เอกโซนิวคลีเอส

เอกโซนิวคลีเอส () คือเอนไซม์ที่ทำหน้าที่สลายพันธะ 3′-5′ ฟอสโฟไดเอสเทอร์ เฉพาะที่ปลายสายพอลินิวคลีโอไทด์ ซึ่งแตกต่างจาก เอนโดนิวคลีเอสซึ่งจะทำหน้าที่สลายพันธะ 3′-5′ ฟอสโฟไดเอสเทอร์ ตำแหน่งใดก็ได้ในสายพอลินิวคลีโอไทด์ กลไกในการสลายพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์จะใช้ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส

ลักษณะการทำงาน 
3′-5′ เอกโซนิวคลีเอส เป็นการทำงานพื้นฐานของดีเอ็นเอพอลิเมอเรสทั้งสามชนิด (I, II, III) ซึ่งเรียกการทำงานลักษณะนี้ว่า proofreading activity คือความสามารถของดีเอ็นเอพอลิเมอเรสในการตรวจสอบลำดับของนิวคลีโอไทด์ในสายดีเอ็นเอทุกครั้งที่มีการนำดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ตัวใหม่มาต่อ จึงทำให้ดีเอ็นเอพอลิเมอเรสสามารถทำงานในทิศทาง 3′ ไปยัง 5′ ของสายดีเอ็นเอที่สร้างใหม่ได้ เมื่อตรวจสอบพบตำแหน่งเบสที่ผิด จะมีการตัดเบสดังกล่าวทิ้งแล้วนำตัวใหม่ที่ถูกต้องมาต่อแทน

นอกจากนี้ยังมี 5′-3′ เอกโซนิวคลีเอส เป็นรูปแบบการทำงานที่พบในดีเอ็นเอพอลิเมอเรส I เท่านั้นซึ่งจะใช้ในการกำจัด RNA primer ออกจาก lagging strand และใช้ในการซ่อมแซมส่วนของการสังเคราะห์ที่ผิดพลาด (repair mutation) โดยทิศทางการตัดจะตัดจาก 5′ ไปยัง 3′ ของสายดีเอ็นเอ ซึ่งมีทิศทางตรงกันข้ามกับ 3′-5′ เอกโซนิวคลีเอส

การทำงานร่วมกับพอลิเมอเรส
ในการหยุดกระบวนการลอกรหัส(transcriptional termination) เมื่อ อาร์เอนเอพอลิเมอเรส II สังเคราะห์สายเอ็มอาร์เอนเอ(mRNA)จนมาถึงตำแหน่งที่จะต้องมีการเติมอะดีโนซีน(Adenosene)มากๆ เรียกตำแหน่งนี้ว่า พอลิเอซิกเนล(Poly-A signal;AAUAAA)จะมีการสังเคราะห์สายเอ็มอาร์เอนเอของอาร์เอนเอพอลิเมอเรส II เลยไปประมาณ 0.5-2 กิโลเบสแพร์(kilobase pair;kb.) จากนั้นจะมี 5'-3'เอกโซนิวคลีเอส(ในคนสร้างจากยีนเอ็กซ์อาร์เอนทู;Gene Xrn2) มาจับกับอาร์เอนเอพอลิเมอเรส II แล้วทำการตัดส่วนที่มีการสังเคราะห์เกินมาในทิศทาง 5'-3' บนสายเอ็มอาร์เอนเอ พร้อมทั้งนำอาร์เอนเอพอลิเมอเรส II ออกไปด้วย ต่อจากนั้นจะมีเอนไซม์พอลิเอ พอลิเมอเรส(Poly(A)polymerase)มาเติมอะดีโนซีนมอนอฟอตเฟต(Adenosene Monophosphate) ต่อไป

การทำงานในคน
ในคน 3'-5' เอนโดนิวคลีเอส มีความจำเป็นในการทำงานของฮิสโตน พรี-เอ็มอาร์เอ็นเอ(histone pre-mRNA) และใน U7 small nuclear RNA(U7 sn RNP) จะเป็นตัวชักนำกระบวนการย่อยสลาย(single cleavage process)  จากนั้น 5′-3′ เอกโซนิวคลีเอส จะทำการย่อยสลายต่อไปจนเสร็จสมบูรณ์ นี่คือ กระบวนการที่ทำให้นิวคลีโอไทด์ที่ได้ นำกลับมาใช้ใหม่

