Endonuclease

Endonucleasen zijn enzymen die DNA en RNA afbreken zonder ze volledig af te breken. De groep endonucleasen omvat verschillende enzymen, die elk op een substraat- en actiespecifieke manier werken.

Wat is een endonuclease?

Endonucleasen zijn verschillende enzymen die niet alleen bij mensen worden aangetroffen, maar ook in alle levende wezens. Ze behoren tot de bovengeschikte groep van nucleasen. Endonucleasen breken DNA of RNA af zonder ze volledig te splitsen.

Het DNA of deoxyribonucleïnezuur is een complexe structuur van suikermoleculen (deoxyribose) en nucleïnezuren. Om het DNA te verwerken, verbreken de endonucleasen de fosfodiësterbinding tussen de afzonderlijke bouwstenen. De fosfodiësterbinding houdt het DNA en RNA bij elkaar op de ruggengraat. De nucleotiden van DNA en RNA hebben een fosforzuurresidu. Het bevindt zich op de suiker, waarvan de basisstructuur een ring vormt.

Deze ring heeft vijf koolstofatomen; Er is onder andere een OH-groep op het koolstofatoom C5, dat wil zeggen een combinatie van een zuurstof- en een waterstofatoom. Het koolstofatoom C5 en de OH-groep vormen een ester van fosforzuur. Dit fosforzuurresidu krijgt een tweede esterbinding, die bestaat uit het koolstofatoom C3 en de bijbehorende OH-groep. De resulterende binding is een 3'-5'-fosfodiësterbinding.

Functie, effect en taken

Endonucleasen dragen bij aan de verwerking van DNA en RNA. De nucleïnezuren adenine, thymine, guanine en cytosine vormen de genetische code, die niet alleen informatie doorgeeft aan de volgende generatie wanneer deze wordt overgeërfd, maar ook het metabolisme van de cellen regelt.

De volgorde van de verschillende nucleïnezuren in DNA codeert de volgorde waarin andere enzymen - de zogenaamde ribosomen - aminozuren aan elkaar ketenen. Alle eiwitten bestaan ​​uit deze ketens; de volgorde van de aminozuren in een eiwit hangt af van de volgorde van de nucleïnezuren in het DNA - die op zijn beurt de vorm en functionaliteit van het eiwit bepaalt.

Biologie verwijst naar de vertaling van de genetische code in aminozuurketens als vertaling. De vertaling vindt plaats in de cellen van het menselijk lichaam buiten de celkern - het DNA bevindt zich alleen binnen de celkern. Daarom moet de cel een kopie van het DNA maken. De kopie gebruikt geen deoxyribose als suikermolecuul, maar ribose. Daarom is het een RNA. De productie van RNA wordt in de biologie ook wel transcriptie genoemd en vereist endonucleasen.

Tijdens translatie moeten verschillende enzymen de keten van nucleotiden verlengen. Ook de gedeeltelijke splitsing door endonucleasen maakt dit mogelijk. Endonucleasen hebben ook dezelfde functie bij replicatie wanneer een kopie van het DNA vereist is tijdens celdeling.

Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden

Zoals alle enzymen zijn endonucleasen eiwitten die bestaan ​​uit ketens van aminozuren. Alle aminozuren hebben dezelfde basisstructuur: ze bestaan ​​uit een centraal koolstofatoom waaraan een aminogroep, een carboxylgroep, een enkel waterstofatoom, een α-koolstofatoom en een restgroep zijn gehecht. De rest is kenmerkend voor elk aminozuur en bepaalt welke interacties het kan aangaan met andere aminozuren en andere stoffen.

Biologie beschrijft ook de eendimensionale structuur van de enzymen in de vorm van hun aminozuurketen als de primaire structuur. Er zijn plooien in de ketting; andere enzymen katalyseren dit proces. De ruimtelijke ordening wordt gestabiliseerd door waterstofbruggen die zich vormen tussen de afzonderlijke bouwstenen. Deze secundaire structuur kan zowel verschijnen als een α-helix als als een β-plaat. De secundaire structuur van het eiwit blijft zich vouwen en complexere vormen aannemen. Hierbij spelen de interacties tussen de verschillende aminozuurresiduen een cruciale rol.

Op basis van de biochemische eigenschappen van de respectievelijke residuen, wordt uiteindelijk de tertiaire structuur gecreëerd. Alleen in deze vorm heeft het eiwit zijn uiteindelijke eigenschappen, die grotendeels afhankelijk zijn van de ruimtelijke vorm. In het geval van een enzym omvat deze vorm het actieve centrum waar de eigenlijke enzymreactie plaatsvindt. In het geval van endonucleasen reageert de actieve site met DNA of RNA als substraat.

Ziekten en aandoeningen

Endonucleasen spelen een belangrijke rol bij het repareren van DNA omdat ze de ketens breken. De reparatie is nodig als het DNA is beschadigd door bijvoorbeeld straling of chemische stoffen. UV-licht kan dit effect al hebben.

Een verhoogde dosis UV-B-straling resulteert in een ophoping van thyminedimeren in de DNA-streng. Ze vervormen het DNA en leiden vervolgens tot verstoringen in de verdubbeling van het DNA: het enzym dat bij replicatie het DNA uitleest, kan de vervorming door thyminedimeren niet vermijden en kan daarom zijn werk niet voortzetten.

Menselijke cellen beschikken over verschillende herstelmechanismen. Endonucleasen worden gebruikt voor excisieherstel. Een gespecialiseerd endonuclease is in staat thyminedimeren en andere beschadigingen te herkennen. Het snijdt de aangetaste DNA-streng tweemaal, zowel voor als na het defect. Het dimeer wordt verwijderd, maar het creëert een gat in de code. Een ander enzym, DNA-polymerase, moet dan het gat opvullen. Ter vergelijking: ze gebruikt de complementaire DNA-streng en voegt de overeenkomstige basenparen toe totdat het gat is gevuld en de beschadigde DNA-streng is hersteld.

Deze reparatie is niet ongebruikelijk, maar komt vele malen per dag in het lichaam voor. Storingen in het herstelproces kunnen tot verschillende aandoeningen leiden, bijvoorbeeld de huidziekte xeroderma pigmentosum. Bij deze ziekte zijn de getroffenen overdreven gevoelig voor zonlicht omdat de cellen UV-schade niet kunnen herstellen.