Nucleases so encimi, katerih funkcija je razgradnja nukleinskih kislin, kot so ribonukleinska kislina ali deoksiribonukleinska kislina. Temu rečemo popolna ali delna prebava substrata.
Kaj so nuklusi
Nukleaze so na splošno odgovorne za razgradnjo nukleinskih kislin. Nukleinsko kislino lahko razgradimo tako s koncev molekul nukleinske kisline kot iz njenega središča.
Obstajajo tudi tako imenovane restrikcijske nukleoze, ki sekvenco nukleinskih kislin izrežejo samo iz določenih regij. Nukleasi so razvrščeni po različnih merilih. Eno merilo je vrsta nukleinske kisline (deoksiribonukleinska kislina ali ribonukleinska kislina). Drugo merilo se nanaša na sekundarno strukturo, kot sta dvojna ali enojna nit. Pomembno je tudi za izbiro meril, ali razgradnja poteka s koncev ali s sredine molekule. Naslednje vprašanje je, kje je mesto napada med 5 'in 3' položaji sladkorno-fosfatne strukture.
Vloga zaporedja, značilnega za zaporedje in nespecifičnega osnovnega zaporedja, se pretaka tudi pri določanju meril za razvrščanje. Po teh merilih obstajajo različni razvrstitveni razredi. Nukleaze lahko razvrstimo v eksonokleleze, endonukleze, deoksiribonukleze in ribonukleze.
Funkcija, učinek in naloge
Funkcije nukleusov so raznolike. Pomembna funkcija je cepljenje tuje DNK ali RNK, ki so značilne za zaporedje in nespecifične. Za to nalogo so odgovorni restrikcijski endonukleazi.
Nukleinske kisline delijo na določenih točkah stran od njenih koncev. Podobne sekvence nukleinske kisline se cepijo ali pa se pojavijo nespecifične sekvence. Omejevalni endonuklezi so del imunskega sistema, ker razgrajujejo tuje nukleinske kisline. Nespecifične nukleaze so pogosto odgovorne za prebavo nukleinskih kislin. Vendar pa prebavijo tudi nukleinske kisline mrtvih celic med programirano celično smrtjo, apoptozo. Tu igra glavno vlogo DNaza, ki se pojavlja zlasti v trebušni slinavki, jetrih, trombocitih in krvni plazmi.
Na mRNA vpliva prisotnost RNaz. Nadzorovana razčlenitev RNA nadzoruje regulacijo izražanja genov. Eksonukleaze razgrajujejo posamezne molekule DNA ali RNA s koncev. Zaporedje nukleinske kisline tukaj ni pomembno. Funkcija teh encimov je, da popolnoma razgradijo nukleinske kisline na ustrezne nukleotide. Nukleotidi so bodisi gradniki za obnovo nukleinskih kislin ali pa so razgrajeni v celoti. V procesu genskega inženiringa se restrikcijska nukleaza uporablja kot molekularno rezalno orodje za ciljno odstranjevanje neželenih sekvenc nukleinske kisline.
Izobraževanje, pojav, lastnosti in optimalne vrednosti
Razlikovanje med DNazami in RNazami je še posebej pomembno merilo diferenciacije. DNaze razgrajujejo DNK. Obstajajo tako nevtralne kot kisle DNaze. Nevtralne DNaze nastajajo zlasti v trebušni slinavki, jetrih, krvni plazmi in trombocitih. Tam nadzorujejo razgradnjo DNK kot del apoptoze.
Razgradnja DNK z nevtralno DNazo vodi do nastanka nukleozid'-5-fosfatov. Da se genetski material ne bi natančno razgradil, nevtralna DNaza tvori kompleks z beljakovinskim aktinom. Ta kompleks velja za shranjevalno obliko nukleusa. Kisla DNNA (DNaza II) je prisotna tudi v trebušni slinavki in krvni plazmi, lahko pa tudi v urinu in materinem mleku. S pomočjo kisle DNaze se DNK razdeli na nukleozid-3-fosfate. RNases kažejo večjo raznolikost. Pri ljudeh je znano, da obstaja približno 50 različnih RNaz, od katerih je 9 povezanih z redkimi dednimi boleznimi.
RNaze lahko razdelimo na eksoribonukleze in endoribonukleze, odvisno od tega, ali je RNA razgrajena na koncih ali razdeljena znotraj niti. Med drugim imajo RNaze pomembno vlogo pri regulaciji genov s specifičnim omejevanjem življenjske dobe tRNA. Prav tako podpirajo izdelavo novih RNA po meri. Poleg tega so kot del imunskega sistema vključeni v boj proti invazivni virusni RNA. Najpomembnejše RNaze vključujejo RNazo A, RNazo H, RNazo P, RNazo R in RNazo D. RNaza A posebej razdeli RNK v skladu z dušikovo bazo pirimidina, kot sta uracil ali citozin. Zlasti ga najdemo v znoju in tam razgradijo viruse, preden lahko prodrejo v organizem.
Zato ga pogosto označujejo kot okolju prijazno okolje. RNaza H nespecifično deluje na heteroduplekse DNA-RNA, kjer razgradi del RNA. Heterodupleks iz RNA in DNK je dvojni pramen, sestavljen iz dveh različnih vrst nukleinskih kislin. RNase odstrani monomere RNA, ki so pomotoma vgrajeni v DNK, in jih nadomesti z monomeri DNA. RNase P odstrani prekurzor v proizvodnji tRNA. RNase R pomaga razgraditi bakterijsko mRNA, RNase D pa je odgovorna za predelavo tRNA.
Bolezni in motnje
Nukleaze so encimi, katerih pomanjkanje ali nepravilno delovanje lahko privede do resnih fizičnih pritožb. Kot smo že omenili, je devet RNaz povezanih z zelo redkimi dednimi boleznimi.
Na primer, če je RNase H nezadostno aktivna, pride do mutacij, prekinitev pramenov in kopičenja zaporedja DNK v RNA. Razvija se tako imenovani sindrom Aicardi-Goutières, ki se pri otrocih že izrazi kot napadi vročine, bruhanja in fidgety. Nekateri dojenčki po nekaj mesecih spet izgubijo naučene motorične sposobnosti. Veliko bolnikov umre v zgodnjem otroštvu. Vzrok za te simptome so vnetne reakcije, ki jih posredujejo imunske reakcije na obogatene segmente DNK v RNK.
