Nucleasen

Nucleasen zijn enzymen waarvan de functie is om nucleïnezuren af ​​te breken, zoals ribonucleïnezuur of deoxyribonucleïnezuur. Dit wordt volledige of gedeeltelijke vertering van het substraat genoemd.

Wat zijn nucleasen

Nucleasen zijn over het algemeen verantwoordelijk voor de afbraak van nucleïnezuren. Het nucleïnezuur kan zowel vanaf de uiteinden van de nucleïnezuurmoleculen als vanuit het midden worden afgebroken.

Er zijn ook zogenaamde restrictienucleasen, die nucleïnezuursequenties alleen uit bepaalde regio's verwijderen. De nucleasen worden geclassificeerd volgens verschillende criteria. Een criterium is het type nucleïnezuur (deoxyribonucleïnezuur of ribonucleïnezuur). Een ander criterium betreft de secundaire structuur zoals dubbelstrengs of enkelstrengs. Voor de selectie van de criteria is het ook belangrijk of de afbraak plaatsvindt vanaf de uiteinden of vanuit het midden van het molecuul. De volgende vraag is waar de aanvalslocatie zich bevindt tussen de 5 'en 3' locaties van de suikerfosfaatstructuur.

De rol van de sequentiespecifieke en niet-specifieke basensequentie speelt ook een rol bij het bepalen van de classificatiecriteria. Volgens deze criteria zijn er verschillende classificatieklassen. De nucleasen kunnen worden ingedeeld in exonucleasen, endonucleasen, deoxyribonucleasen en ribonucleasen.

Functie, effect en taken

De functies van de nucleasen zijn divers. Een belangrijke functie is om vreemd DNA of RNA te splitsen, zowel sequentiespecifiek als niet-specifiek. De restrictie-endonucleasen zijn verantwoordelijk voor deze taak.

Ze splitsen de nucleïnezuren op bepaalde punten weg van de uiteinden. Ofwel vergelijkbare nucleïnezuursequenties worden afgesplitst of er ontstaan ​​niet-specifieke sequenties. De restrictie-endonucleasen maken deel uit van het immuunsysteem omdat ze vreemde nucleïnezuren afbreken. Niet-specifieke nucleasen zijn vaak verantwoordelijk voor de vertering van nucleïnezuren. Ze verteren echter ook de nucleïnezuren van de dode cellen tijdens geprogrammeerde celdood, apoptose. DNase, dat vooral voorkomt in de pancreas, lever, bloedplaatjes en bloedplasma, speelt hier een grote rol.

Het mRNA wordt beïnvloed door de aanwezigheid van RNases. De gecontroleerde afbraak van RNA regelt de regulatie van genexpressie. De exonucleasen breken de individuele DNA- of RNA-moleculen vanaf de uiteinden af. De nucleïnezuursequentie is hier niet relevant. De functie van deze enzymen is om de nucleïnezuren volledig af te breken tot de overeenkomstige nucleotiden. De nucleotiden dienen óf als bouwstenen voor de heropbouw van nucleïnezuren, óf ze worden volledig afgebroken. In genetische manipulatieprocessen worden restrictienucleasen gebruikt als moleculaire snijgereedschappen voor de gerichte verwijdering van ongewenste nucleïnezuursequenties.

Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden

Het onderscheid tussen DNases en RNases is een bijzonder belangrijk differentiatiecriterium. DNases breken DNA af. Er zijn zowel neutrale als zure DNases. De neutrale DNases worden vooral gevormd in de alvleesklier, lever, bloedplasma en bloedplaatjes. Daar controleren ze de afbraak van DNA als onderdeel van apoptose.

De afbraak van het DNA door middel van neutraal DNase leidt tot de vorming van nucleoside'-5-fosfaten. Om het genetisch materiaal niet onspecifiek af te breken, vormt het neutrale DNase een complex met het eiwit actine. Dit complex wordt beschouwd als een opslagvorm van het nuclease. Zuur DNase (DNase II) komt ook voor in de alvleesklier en bloedplasma, maar ook in urine en moedermelk. Met behulp van het zure DNase wordt het DNA opgesplitst in nucleoside´-3-fosfaten. De RNases vertonen een grotere variëteit. Bij de mens zijn ongeveer 50 verschillende RNases bekend, waarvan er 9 verband houden met zeldzame erfelijke ziekten.

De RNases kunnen op hun beurt worden onderverdeeld in exoribonucleasen en endoribonucleasen, afhankelijk van of het RNA aan de uiteinden wordt afgebroken of binnen de streng wordt gespleten. De RNases hebben onder andere een belangrijke functie bij genregulatie door specifiek de levensduur van tRNA te beperken. Ze ondersteunen ook de productie van nieuw RNA op maat. Bovendien zijn ze als onderdeel van het immuunsysteem betrokken bij de strijd tegen binnendringend viraal RNA. De belangrijkste RNases omvatten RNase A, RNase H, RNase P, RNase R en RNase D. RNase A splitst specifiek het RNA volgens een pyrimidinestikstofbasis zoals uracil of cytosine. Het wordt vooral in zweet aangetroffen en breekt daar virussen af ​​voordat ze het organisme kunnen binnendringen.

Daarom wordt het vaak een omgevingsnuclease genoemd. RNase H werkt niet-specifiek in DNA-RNA-heteroduplexen, waar het de RNA-fractie afbreekt. Een heteroduplex van RNA en DNA is een dubbele streng die bestaat uit de twee verschillende soorten nucleïnezuren. RNase verwijdert de RNA-monomeren die per ongeluk in het DNA zijn ingebouwd en vervangt ze door DNA-monomeren. RNase P verwijdert de precursor bij de productie van tRNA. RNase R helpt bij het afbreken van bacterieel mRNA en RNase D is verantwoordelijk voor het verwerken van tRNA.

Ziekten en aandoeningen

Nucleasen zijn enzymen waarvan het uitblijven of slecht functioneren tot ernstige lichamelijke klachten kan leiden. Zoals eerder vermeld, zijn negen RNases geassocieerd met zeer zeldzame erfelijke ziekten.

Als RNase H bijvoorbeeld onvoldoende actief is, treden mutaties, strengbreuken en de ophoping van DNA-sequenties in het RNA op. Het zogenaamde Aicardi-Goutières-syndroom ontwikkelt zich, dat zich bij de kinderen manifesteert als koortsaanvallen, braken en onrust. Sommige baby's verliezen hun motorische vaardigheden na een paar maanden. Veel patiënten sterven in de vroege kinderjaren. De oorzaak van deze symptomen zijn ontstekingsreacties die worden gemedieerd door immuunreacties op de verrijkte DNA-segmenten in het RNA.