RecBCD

RecBCD là tên thường gọi một phức hợp enzym đa chức năng phát hiện ở trực khuẩn "E.coli" có khả năng sửa chữa DNA trong quá trình tái tổ hợp tương đồng của trực khuẩn này.
RecBCD (tiếng Anh: /rɛk bi si di/) theo danh pháp phân loại enzym Quốc tế có kí hiệu (mã EC): EC 3.1.11.5. Nhưng tuỳ trường hợp mà còn được gọi bằng nhiều tên khác theo chức năng của nó bằng các thuật ngữ tiếng Anh như:
Tất cả các giới thiệu sau đây chỉ đúng với RecBCD của Escherichia coli dòng K12, có mã enzym = EC 3.1.11.5, được tóm tắt từ các tác giả: Singleton, M.R., Dillingham, M.S., Gaudier, M., Kowalczykowski, S.C., Wigley, D.B. công bố trong bài báo khoa học "Crystal Structure of Recbcd Enzyme Reveals a Machine for Processing DNA Breaks" ở tạp chí Nature 432:187 (năm 2004), có kết hợp thêm với một số tác giả khác (đều đã có dẫn nguồn trong bài).
Cấu trúc.
- RecB là một chuỗi polypeptide gồm 1180 amino acid chia làm hai vùng chính: vùng N có chức năng helicase được chia thành 7 miền (1, 1a, 2 … 6 trong đoạn màu cam ở hình 2) đặc trưng cho loại SF1; vùng C (đoạn tô màu hồng ở hình 2 có chức năng đa nuclease (nuclease) với kí hiệu "Nuc") theo mô hình nuclease 3, xúc tác chủ yếu đến Asp (aspartate) và Lys (lysine). Trung tâm phân tử RecB có liên kết với ion Mg2+.
- RecC (đoạn xanh da trời ở hình 2) là một chuỗi polypeptide gồm 1122 amino acid, không có tương đồng đáng kể với các protein kia, đặc trưng bởi điểm nhận biết vị trí KAI (CHI site). Tuy nhiên, RecC có miền 1 và 2 như SF1, nên nó có thể đã phát triển từ một helicase từ xa xưa.
- RecD (đoạn màu tím ở hình 2) là một chuỗi polypeptide gồm 608 amino acid, chứa bảy miền đặc trưng của SF1 như RecB. SF1 là tên tắt của "steroidogenic factor 1" một loại helicase cho DNA (DNA helicase) 
Chức năng.
Chức năng chung.
RecBCD là phức hợp protein nhiều chức năng, trong đó chức năng chủ chốt là gây tái tổ hợp tương đồng ở vi khuẩn. Những chức năng này chỉ thực hiện khi các tiểu đơn vị đã liên kết với nhau và ở vị trí KAI (hình 3)
Chức năng exonuclease DNA..
Đây là chức năng của lớp enzym nuclease, nhưng chỉ cắt bỏ liên kết phôtpho-đi-este ở đầu mút phân tử DNA, nghĩa là cắt đứt chuỗi polynucleotide của DNA ở phía đầu chuỗi. Chức năng này cần năng lượng (ATP), nên còn gọi là exonuclease phụ thuộc ATP (ATP-dependent DNA exonuclease). Enzym RecBCD có thể thực hiện:
Chức năng ATPase..
Tên đầy đủ của chức năng này là ATPase phụ thuộc DNA. Đây thực chất là chức năng thủy phân ATP, biến đổi ATP thành ADP và giải phóng năng lượng kèm theo Pi (tức gốc phôtphat vô cơ) cần dùng khi "cắt" liên kết phôtpho-đi-este của DNA., Nhờ chức năng này, cả tổ hợp như một phân tử có "động cơ" chuyển động được dọc trên DNA mà nó xúc tác.
Chức năng helicase..
Đây là chức năng góp phần làm sợi DNA dãn thẳng sau khi đã được tháo xoắn, đồng thời "cắt" các liên kết hy-đrô giữa hai mạch làm tách mạch kép thành hai mạch đơn, gọi tắt là "dãn xoắn – tách mạch". Xem chi tiết về chức năng này ở trang helicase.
Cơ chế hoạt động.
Khởi đầu.
RecBCD chỉ thực hiện được nhiệm vụ tái tổ hợp của nó khi cả ba tiểu đơn vị trên kết hợp với nhau và trượt đến vị trí KAI (hình 3). Lúc đó, tổ hợp sẽ xử lí tuần tự như sau:, , 
Tiếp diễn.
