Nukleázy sú enzýmy ktorých funkciou je degradácia nukleové kyseliny ako kyselina ribonukleová or deoxyribonukleová kyselina. Toto sa označuje ako úplné alebo čiastočné strávenie substrátu.
Čo sú to nukleázy?
Za degradáciu sú zodpovedné nukleázy nukleové kyseliny. V tomto procese môže byť nukleová kyselina degradovaná z koncov nukleovej kyseliny molekuly ako aj z jeho stredu. Existujú aj takzvané reštrikčné nukleázy, ktoré štiepia sekvencie nukleových kyselín iba z určitých oblastí. Nukleázy sú klasifikované podľa rôznych kritérií. Jedným kritériom je typ nukleovej kyseliny (deoxyribonukleová kyselina or kyselina ribonukleová). Ďalšie kritérium sa týka sekundárnej štruktúry, ako je dvojvláknová alebo jednovláknová. Je tiež dôležité pre výber kritérií, či k degradácii dôjde z koncov alebo zo stredu molekuly. Ďalšou otázkou je, kde sa miesto útoku nachádza medzi 5 ′ a 3 ′ miestom cukor-fosfát lešenie. Úloha sekvenčne špecifickej a nešpecifickej základnej sekvencie tiež vstupuje do určovania klasifikačných kritérií. Podľa týchto kritérií vznikajú rôzne klasifikačné triedy. Nukleázy teda možno klasifikovať na exonukleázy, endonukleázy, deoxyribonukleázy a ribonukleázy.
Funkcia, činnosť a úlohy
Funkcie nukleáz sú rôzne. Jednou dôležitou funkciou je štiepenie cudzej DNA alebo RNA sekvenčne špecifickým aj nešpecifickým spôsobom. Za túto úlohu sú zodpovedné reštrikčné endonukleázy. Štiepia nukleové kyseliny na konkrétnych miestach ďaleko od jeho koncov. V tomto procese sa štiepia buď podobné sekvencie nukleovej kyseliny, alebo sa vytvárajú nešpecifické sekvencie. Reštrikčné endonukleázy sú súčasťou imunitný systém, pretože degradujú cudziu nukleovú kyselinu kyseliny. Nešpecifické nukleázy sú často zodpovedné za trávenie nukleovej kyseliny kyseliny. Trávia však aj nukleovú kyseliny mŕtvych buniek počas programovanej bunkovej smrti, apoptózy. DNáza, ktorá je obzvlášť bohatá na pankreas, pečeň, doštičky a krv plazma, hrá v tomto procese hlavnú úlohu. MRNA je ovplyvnená prítomnosťou RNáz. Riadená degradácia RNA riadi reguláciu gen výraz. Exonukleázy degradujú individuálnu DNA alebo RNA molekuly z koncov. Tu je sekvencia nukleovej kyseliny irelevantná. Funkcia týchto enzýmy znamená úplnú degradáciu nukleových kyselín na zodpovedajúce nukleotidy. V tomto procese nukleotidy slúžia buď opäť ako stavebné kamene pre obnovenú konštrukciu nukleových kyselín, alebo sú úplne degradované. V genetické inžinierstvo postupy, reštrikčné nukleázy sa používajú ako nástroje na rezanie molekúl na cielené odstránenie nežiaducich sekvencií nukleových kyselín.
Vznik, výskyt, vlastnosti a optimálne hodnoty
Rozdiel medzi DNázami a RNázami je obzvlášť dôležitým rozlišovacím kritériom. DNázy degradujú DNA. Existujú neutrálne aj kyslé DNázy. Neutrálne DNázy sa produkujú najmä v pankrease, pečeň, krv plazma a doštičky. Tam riadia degradáciu DNA v priebehu apoptózy. Degradácia DNA neutrálnou DNázou vedie k tvorbe nukleozid'-5 fosfátov. Aby sa nešpecificky nerozložil genetický materiál, tvorí neutrálna DNáza komplex s proteínovým aktínom. Tento komplex sa považuje za skladovaciu formu nukleázy. Kyselinová DNáza (DNáza II) je tiež prítomná v pankrease a krv plazme, ale aj v moči a materské mlieko. Pomocou kyslej DNázy sa DNA štiepi na nukleozid-3-fosfáty. RNázy vykazujú väčšiu rozmanitosť. U ľudí je známych asi 50 rôznych RNáz, z ktorých 9 je spojených so zriedkavými dedičnými chorobami. RNázy môžu byť následne rozdelené na exoribonukleázy a endoribonukleázy, v závislosti od toho, či je RNA degradovaná z koncov alebo štiepená vo vnútri vlákna. Medzi inými funkciami hrajú RNázy dôležitú úlohu v gen regulácia špecifickým obmedzením životnosti tRNA. Pomáhajú tiež pri výrobe novej RNA presne zapadajúcim spôsobom. Ďalej ako súčasť imunitný systémsú zapojené do boja proti inváznej vírusovej RNA. Medzi najdôležitejšie RNázy patria RNáza A, RNáza H, RNáza P, RNáza R a RNáza D. RNáza A špecificky štiepi RNA podľa pyrimidínu dusík báza, ako je uracil alebo cytozín. Je obzvlášť prítomný v potu, kde sa rozkladá vírusy skôr, ako sa dostanú do organizmu. Z tohto dôvodu sa často označuje ako ekologická nukleáza. RNáza H pôsobí nešpecificky na heteroduplexy DNA-RNA a degraduje časť RNA. Heteroduplex RNA a DNA je dvojvlákno zložené z dvoch rôznych typov nukleových kyselín. RNáza odstraňuje RNA monoméry, ktoré sú omylom zabudované do DNA, a nahrádza ich monomérmi DNA. RNáza P odstraňuje prekurzor produkcie tRNA. RNáza R pomáha odbúravať bakteriálnu mRNA a RNáza D je čiastočne zodpovedná za spracovanie tRNA.
Choroby a poruchy
Nukleázy sú enzýmy ktorých neprítomnosť alebo nefunkčnosť môžu viesť na vážne fyzické choroby. Ako už bolo spomenuté, deväť RNáz je spojené s veľmi zriedkavými dedičnými chorobami. Napríklad nedostatočná aktivita RNázy H vedie k mutáciám, zlomom vlákien a hromadeniu sekvencií DNA v RNA. Výsledkom je takzvaný Aicardi-Goutièresov syndróm, ktorý sa už u dojčiat prejavuje horúčkovitými epizódami, zvracanie a vrtkavosť. U niektorých kojencov sa naučená motorika po niekoľkých mesiacoch opäť stratí. Mnoho pacientov zomiera skoro detstva. Tieto príznaky sú spôsobené zápalovými reakciami sprostredkovanými imunitnými odpoveďami na obohatené segmenty DNA v RNA.
