Nukleazy

Nukleazy to enzymy, których funkcją jest rozkład kwasów nukleinowych, takich jak kwas rybonukleinowy lub kwas dezoksyrybonukleinowy. Nazywa się to całkowitym lub częściowym trawieniem substratu.

Co to są nukleazy

Nukleazy są generalnie odpowiedzialne za rozkład kwasów nukleinowych. Kwas nukleinowy może zostać rozbity zarówno z końców cząsteczek kwasu nukleinowego, jak iz jego środka.

Istnieją również tak zwane nukleazy restrykcyjne, które wycinają sekwencje kwasu nukleinowego tylko z określonych regionów. Nukleazy są klasyfikowane według różnych kryteriów. Jednym z kryteriów jest rodzaj kwasu nukleinowego (kwas dezoksyrybonukleinowy lub kwas rybonukleinowy). Kolejne kryterium dotyczy struktury drugorzędowej, takiej jak podwójna lub pojedyncza nić. Ważne jest również przy wyborze kryteriów, czy degradacja ma miejsce od końców, czy od środka cząsteczki. Kolejne pytanie dotyczy tego, gdzie miejsce ataku znajduje się między pozycjami 5 'i 3' struktury cukrowo-fosforanowej.

Rola specyficznej dla sekwencji i niespecyficznej sekwencji zasad wpływa również na określenie kryteriów klasyfikacji. Według tych kryteriów istnieją różne klasy klasyfikacyjne. Nukleazy można podzielić na egzonukleazy, endonukleazy, deoksyrybonukleazy i rybonukleazy.

Funkcja, efekt i zadania

Funkcje nukleaz są zróżnicowane. Ważną funkcją jest przecinanie obcego DNA lub RNA zarówno specyficznego dla sekwencji, jak i niespecyficznego. Za to zadanie odpowiadają endonukleazy restrykcyjne.

Rozszczepiają kwasy nukleinowe w pewnych punktach z dala od ich końców. Albo podobne sekwencje kwasu nukleinowego są odszczepiane, albo powstają sekwencje niespecyficzne. Endonukleazy restrykcyjne są częścią układu odpornościowego, ponieważ rozkładają obce kwasy nukleinowe. Nieswoiste nukleazy są często odpowiedzialne za trawienie kwasów nukleinowych. Jednak trawią również kwasy nukleinowe martwych komórek podczas programowanej śmierci komórki, czyli apoptozy. Główną rolę odgrywa tu DNaza, która występuje szczególnie w trzustce, wątrobie, płytkach krwi i osoczu krwi.

Na mRNA wpływa obecność RNaz. Kontrolowany rozpad RNA kontroluje regulację ekspresji genów. Egzonukleazy rozkładają poszczególne cząsteczki DNA lub RNA z końców. Sekwencja kwasu nukleinowego nie ma tutaj znaczenia. Zadaniem tych enzymów jest całkowite rozbicie kwasów nukleinowych na odpowiednie nukleotydy. Nukleotydy służą jako elementy budulcowe do odbudowy kwasów nukleinowych lub są całkowicie rozkładane. W procesach inżynierii genetycznej nukleazy restrykcyjne są wykorzystywane jako narzędzia do cięcia molekularnego do ukierunkowanego usuwania niepożądanych sekwencji kwasu nukleinowego.

Edukacja, występowanie, właściwości i optymalne wartości

Rozróżnienie między DNazami i RNazami jest szczególnie ważnym kryterium różnicowania. DNazy rozkładają DNA. Istnieją obojętne i kwaśne DNazy. Obojętne DNazy powstają zwłaszcza w trzustce, wątrobie, osoczu krwi i płytkach krwi. Tam kontrolują rozpad DNA jako część apoptozy.

Degradacja DNA przez obojętną DNazę prowadzi do powstania nukleozydów-5-fosforanów. Aby nie rozbijać materiału genetycznego w niespecyficzny sposób, neutralna DNaza tworzy kompleks z białkiem aktyną. Ten kompleks uważany jest za magazynującą formę nukleazy. Kwaśna DNaza (DNaza II) jest obecna także w trzustce i osoczu krwi, ale także w moczu i mleku matki. Przy pomocy kwaśnej DNazy DNA jest rozszczepiane na nukleozydowe-3-fosforany. RNazy wykazują większą różnorodność. Wiadomo, że u ludzi istnieje około 50 różnych RNaz, z których 9 jest związanych z rzadkimi chorobami dziedzicznymi.

RNazy można z kolei podzielić na egzorybonukleazy i endorybonukleazy, w zależności od tego, czy RNA jest na końcach degradowane, czy rozszczepiane w nici. RNazy pełnią między innymi ważną funkcję w regulacji genów, poprzez specyficzne ograniczenie długości życia tRNA. Wspierają również dostosowaną do potrzeb produkcję nowego RNA. Ponadto, jako część układu odpornościowego, biorą udział w walce z atakującym wirusowym RNA. Do najważniejszych RNaz należą RNaza A, RNaza H, RNaza P, RNaza R i RNaza D. RNaza A specyficznie rozszczepia RNA na podstawie pirymidynowej zasady azotowej, takiej jak uracyl lub cytozyna. Występuje szczególnie w pocie i rozkłada tam wirusy, zanim wnikną do organizmu.

Dlatego często określa się go mianem nukleazy środowiskowej. RNaza H działa niespecyficznie w heterodupleksach DNA-RNA, gdzie rozkłada frakcję RNA. Heterodupleks RNA i DNA to podwójna nić zbudowana z dwóch różnych typów kwasów nukleinowych. RNaza usuwa monomery RNA błędnie wbudowane w DNA i zastępuje je monomerami DNA. RNaza P usuwa prekursor w produkcji tRNA. RNaza R pomaga rozkładać bakteryjne mRNA, a RNaza D jest odpowiedzialna za przetwarzanie tRNA.

Choroby i zaburzenia

Nukleazy to enzymy, których brak lub nieprawidłowe działanie może prowadzić do poważnych dolegliwości fizycznych. Jak już wspomniano, dziewięć RNaz jest związanych z bardzo rzadkimi chorobami dziedzicznymi.

Na przykład, jeśli RNaza H jest niewystarczająco aktywna, występują mutacje, pęknięcia nici i akumulacja sekwencji DNA w RNA. Rozwija się tak zwany zespół Aicardi-Goutières, który objawia się u dzieci napadami gorączki, wymiotami i nerwowością. Niektóre niemowlęta tracą zdolności motoryczne po kilku miesiącach. Wielu pacjentów umiera we wczesnym dzieciństwie. Przyczyną tych objawów są reakcje zapalne, w których pośredniczą reakcje immunologiczne na wzbogacone segmenty DNA w RNA.