הבדל מפתח - אנדונוקלאז לעומת אקסונוקלאז
לפני שמסתכלים על ההבדל בין אנדונוקלאז לאקסונוקלאז, חשוב לדעת מה זה בדיוק נוקלאז. נוקלאז הוא אנזים המסוגל לבקע קשרי פוספודיאסטר בין נוקלאוטידים בחומצות גרעין. אנדונוקלאז ואקסונוקלאז הם שני סיווגים של נוקלאזות. ההבדל העיקרי בין אנדונוקלאז לאקסונוקלאז הוא שאנדונוקלאזים מבקעים את הקשרים בין נוקלאוטידים בתוך מולקולת חומצת הגרעין ואילו אקסונוקלאזים מבקעים את הקשר בין נוקלאוטידים בקצוות 3' או 5' של מולקולת חומצת הגרעין.
מה זה Nuclease?
נוקלאז הוא אנזים שיש לו את היכולת לפצח קשרי פוספודיסטר בין נוקלאוטידים בחומצות גרעין. הוא שייך לקבוצת האנזים הידרולאז מאחר שהוא מייצר את הקשרים הכימיים בין נוקלאוטידים. אנזים זה חיוני למנגנוני תיקון DNA טבעיים המתרחשים בתאים ובתהליכים ביוטכנולוגיים כגון שיבוט גנים, טכנולוגיית DNA רקומביננטי, RFLP, AFLP, רצף גנים, ריפוי גנטי, מיפוי גנום ועוד.
ישנם שני סוגים עיקריים של נוקלאזות: ריבונוקלאז ודאוקסיריבונוקלאז, הפועלים ושוברים את הקשרים הכימיים בין מונומרים של RNA ו-DNA, בהתאמה. על פי אתר הפעולה של הנוקלאזות, הם מסווגים עוד יותר לשתי קבוצות, כלומר אנדונוקלאז ואקסונוקלאז. אנדונוקלאזים מזהים אזורי רצף ספציפיים של חומצות הגרעין ומבקעים את קשרי הפוספודיסטר בין נוקלאוטידים הממוקמים באמצע חומצות הגרעין. אקסונוקלאזים מבקעים קשרי פוספודיאסטר בין נוקלאוטידים הממוקמים בקצות חומצות הגרעין.
איור 1: פעילות Nuclease
מה זה אנדונוקלאז?
אנדונוקלאז הוא סוג של נוקלאזות שמבקע חומצות גרעין מהאמצע. הוא מזהה רצפי נוקלאוטידים ספציפיים של חומצת גרעין ומפרק את הקשרים הכימיים בין נוקלאוטידים. הם ידועים גם כאנדונוקליזות הגבלה מכיוון שהם מחפשים אתרי הגבלה ספציפיים ומבקעים את הקשר ומייצרים שברי הגבלה. יותר מ-100 אנדונוקליזות הגבלה מזוהות בחיידקים וארכיאה ומתקבלות למטרות מסחריות.
Restriction endonucleases נמצאים בשימוש נרחב בביוטכנולוגיה. הם ממלאים תפקיד חיוני בשיבוט מולקולרי. רובם אנזימים דימריים המורכבים משתי תת-יחידות חלבון. שתי תת-יחידות חלבון עוטפות את ה-DNA הדו-גדילי ומבקעות בנפרד את שני הגדילים משני הצדדים.ישנם מאות סוגים של אנדונוקליזות הגבלה עם אתרי זיהוי ייחודיים בחיידקים. בשל הספציפיות הגבוהה שלהם בהגבלה, הם מתפצלים רק ברצפים ספציפיים. לפיכך, הם נחשבים ככלים מולקולריים שימושיים ביותר בטכנולוגיית DNA רקומביננטי. ללא אנדונוקליזות הגבלה, ייצור מולקולת DNA רקומביננטית אינו אפשרי. יצירת מולקולת ה-DNA הרקומביננטי היא הצעד הבסיסי של רוב הטכנולוגיות הביולוגיות המולקולריות.
