Nukleaze so encimi katerih naloga je razgraditi nukleinska kislina kot ribonukleinska kislina or deoksiribonukleinska kislina. To se imenuje popolna ali delna prebava substrata.
Kaj so nukleaze?
Nukleaze so na splošno odgovorne za razgradnjo nukleinska kislina. V tem procesu se lahko nukleinska kislina razgradi s koncev nukleinske kisline molekule pa tudi od njegove sredine. Obstajajo tudi tako imenovane restrikcijske nukleaze, ki le odrezajo zaporedja nukleinskih kislin iz določenih regij. Nukleaze so razvrščene po različnih kriterijih. Eno merilo je vrsta nukleinske kisline (deoksiribonukleinska kislina or ribonukleinska kislina). Drugo merilo se nanaša na sekundarno strukturo, kot je dvojna ali enojna veriga. Za izbiro kriterijev je pomembno tudi, ali pride do razgradnje s koncev ali iz sredine molekule. Naslednje vprašanje je, kje je mesto napada med 5 ′ in 3 ′ mestom sladkorja-fosfat oder. Vloga zaporedja specifičnega in nespecifičnega osnovnega zaporedja prav tako prispeva k določanju meril za razvrščanje. V skladu s temi merili nastanejo različni klasifikacijski razredi. Tako lahko nukleaze razvrstimo v eksonukleaze, endonukleaze, deoksiribonukleaze in ribonukleaze.
Funkcija, dejanje in naloge
Funkcije nukleaz so raznolike. Ena pomembnih funkcij je cepljenje tuje DNA ali RNA tako na zaporedju specifičen kot nespecifičen način. Za to nalogo so odgovorni omejevalni endonukleazi. Sečejo nukleinska kislina na določenih mestih stran od njegovih koncev. V postopku se razcepijo podobna zaporedja nukleinskih kislin ali pa se ustvarijo nespecifična zaporedja. Omejitveni endonukleazi so del imunski sistem, saj razgrajujejo tuje nukleinske kisline. Nespecifične nukleaze so pogosto odgovorne za prebavo nukleinskih kisline. Prebavijo pa tudi nuklein kisline odmrlih celic med programirano celično smrtjo, apoptozo. DNaza, ki je še posebej bogata v trebušni slinavki, jetra, trombociti in kri plazme, igra glavno vlogo v tem procesu. Na mRNA vpliva prisotnost RNaz. Nadzorovana razgradnja RNA nadzoruje regulacijo gen izraz. Eksonukleaze razgradijo posamezno DNA ali RNA molekule od koncev. Tu zaporedje nukleinske kisline ni pomembno. Funkcija teh encimi je popolna razgradnja nukleinskih kislin v ustrezne nukleotide. V tem procesu nukleotidi bodisi spet služijo kot gradniki za obnovljeno gradnjo nukleinskih kislin ali pa se popolnoma razgradijo. V genski inženiring V postopkih se restrikcijske nukleaze uporabljajo kot orodja za molekularno rezanje za ciljno odstranjevanje neželenih zaporedij nukleinskih kislin.
Nastanek, pojav, lastnosti in optimalne vrednosti
Razlikovanje med DNazami in RNazami je še posebej pomembno razlikovalno merilo. DNaze razgrajujejo DNA. Obstajajo nevtralne in kisle DNaze. Nevtralne DNaze nastajajo zlasti v trebušni slinavki, jetra, kri plazme in trombociti. Tam nadzorujejo razgradnjo DNA v času apoptoze. Razgradnja DNA z nevtralno DNazo vodi do tvorbe nukleozid'-5 fosfatov. Da genetski material ne bi razgradil specifično, nevtralna DNaza tvori kompleks z beljakovino aktinom. Ta kompleks velja za shranjevalno obliko nukleaze. Kislinska DNaza (DNaza II) je prisotna tudi v trebušni slinavki in kri plazmi, pa tudi v urinu in Materino mleko. S pomočjo kisle DNaze se DNA cepi v nukleozid'-3 fosfate. RNaze kažejo večjo raznolikost. Pri ljudeh je znanih približno 50 različnih RNaz, od katerih je 9 povezanih z redkimi dednimi boleznimi. RNaze lahko nato razdelimo na eksoribonukleaze in endoribonukleaze, odvisno od tega, ali se RNA razgradi s koncev ali cepi znotraj verige. Med drugimi funkcijami imajo RNaze pomembno vlogo pri gen regulacija s posebnim omejevanjem življenjske dobe tRNA. Prav tako pomagajo pri proizvodnji nove RNA na natančen način. Poleg tega je kot sestavni del imunski sistem, so vključeni v boj proti napadalcem virusne RNA. Najpomembnejše RNaze vključujejo RNazo A, RNazo H, RNazo P, RNazo R in RNazo D. RNaza A posebej cepi RNA glede na pirimidin dušik baze, kot sta uracil ali citozin. Še posebej je prisoten v znoju, kjer se razgradi virusi preden lahko vstopijo v organizem. Iz tega razloga ga pogosto imenujemo tudi okoljska nukleaza. RNaza H deluje nespecifično na heteroduplekse DNA-RNA in razgrajuje del RNA. Heteroduplex RNA in DNA je dvojni sklop, sestavljen iz dveh različnih vrst nukleinskih kislin. RNaza odstrani RNK monomere, ki so pomotoma vključeni v DNA, in jih nadomesti z monomeri DNA. RNaza P odstrani predhodnik v proizvodnji tRNA. RNaza R pomaga razgraditi bakterijsko mRNA, RNaza D pa je delno odgovorna za obdelavo tRNA.
Bolezni in motnje
Nukleaze so encimi katerih odsotnost ali okvara lahko vodi do resnih fizičnih bolezni. Kot smo že omenili, je devet RNaz povezanih z zelo redkimi dednimi boleznimi. Na primer, nezadostna aktivnost RNaze H vodi do mutacij, prelomov verig in kopičenja sekvenc DNA v RNA. Posledica je tako imenovani Aicardi-Goutièresov sindrom, ki se pri dojenčkih že kaže v vročinskih epizodah, bruhanje in vznemirjenost. Pri nekaterih dojenčkih se naučene motorične sposobnosti po nekaj mesecih spet izgubijo. Veliko bolnikov umre zgodaj otroštvo. Te simptome povzročajo vnetne reakcije, ki jih posredujejo imunski odzivi na obogatene segmente DNA v RNA.
