Endonucleasa

Qué es una endonucleasa

Las endonucleasas forman un grupo amplio de enzimas nucleasa cuyo rasgo común es la capacidad de hidrolizar enlaces fosfodiéster situados en el interior de una cadena de ácidos nucleicos. El prefijo endo- procede del griego ἔνδον (éndon, "dentro"), y nucleasa deriva de núcleo (del latín nucleus) con el sufijo -asa que designa la actividad enzimática. Literalmente, se trata de enzimas que actúan dentro de la cadena nucleotídica, mientras que las exonucleasas solo pueden retirar nucleótidos desde un extremo libre.

Todas las células conocidas contienen endonucleasas. En las bacterias, las más estudiadas son las endonucleasas de restricción, que reconocen secuencias cortas y específicas del ADN foráneo y lo fragmentan como mecanismo de defensa. En las células eucariotas, diversas endonucleasas participan en la reparación del ADN dañado por radiación ultravioleta, agentes oxidantes o errores de replicación.

Mecanismo de acción

Para escindir el enlace fosfodiéster, la mayoría de las endonucleasas requieren iones metálicos divalentes (magnesio o manganeso, generalmente) que estabilizan la carga negativa del grupo fosfato durante la reacción de hidrólisis. Algunas endonucleasas cortan ambas hebras de la doble hélice de ADN, produciendo un corte de doble cadena; otras cortan una sola hebra, lo que genera una mella (nick, en terminología anglosajona) que después puede repararse o ampliarse según la ruta metabólica implicada.

El punto de corte puede ser inespecífico o altamente selectivo. Hay endonucleasas que reconocen una secuencia precisa de cuatro, seis u ocho pares de bases y no actúan en ningún otro lugar del genoma. Esa selectividad es justamente lo que convirtió a ciertas endonucleasas bacterianas en herramientas de laboratorio.

Tipos principales

Endonucleasas de restricción. Son de origen bacteriano. Reconocen secuencias palindrómicas cortas en el ADN de doble cadena y lo fragmentan en sitios concretos. Constituyen un sistema inmunitario rudimentario de las bacterias frente a los bacteriófagos. Se clasifican en tipos I, II, III y IV según su estructura, cofactores y modo de corte. Las de tipo II, que cortan exactamente en la secuencia que reconocen, son las más utilizadas en ingeniería genética.

Endonucleasas de reparación del ADN. En la ruta de reparación por escisión de bases (BER) y en la ruta de escisión de nucleótidos (NER), distintas endonucleasas reconocen lesiones en el ADN (bases oxidadas, dímeros de pirimidina) y realizan cortes flanqueantes que permiten sustituir el segmento dañado. Un ejemplo es la AP endonucleasa, que corta la cadena en un sitio apurínico o apirimidínico creado tras la eliminación de una base alterada.

Endonucleasas implicadas en el procesamiento del ARN. La maduración de ciertos precursores de ARN requiere cortes endonucleolíticos. Las ribonucleasas III, por ejemplo, procesan ARN de doble cadena y participan en la biogénesis de los ARN ribosómicos y, en eucariotas, en la vía de los micro-ARN.

Diferencia entre endonucleasa y exonucleasa

La diferencia radica en la posición del corte. Una endonucleasa puede acceder a un punto interno de la cadena y cortar allí, sin necesidad de que exista un extremo libre. La exonucleasa, en cambio, requiere un extremo 3' o 5' desde el cual va retirando nucleótidos de uno en uno (o de pocos en pocos). En la práctica, muchas rutas de reparación del ADN utilizan ambas actividades de forma coordinada: la endonucleasa realiza la incisión inicial y la exonucleasa retira el tramo defectuoso.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra endonucleasa?

Del griego ἔνδον (éndon, "dentro"), el latín nucleus ("núcleo", por el ácido nucleico sobre el que actúa) y el sufijo -asa, que en bioquímica indica actividad enzimática. El nombre describe con precisión su modo de acción: es una enzima que corta en el interior de la cadena de ácidos nucleicos.

¿Son lo mismo endonucleasa y enzima de restricción?

No exactamente. Las enzimas de restricción son un tipo particular de endonucleasa, de origen bacteriano, que reconocen secuencias específicas del ADN. El término endonucleasa es más amplio e incluye también las enzimas de reparación del ADN, las que procesan ARN y otras nucleasas intracelulares que no tienen relación con el sistema de restricción bacteriano.

¿Tienen las endonucleasas aplicación en medicina?

Sí. Las endonucleasas de restricción fueron la base de las primeras técnicas de ingeniería genética y siguen utilizándose en análisis genético. Más recientemente, nucleasas programables como Cas9 (del sistema CRISPR) han abierto la puerta a la edición génica con posibles aplicaciones en enfermedades genéticas, oncología e investigación.

Referencias

1. MedlinePlus. Pruebas genéticas.
2. NHGRI (National Human Genome Research Institute). Restriction Enzyme.
3. Manual MSD (versión para profesionales). Tecnología del ADN recombinante (genómica).
4. RAE. Endonucleasa. Diccionario de la lengua española.