nukleázy

nukleázy sú enzýmy, ktorých funkciou je štiepiť nukleové kyseliny, ako je ribonukleová kyselina alebo deoxyribonukleová kyselina. Toto sa označuje ako úplné alebo čiastočné štiepenie substrátu.

Čo sú nukleázy

Nukleázy sú všeobecne zodpovedné za rozklad nukleových kyselín. Nukleová kyselina sa môže štiepiť tak z koncov molekúl nukleovej kyseliny, ako aj z jej stredu.

Existujú tiež takzvané reštrikčné nukleázy, ktoré vyrezávajú sekvencie nukleových kyselín iba z určitých oblastí. Nukleázy sa klasifikujú podľa rôznych kritérií. Jedným kritériom je typ nukleovej kyseliny (kyselina deoxyribonukleová alebo kyselina ribonukleová). Ďalšie kritérium sa týka sekundárnej štruktúry, ako je dvojvláknový alebo jednovláknový. Pre výber kritérií je tiež dôležité, či k degradácii dochádza z koncov alebo zo stredu molekuly. Ďalšou otázkou je, kde je miesto útoku umiestnené medzi 5 'a 3' umiestnením štruktúry cukru a fosfátu.

Úloha sekvenčne špecifickej a nešpecifickej bázovej sekvencie tiež vyplýva z určenia klasifikačných kritérií. Podľa týchto kritérií existujú rôzne triedy klasifikácie. Nukleázy možno rozdeliť na exonukleázy, endonukleázy, deoxyribonukleázy a ribonukleázy.

Funkcia, účinok a úlohy

Funkcie nukleáz sú rôzne. Dôležitou funkciou je štiepenie cudzej DNA alebo RNA tak sekvenčne, ako aj nešpecifických. Za túto úlohu sú zodpovedné reštrikčné endonukleázy.

Rozdeľujú nukleové kyseliny v určitých bodoch od svojich koncov. Buď sú oddelené podobné sekvencie nukleových kyselín alebo vznikajú nešpecifické sekvencie. Reštrikčné endonukleázy sú súčasťou imunitného systému, pretože štiepia cudzie nukleové kyseliny. Nešpecifické nukleázy sú často zodpovedné za trávenie nukleových kyselín. Tiež však trávia nukleové kyseliny mŕtvych buniek počas programovanej bunkovej smrti, apoptózy. Hlavnú úlohu tu hrá DNáza, ktorá sa vyskytuje najmä v pankrease, pečeni, krvných doštičkách a krvnej plazme.

MRNA je ovplyvnená prítomnosťou RNáz. Kontrolované rozdelenie RNA riadi reguláciu génovej expresie. Exonukleázy oddeľujú jednotlivé molekuly DNA alebo RNA od koncov. Sekvencia nukleových kyselín je tu irelevantná. Funkciou týchto enzýmov je úplne rozložiť nukleové kyseliny na zodpovedajúce nukleotidy. Nukleotidy slúžia buď ako stavebné kamene na prestavbu nukleových kyselín alebo sú úplne rozložené. V procesoch genetického inžinierstva sa restrikčné nukleázy používajú ako nástroje molekulárneho rezania na cielené odstránenie nežiaducich sekvencií nukleových kyselín.

Vzdelávanie, výskyt, vlastnosti a optimálne hodnoty

Rozlišovanie medzi DNázami a RNázami je obzvlášť dôležitým diferenciačným kritériom. DNázy štiepia DNA. Existujú neutrálne aj kyslé DNázy. Neutrálne DNázy sa tvoria najmä v pankrease, pečeni, krvnej plazme a krvných doštičkách. Tam riadia rozklad DNA ako súčasť apoptózy.

Degradácia DNA pomocou neutrálnej DNázy vedie k tvorbe nukleozid-5-fosfátov. Aby sa nešpecificky rozložil genetický materiál, tvorí neutrálna DNáza komplex s proteínovým aktínom. Tento komplex sa považuje za skladovaciu formu nukleázy. Kyslá DNáza (DNáza II) je tiež prítomná v pankrease a krvnej plazme, ale tiež v moči a materskom mlieku. Pomocou kyslej DNázy sa DNA rozdelí na nukleozid´-3-fosfáty. RNázy vykazujú väčšiu rozmanitosť. U ľudí je známych asi 50 rôznych RNáz, z ktorých 9 sa týka zriedkavých dedičných chorôb.

RNázy sa môžu ďalej deliť na exoribonukleázy a endoribonukleázy, v závislosti od toho, či je RNA na koncoch degradovaná alebo rozdelená v rámci reťazca. RNázy majú okrem iného dôležitú funkciu v génovej regulácii tým, že špecificky obmedzujú životnosť tRNA. Podporujú tiež výrobu novej RNA na mieru. Ďalej sú súčasťou imunitného systému v boji proti napadnutiu vírusovou RNA. Medzi najdôležitejšie RNázy patrí RNáza A, RNáza H, RNáza P, RNáza R a RNáza D. RNáza A špecificky štiepi RNA podľa pyrimidínovej dusíkovej bázy, ako je uracil alebo cytozín. Obzvlášť sa vyskytuje v pote a rozkladá tam vírusy skôr, ako môžu preniknúť do organizmu.

Preto sa často označuje ako environmentálna nukleáza. RNáza H pôsobí nešpecificky v heteroduplexoch DNA-RNA, kde štiepi RNA frakciu. Heteroduplex RNA a DNA je dvojvláknový reťazec pozostávajúci z dvoch rôznych typov nukleových kyselín. RNáza mylne zabuduje do DNA monoméry RNA a nahradí ich monomérmi DNA. RNáza P odstraňuje prekurzor pri produkcii tRNA. RNáza R pomáha štiepiť bakteriálnu mRNA a RNáza D je zodpovedná za spracovanie tRNA.

Choroby a poruchy

Nukleázy sú enzýmy, ktorých nedostatok alebo porucha môžu viesť k vážnym fyzickým ťažkostiam. Ako už bolo uvedené, deväť RNáz je spojených s veľmi zriedkavými dedičnými chorobami.

Napríklad, ak je RNáza H nedostatočne aktívna, dochádza k mutáciám, prerušeniam vlákna a akumulácii DNA sekvencií v RNA. Vyvíja sa tzv. Aicardi-Goutièresov syndróm, ktorý sa prejavuje u detí ako záchvaty horúčky, zvracania a nemravnosti. Niektoré deti stratia svoje motorické schopnosti po niekoľkých mesiacoch. Mnoho pacientov zomiera v ranom detstve. Príčinou týchto symptómov sú zápalové reakcie, ktoré sú sprostredkované imunitnými reakciami na obohatené segmenty DNA v RNA.