RecC và RecD kết hợp với đầu 5' của sợi DNA. RecD được cho là tương tác với RecC và có thể đóng một vai trò trong việc định hướng đầu 5'. Chúng tách hai sợi đã rời nhau và tạo vòng, rồi cắt sợi có vị trí KAI (CHI site trong hình 6).
Sau đó, protein recA được tải lên sợi vòng này, chuẩn bị cho quá trình tái tổ hợp (hình 7).
Khi cả tổ hợp enzym RecBCD di chuyển trên DNA, chúng bao quanh ("ôm") cả hai sợi (xem thêm cơ chế hoạt động này ở trang helicase). Sự di chuyển được hỗ trợ bởi thủy phân ATP trong các "động cơ" helicase của RecB và của RecD. Khi di chuyển đến vị trí KAI, recC nhận biết và sợi đơn DNA có vị trí KAI nằm lọt trong RecC. Nhận được "tin" từ recC, hai tiểu đơn vị còn lại hoạt động, nhưng RecD nhanh hơn nên hình thành một vòng sợi đơn phía trước của RecB chậm hơn. Do đó một vòng sợi đơn nhỏ được tạo ra trước khi RecB tác động, nên tạo ra đoạn sợi đơn DNA có hai đầu: đầu 3' ngắn 'và đầu 5' dài hơn và hai vòng này đã quan sát được bằng kính hiển vi điện tử, gọi là cấu trúc vòng hai đuôi (loop 2 tail).
Từ các vòng này có thể tạo ra một mạch đơn bổ sung cho chúng, hình thành cấu trúc hai vòng tạm thời gọi là "tai thỏ" (rabbit ears), rồi hình thành "ngã tư Holliday" gồm sợi chứa vị trí KAI như ở hình 8.Kết quả là có thể dẫn đến trao đổi chéo (crossover) hoặc không (noncrossover) như mô tả ở hình 9.
Như vậy, cách mà RecBCD đã sử dụng chính là phương thức DSB (double-strand breaks, tức là làm đứt sợi đôi). Tóm lại, khởi đầu trên DNA sợi kép, tổ hợp dãn xoắn DNA cắt tại một sợi đơn ở vị trí KAI, tạo ra một đầu 3'. Ở sợi đơn DNA này, nó tải nhiều phân tử RecA, gây phản ứng trao đổi sợi đơn DNA với một phân tử DNA khác còn nguyên vẹn lấy ở tế bào "E. coli". Các bước tóm tắt là:
Biến đổi con đường RecBCD.
Khi ATP&gt;Mg2+.
Khi ATP cao hơn hẳn nồng độ Mg2+(cũng viết Mg++), RecBCD sẽ "khía" sợi ở vị trí KAI. RecB chỉ cắt sợi đơn tạo ra đuôi 3'. Đuôi này liên kết với các RecA thành chuỗi, từ đó gây ra trao đổi đoạn DNA với một sợi DNA (mạch đơn) nguyên vẹn từ đó phát sinh tái tổ hợp tương đồng. Khi cả phức hợp trượt đến tận cùng DNA, thì cả ba tiểu đơn vị tách rời nhau rồi "giải tán" và không thấy hoạt động trong một giờ trở lên. &lt;br&gt;Mô hình phân tử cho con đường tái tổ hợp của RecBCD theo phản ứng của RecBCD khi ATP &gt; Mg++ như sau (hình 10).
Khi Mg2+&gt;ATP.
Khi nồng độ ion Mg2+ vượt cao hơn hẳn ATP, thì RecBCD sẽ tách rồi cắt cả hai sợi DNA. Lúc này, RecBCD sẽ tách sợi đối diện (tức là sợi đầu 5') và RecA liên kết vào sợi đầu 3' tạo ra chuỗi polyRecA (RecA filament). Nghĩa là RecBCD cắt tách sợi trên cùng (đầu 3′) lên đoạn có KAI, cắt sợi dưới và cắt tách rời sợi đó ra ngoài KAI. Sau khi hoàn thành "nhiệm vụ", nó tiếp tục trượt và nếu gặp vị trí KAI nữa thì chuỗi phản ứng sẽ xảy ra tương tự như trên. 
Tóm lại, tổ hợp RecBCD trượt trên DNA như một «động cơ» phân tử, theo kiểu «ôm» cả một đoạn chuỗi xoắn kép, nhờ «chất đốt» là ATP, thực hiện dãn xoắn-tách mạch nhờ chức năng helicase. Khi gặp vị trí KAI, tổ hợp chuyển sang chức năng endonuclease, cắt một sợi đơn có chứa KAI. Sau đó, xảy ra hai con đường sau.