Endonukleáza

Endonukleázy jsou enzymy, které štěpí DNA a RNA, aniž by je úplně rozložily. Skupina endonukleáz zahrnuje různé enzymy, z nichž každý pracuje substrátem a způsobem specifickým pro daný účinek.

Co je to endonukleáza?

Endonukleázy jsou různé enzymy, které se nacházejí nejen u lidí, ale nacházejí se ve všech živých věcech. Patří do nadřazené skupiny nukleáz. Endonukleázy degradují DNA nebo RNA, aniž by je zcela štěpily.

DNA nebo kyselina deoxyribonukleová je komplexní struktura molekul cukru (deoxyribóza) a nukleových kyselin. Za účelem zpracování DNA endonukleázy přerušují fosfodiesterovou vazbu mezi jednotlivými stavebními bloky. Fosfodiesterová vazba drží DNA a RNA pohromadě na páteři. Nukleotidy DNA a RNA mají zbytek kyseliny fosforečné. Nachází se na cukru, jehož základní struktura tvoří prsten.

Tento kruh má pět atomů uhlíku; Mimo jiné existuje OH skupina na atomu uhlíku C5, to znamená, kombinace kyslíku a vodíku. Atom uhlíku C5 a skupina OH tvoří ester kyseliny fosforečné. Tento zbytek kyseliny fosforečné dostává druhou esterovou vazbu, která se skládá z atomu uhlíku C3 a přidružené skupiny OH. Výsledná vazba je 3'-5'-fosfodiesterová vazba.

Funkce, efekt a úkoly

Endonukleázy přispívají ke zpracování DNA a RNA. Nukleové kyseliny adenin, thymin, guanin a cytosin tvoří genetický kód, který nejen předává informace další generaci, když je zděděn, ale také řídí metabolismus buněk.

Sekvence různých nukleových kyselin v DNA kóduje pořadí, ve kterém jiné enzymy - tzv. Ribosomy - řetězce aminokyselin dohromady. Všechny proteiny se skládají z těchto řetězců; sekvence aminokyselin v proteinu závisí na sekvenci nukleových kyselin v DNA - což zase určuje tvar a funkčnost proteinu.

Biologie označuje překlad genetického kódu do aminokyselinových řetězců jako překlad. K translaci dochází v buňkách lidského těla mimo buněčné jádro - DNA se nachází pouze uvnitř buněčného jádra. Proto musí buňka vytvořit kopii DNA. Kopie nepoužívá deoxyribózu jako molekulu cukru, ale ribózu. Proto je to RNA. Produkce RNA se také nazývá transkripce v biologii a vyžaduje endonukleázy.

Během translace musí různé enzymy prodlužovat řetězec nukleotidů. To umožňuje také částečné štěpení endonukleázami. Endonukleázy mají také stejnou funkci při replikaci, když je během dělení buněk požadována kopie DNA.

Vzdělávání, výskyt, vlastnosti a optimální hodnoty

Jako všechny enzymy, endonukleázy jsou proteiny, které se skládají z řetězců aminokyselin. Všechny aminokyseliny mají stejnou základní strukturu: Sestávají z centrálního atomu uhlíku, ke kterému jsou připojeny aminoskupina, karboxylová skupina, jediný atom vodíku, atom a-uhlíku a zbytková skupina. Zbytek je charakteristický pro každou aminokyselinu a určuje, ke kterým interakcím může dojít s jinými aminokyselinami a jinými látkami.

Biologie také popisuje primární strukturu jednorozměrné struktury enzymů ve formě jejich aminokyselinového řetězce. Uvnitř řetězu jsou záhyby; jiné enzymy katalyzují tento proces. Prostorové uspořádání je stabilizováno vodíkovými mosty, které se tvoří mezi jednotlivými stavebními bloky. Tato sekundární struktura se může objevit jak a-helix, tak i jako p-list. Sekundární struktura proteinu se i nadále skládá a nabývá složitějších tvarů. Zde hrají klíčovou roli interakce mezi různými aminokyselinovými zbytky.

Na základě biochemických vlastností příslušných zbytků se nakonec vytvoří terciární struktura. Pouze v této formě má protein své konečné vlastnosti, které do značné míry závisí na prostorové formě. V případě enzymu tento tvar zahrnuje aktivní centrum, kde probíhá skutečná enzymatická reakce. V případě endonukleáz reaguje aktivní místo s DNA nebo RNA jako substrátem.

Nemoci a poruchy

Endonukleázy hrají důležitou roli při opravě DNA, protože narušují její řetězce. Oprava je nutná, pokud byla DNA poškozena například radiací nebo chemickými látkami. UV záření již může mít tento účinek.

Zvýšená dávka záření UV-B má za následek akumulaci dimerů tyminu v řetězci DNA. Deformují DNA a následně vedou k narušení zdvojnásobení DNA: Enzym, který během replikace vyčte DNA, nemůže zabránit deformaci způsobené dimery thyminu, a nemůže tedy pokračovat ve své práci.

Lidské buňky mají k dispozici různé opravné mechanismy. Endonukleázy se používají pro excizní opravu. Specializovaná endonukleáza je schopna rozpoznat dimery thyminu a další poškození. Řezá postižené vlákno DNA dvakrát, a to před i po defektu. Dimer je odstraněn, ale vytváří mezeru v kódu. Další enzym, DNA polymeráza, pak musí vyplnit mezeru. Pro srovnání použije komplementární řetězec DNA a přidá odpovídající páry bází, dokud se mezera nezaplní a neobnoví se poškozený řetězec DNA.

Tato oprava není neobvyklá, ale v těle se vyskytuje mnohokrát denně. Poruchy v procesu opravy mohou vést k různým poruchám, například kožnímu onemocnění xeroderma pigmentosum. Při této nemoci jsou postižené osoby příliš citlivé na sluneční světlo, protože buňky nemohou opravit poškození UV.