5′-3′ เอกโซนิวคลีเอส จะทำงานได้นั้น จะต้องเกิดปลาย 5' อิสระบนสายพอลินิวคลีโอไทด์ซึ่งมาจากการทำงานของเอนโดนิวคลีเอสนี่คือจุดเริ่มของการหยุดกระบวนการลอกรหัส(transcription)เพราะไม่มี ดีเอ็นเอ ภายในเซลล์

การค้นพบใน E.coli
ในปี 1964 โรเบิร์ต เลห์แมน(I. Robert Lehman) ค้นพบ เอกโซนิวคลีเอส I ใน E.coli และนับตั้งแต่ตอนนั้น ก็มีการค้นพบ เอกโซนิวคลีเอส II, III, IV, V, VI, VII, และ VIII ตามมา โดยแต่ละชนิดของเอกโซนิวคลีเอส มีความจำเพาะของการทำงานและจุดประสงค์

เอกโซนิวคลีเอส I จะสลายดีเอ็นเอสายเดียว(single-strand DNA) ในทิศทาง 3'-5' ทำให้ได้ ดีออกซีไรโบนิวคลีโอไซด์ 5' มอนอฟอสเฟต(deoxyribonucleoside 5'-monophosphates) มันจะไม่ตัดสายดีเอ็นเอที่ไม่มีปลาย 3'-OH (terminal 3'-OH groups) เพราะมีการป้องกันโดยหมู่ฟอสเฟต หรือหมู่อะซิติล

เอกโซนิวคลีเอส II ทำงานร่วมกับ ดีเอ็นเอพอลิเมอเรส I  ซึ่งประกอบด้วย 5' เอกโซนิวคลีเอส ทำงานโดย ตัด  อาร์เอนเอไพร์เมอร์ ที่เป็นจุดเริ่มต้นของการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ

เอกโซนิวคลีเอส III มี 4 รูปแบบการทำงาน
 3'-5' เอกโซดีออกซีไรโบนิวคลีเอส ซึ่งจะเกิดเฉพาะกับ ดีเอ็นเอสายคู่
 ไรโบนิวคลีเอส
 3' ฟอสเฟต
 เอพี เอนโดนิวคลีเอส (Apurinic/apyrimidinic (AP) endonuclease) ต่อมาเรียกว่า เอนโดนิวคลีเอส II

เอกโซนิวคลีเอส IV มีการเติมน้ำในโมเลกุล ทำให้ไม่สามารถสลายพันธะของโอลิโกนิวคลีโอไทด์ ไปเป็น นิวคลีโอไซด์ 5' มอนอฟอสเฟต ซึ่ง เอกโซนิวคลีเอสชนิดนี้ ต้องการ Mg2+ เพื่อให้สามารถทำงานได้ และยังสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า เอกโซนิวคลีเอส I

เอกโซนิวคลีเอส V (เรียกอีกอย่างว่า RecBCD) ทำงานในทิศทาง 3'-5' โดยการเติมน้ำ(3’ to 5’ hydrolyzing enzyme) ซึ่งกระตุ้นดีเอ็นเอสายคู่และดีเอ็นเอสายเดี่ยว และยังต้องการ Ca2+ ในการทำงาน พร้อมทั้งเป็นเอนไซม์ที่มีความสำคัญมากในกระบวนการโฮโมโลกัส รีคอมบิเนชัน (homologous recombination) ; กระบวนการแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนดีเอ็นเอของโครโมโซมที่เป็นคู่กัน

เอกโซนิวคลีเอส VII สามารถย่อยสายดีเอ็นเอได้ในทิศทาง 5'-3' หรือ 3'-5' ได้เป็น 5' ฟอสโฟ มอนอนิวคลีโอไทด์

เอกโซนิวคลีเอส VIII ทำหน้าที่ย่อยกรดนิวคลีอิกจากปลาย 5' ไป 3' (5’ to 3’ dimeric protein) ซึ่งไม่ต้องการ เอทีพี(ATP) หรือ gaps (ช่วงของสายดีเอ็นเอที่ถูกตัดออก ขาดหาย หรือไม่มีการสังเคราห์) หรือ nick (การสลายพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์บนสายดีเอ็นเอ) แต่ต้องการปลาย 5'-OH (free 5’ OH group) ในการทำงาน

อ้างอิง

เอนไซม์
ชีวเคมี