כדי להבין את זיהוי הרצף הייחודי על ידי אנדונוקלאזות הגבלה, הדוגמה הבאה תעזור לקוראים.
Bam HI הוא אנדונוקלאז הגבלה שמחפש באתר ההגבלה הבא במולקולת ה-DNA (האתר מוצג באותיות אדומות).
ברגע Bam HI מבקע את חומצת הגרעין מאתר ההגבלה, היא מייצרת את שני המקטעים הבאים.
EcoRI הוא אנדונוקלאז הגבלה נוסף שימושי מאוד בטכנולוגיית DNA רקומביננטי, פועל על אתר זיהוי ההגבלה הספציפי שלו ומבקע DNA כפי שמוצג באיור 2.
איור 2: EcoRI
מה זה Exonuclease?
Exonuclease הוא אנזים נוקלאז המבקע קשרים כימיים בין נוקלאוטידים בקצוות 3' או 5' של שרשראות חומצת הגרעין. הוא שובר נוקלאוטידים בודדים בקצה השרשרת ומייצר נוקלאוזידים על ידי העברת קבוצות פוספט למים. אקסונוקליזות נמצאות בארכיאה, בחיידקים ובאיקריוטים.ב-E coli, קיימים 17 אקסונוקלאזים שונים, כולל DNA פולימרים 1, 2 ו-3. מספר פולימראזות DNA מציגות פעילות הגהה של אקסונוקלאז באורך 3' עד 5'.
Exonucleases חשובים בתיקון DNA, רקומבינציה גנטית, מניעת התרחשות מוטציות, ייצוב גנום וכו'.
איור 3: פעולת Exonuclease של RecBCD של E Coli
מה ההבדל בין Endonuclease ל-Exonuclease?
Endonuclease לעומת Exonuclease |
|
| אנדונוקלאז הוא סוג של אנזימי נוקלאז המבקע את הקשרים בין נוקלאוטידים בתוך מולקולת חומצת הגרעין. | Exonuclease הוא סוג של אנזימי נוקלאז המבקע את הקשר בין נוקלאוטידים בקצוות 3' או 5' של מולקולת חומצת הגרעין. |
| מוצרי קצה | |
| אנדונוקלאזים מייצרים שברי הגבלה של אוליגונוקלאוטידים | אקסונוקלאוטידים מייצרים נוקלאוזידים |
| פונקציה | |
| הם שוברים קשרי פוספודיאסטר ומייצרים שברי הגבלה. אבל הם מסירים נוקלאוטידים בזה אחר זה. | הם מסירים נוקלאוטידים בזה אחר זה מקצות חומצות הגרעין. |
| דוגמאות | |
| דוגמאות כוללות Bam HI, EcoRI, Hind III, Hpa I, Sma I, | דוגמאות כוללות Exonuclease I, Exonuclease III, RecBCD (Exonuclease V), RecJ exonuclease, Exonuclease VIII/RecE, Exonuclease IX, Exonuclease T, Exonuclease X וכו'. |
סיכום – אנדונוקלאז לעומת אקסונוקלאז
גרעינים אחראים לשבירת קשרים כימיים של פוספודיאסטר בין נוקלאוטידים של חומצות הגרעין. נוקלאזות יכולות לפעול בתוך או בקצות שרשרת חומצות הגרעין. לפי אתר הפעולה, שני סוגים עיקריים של נוקלאזות נמצאים באורגניזמים. הם אנדונוקלאז ואקסונוקלאז. אנדונוקלאזים מבקעים נוקלאוטידים מאמצע השרשרת בעוד שאקסונוקלאזים מבקעים נוקלאוטידים מקצוות שרשרת חומצת הגרעין. אנדונוקליזות חשובות מאוד בטכנולוגיית DNA רקומביננטי מכיוון שהם מזהים רצפי בסיסים ספציפיים בשרשרת חומצות הגרעין ומפרקים קשרים בין נוקלאוטידים.
