma I, | Voorbeelden zijn onder meer Exonuclease I, Exonuclease III, RecBCD (Exonuclease V), RecJ exonuclease, Exonuclease VIII/RecE, Exonuclease IX, Exonuclease T, Exonuclease X enz. |
Samenvatting – Endonuclease versus exonuclease
Nucleasen zijn verantwoordelijk voor het verbreken van chemische fosfodiesterbindingen tussen nucleotiden van de nucleïnezuren. Nucleasen kunnen inwerken binnen of aan de uiteinden van de nucleïnezuurketen. Volgens de plaats van actie worden in organismen twee hoofdtypen nucleasen aangetroffen. Ze zijn endonuclease en exonuclease. Endonucleasen splitsen nucleotiden van het midden van de keten, terwijl exonucleasen nucleotiden splitsen van de uiteinden van de nucleïnezuurketen. Endonucleasen zijn zeer belangrijk in de recombinant-DNA-technologie, omdat ze specifieke basensequenties in de nucleïnezuurketen herkennen en bindingen tussen nucleotiden verbreken.
