Nuclease

Nuclease jsou enzymy, jejichž funkcí je štěpit nukleové kyseliny, jako je ribonukleová kyselina nebo deoxyribonukleová kyselina. Toto se označuje jako úplné nebo částečné štěpení substrátu.

Co jsou nukleázy

Nukleázy jsou obecně zodpovědné za rozklad nukleových kyselin. Nukleová kyselina může být štěpena jak od konců molekul nukleové kyseliny, tak od jejího středu.

Existují také takzvané restrikční nukleázy, které vyřezávají sekvence nukleových kyselin pouze z určitých oblastí. Nukleázy jsou klasifikovány podle různých kritérií. Jedním kritériem je typ nukleové kyseliny (deoxyribonukleová kyselina nebo ribonukleová kyselina). Další kritérium se týká sekundární struktury, jako je dvouvláknová nebo jednovláknová. Pro výběr kritérií je také důležité, zda k degradaci dochází z konců nebo ze středu molekuly. Další otázkou je, kde je místo útoku mezi 5 'a 3' polohami struktury cukru a fosfátu.

Role sekvenčně specifické a nespecifické základní sekvence také plyne do stanovení klasifikačních kritérií. Podle těchto kritérií existují různé klasifikační třídy. Nukleázy lze klasifikovat na exonukleázy, endonukleázy, deoxyribonukleázy a ribonukleázy.

Funkce, efekt a úkoly

Funkce nukleáz jsou různé. Důležitou funkcí je štěpení cizí DNA nebo RNA jak sekvenčně specifických, tak nespecifických. Za tento úkol jsou zodpovědné restrikční endonukleázy.

Rozdělují nukleové kyseliny v určitých bodech od svých konců. Buď jsou odštěpeny podobné sekvence nukleových kyselin nebo vznikají nespecifické sekvence. Restrikční endonukleázy jsou součástí imunitního systému, protože rozkládají cizí nukleové kyseliny. Nespecifické nukleázy jsou často zodpovědné za trávení nukleových kyselin. Během programované buněčné smrti, apoptózy, ale také tráví nukleové kyseliny mrtvých buněk. Hlavní roli zde hraje DNáza, která se vyskytuje zejména v pankreatu, játrech, krevních destičkách a krevní plazmě.

MRNA je ovlivněna přítomností RNáz. Řízené štěpení RNA řídí regulaci genové exprese. Exonukleázy odštěpují jednotlivé molekuly DNA nebo RNA od konců. Sekvence nukleových kyselin je zde irelevantní. Funkce těchto enzymů spočívá v úplném štěpení nukleových kyselin na odpovídající nukleotidy. Nukleotidy slouží buď jako stavební kameny pro přestavbu nukleových kyselin, nebo jsou zcela rozloženy. V procesech genetického inženýrství se restrikční nukleázy používají jako nástroje molekulárního řezání pro cílené odstranění nežádoucích sekvencí nukleových kyselin.

Vzdělávání, výskyt, vlastnosti a optimální hodnoty

Rozlišení mezi DNázami a RNázami je obzvláště důležitým rozlišovacím kritériem. DNázy štěpí DNA. Existují neutrální i kyselé DNázy. Neutrální DNázy se tvoří zejména v pankreatu, játrech, krevní plazmě a krevních destičkách. Tam řídí rozklad DNA v rámci apoptózy.

Degradace DNA pomocí neutrální DNázy vede k tvorbě nukleosid'-5-fosfátů. Aby nedošlo ke specifickému rozkladu genetického materiálu, tvoří neutrální DNáza komplex s proteinovým aktinem. Tento komplex je považován za skladovací formu nukleázy. Kyselina DNáza (DNáza II) je také přítomna v pankreatu a krevní plazmě, ale také v moči a mateřském mléce. Pomocí kyselé DNázy se DNA štěpí na nukleosid´-3-fosfáty. RNázy vykazují větší rozmanitost. U lidí je známo asi 50 různých RNáz, z nichž 9 souvisí se vzácnými dědičnými chorobami.

RNázy mohou být dále rozděleny na exoribonukleázy a endoribonukleázy, v závislosti na tom, zda je RNA na koncích degradována nebo rozdělena v řetězci. RNázy mají mimo jiné důležitou funkci při regulaci genů tím, že specificky omezují životnost tRNA. Podporují také výrobu nové RNA na míru. Kromě toho jsou součástí imunitního systému v boji proti invazi virové RNA. Mezi nejdůležitější RNázy patří RNáza A, RNáza H, RNáza P, RNáza R a RNáza D. RNáza A specificky štěpí RNA podle pyrimidinové dusíkové báze, jako je uracil nebo cytosin. Zejména se vyskytuje v potu a štěpí viry, než mohou proniknout do organismu.

Proto je často označována jako environmentální nukleáza. RNáza H působí nespecificky v heteroduplexech DNA-RNA, kde štěpí frakci RNA. Heteroduplex vyrobený z RNA a DNA je dvouřetězcové vlákno tvořené dvěma různými typy nukleových kyselin. RNáza odstraní RNA monomery omylem zabudované do DNA a nahradí je monomery DNA. RNáza P odstraňuje prekurzor při produkci tRNA. RNáza R pomáhá rozkládat bakteriální mRNA a RNáza D je zodpovědná za zpracování tRNA.

Nemoci a poruchy

Nukleázy jsou enzymy, jejichž nedostatek nebo nesprávná funkce mohou vést k vážným fyzickým potížím. Jak již bylo zmíněno, devět RNáz je spojeno s velmi vzácnými dědičnými chorobami.

Například, pokud je RNáza H nedostatečně aktivní, dochází k mutacím, přerušení vlákna a akumulaci sekvencí DNA v RNA. Rozvíjí se takzvaný Aicardi-Goutièresův syndrom, který se u dětí projevuje jako útoky na horečku, zvracení a chmurnost. Někteří kojenci ztratí motorické schopnosti po několika měsících. Mnoho pacientů umírá v raném dětství. Příčinou těchto příznaků jsou zánětlivé reakce, které jsou zprostředkovány imunitními reakcemi na obohacené segmenty DNA v RNA.