Endonuclease

Endonucleases so encimi, ki razgrajujejo DNK in RNK, ne da bi jih popolnoma razgradili. Skupina endonuklez obsega različne encime, od katerih vsak deluje na substrat in za delovanje specifičen.

Kaj je endonukleaza?

Endonukleze so različni encimi, ki jih ne najdemo samo v ljudeh, ampak jih najdemo v vsem živem. Spadajo v nadrejeno skupino nukleusov. Endonuclease razgradijo DNA ali RNA, ne da bi jih v celoti cepili.

DNK ali deoksiribonukleinska kislina je zapletena struktura molekul sladkorja (deoksiriboza) in nukleinskih kislin. Za obdelavo DNK endonukleze razbijejo fosfodiestersko vez med posameznimi gradniki. Fosfodiesterska vez drži DNA in RNA skupaj na hrbtenici. Nukleotidi DNK in RNK imajo ostanek fosforne kisline. Nahaja se na sladkorju, katerega osnovna struktura tvori obroč.

Ta obroč ima pet atomov ogljika; Med drugim obstaja skupina OH na atomu ogljika C5, torej kombinacija kisika in vodikovega atoma. Ogljikov atom C5 in OH skupina tvorita ester fosforjeve kisline. Ta ostanek fosforjeve kisline prejme drugo estersko vez, ki je sestavljena iz ogljikovega atoma C3 in pripadajoče OH skupine. Nastala vez je 3'-5'-fosfodiesterska vez.

Funkcija, učinek in naloge

Endonukleaze prispevajo k predelavi DNK in RNK. Nukleinske kisline adenin, timin, gvanin in citozin tvorijo gensko kodo, ki ob dedovanju ne samo prenaša informacije na naslednje generacije, ampak tudi nadzoruje presnovo celic.

Zaporedje različnih nukleinskih kislin v DNK kodira vrstni red, v katerem drugi encimi - tako imenovani ribosomi - povezujejo aminokisline skupaj. Vse beljakovine so sestavljene iz teh verig; zaporedje aminokislin v proteinu je odvisno od zaporedja nukleinskih kislin v DNK - kar posledično določa obliko in funkcionalnost proteina.

Biologija označuje prevod genetskega koda v verige aminokislin kot prevod. Prevod poteka v celicah človeškega telesa zunaj celičnega jedra - DNK se nahaja le znotraj celičnega jedra. Zato mora celica narediti kopijo DNK. Kopija ne uporablja deoksiriboze kot molekule sladkorja, ampak ribozo. Zato je RNA. Proizvodnja RNA se v biologiji imenuje tudi transkripcija in zahteva endonukleaze.

Med prevajanjem morajo različni encimi podaljšati verigo nukleotidov. Delno cepitev z endonukleazami tudi to omogoča. Endonukleaze imajo enako funkcijo tudi pri razmnoževanju, kadar je med delitvijo celic potrebna kopija DNK.

Izobraževanje, pojav, lastnosti in optimalne vrednosti

Kot vsi encimi so tudi endonukleaze beljakovine, ki jih sestavljajo verige aminokislin. Vse aminokisline imajo enako osnovno strukturo: Sestavljene so iz centralnega ogljikovega atoma, na katerega so vezane amino skupina, karboksilna skupina, en sam vodikov atom, α-ogljikov atom in preostala skupina. Ostalo je značilno za vsako aminokislino in določa, v katere interakcije lahko vstopi z drugimi aminokislinami in drugimi snovmi.

Biologija opisuje tudi enodimenzionalno strukturo encimov v obliki njihove aminokislinske verige kot primarno strukturo. V verigi so gube; drugi encimi katalizirajo ta postopek. Prostorski red je stabiliziran z vodikovimi mostovi, ki se tvorijo med posameznimi gradniki. Ta sekundarna struktura se lahko kaže kot α-vijačnica in kot β-list. Sekundarna struktura proteina se še naprej zlaga in dobiva bolj zapletene oblike. Pri tem imajo ključno vlogo interakcije med različnimi ostanki aminokislin.

Na podlagi biokemičnih lastnosti posameznih ostankov se na koncu ustvari terciarna struktura. Le v tej obliki ima protein svoje končne lastnosti, ki so v veliki meri odvisne od prostorske oblike. Pri encimu ta oblika vključuje aktivni center, kjer poteka dejanska encimska reakcija. V primeru endonukliz, aktivno mesto reagira z DNK ali RNA kot substratom.

Bolezni in motnje

Endonukleaze igrajo pomembno vlogo pri popravljanju DNK, saj razbijejo verige. Popravilo je potrebno, če je na primer poškodovana DNK zaradi sevanja ali kemičnih snovi. UV učinek lahko že ima ta učinek.

Povečan odmerek ultravijoličnega sevanja povzroči kopičenje diminskih dimerjev v verigi DNK. Deformirajo DNK in posledično privedejo do motenj v podvojitvi DNK: Encim, ki med odvajanjem odčita DNK, se ne more izogniti deformaciji, ki jo povzročijo diminski dimeri in zato ne more nadaljevati svojega delovanja.

Človeške celice imajo na voljo različne mehanizme popravljanja. Endonukleaze se uporabljajo za popravljanje ekscizij. Specializirana endonukleaza lahko prepozna diminske dimerje in druge poškodbe. Dvakrat prereže prizadeto nit DNK, pred okvaro in po njej. Dimer je odstranjen, vendar ustvari vrzel v kodi. Še en encim, DNA polimeraza, mora nato zapolniti vrzel. Za primerjavo uporablja komplementarno verigo DNK in doda ustrezne bazne pare, dokler se vrzel ne zapolni in poškodovani niz DNK ne bo obnovljen.

Ta popravila niso redka, vendar se pojavljajo večkrat na dan v telesu. Motnje v postopku popravljanja lahko privedejo do različnih motenj, na primer kožne bolezni xeroderma pigmentosum. Pri tej bolezni so prizadeti prekomerno občutljivi na sončno svetlobo, ker celice ne morejo popraviti poškodb zaradi UV žarkov.