Endonukleaza

Endonukleazy to enzymy, które rozkładają DNA i RNA bez ich całkowitego rozkładu. Grupa endonukleaz obejmuje różne enzymy, z których każdy działa w sposób specyficzny dla substratu i działania.

Co to jest endonukleaza?

Endonukleazy to różne enzymy, które występują nie tylko u ludzi, ale we wszystkich żywych organizmach. Należą do nadrzędnej grupy nukleaz. Endonukleazy degradują DNA lub RNA bez ich całkowitego rozszczepiania.

DNA lub kwas dezoksyrybonukleinowy to złożona struktura cząsteczek cukru (dezoksyryboza) i kwasów nukleinowych. W celu przetworzenia DNA endonukleazy przerywają wiązanie fosfodiestrowe między poszczególnymi elementami budulcowymi. Wiązanie fosfodiestrowe utrzymuje razem DNA i RNA na szkielecie. Nukleotydy DNA i RNA zawierają resztę kwasu fosforowego. Znajduje się na cukrze, którego podstawowa struktura tworzy pierścień.

Ten pierścień ma pięć atomów węgla; Między innymi na atomie węgla C5 znajduje się grupa OH, czyli połączenie atomu tlenu i wodoru. Atom węgla C5 i grupa OH tworzą ester kwasu fosforowego. Ta reszta kwasu fosforowego otrzymuje drugie wiązanie estrowe, które składa się z atomu węgla C3 i związanej z nim grupy OH. Powstałe wiązanie jest wiązaniem 3'-5'-fosfodiestrowym.

Funkcja, efekt i zadania

Endonukleazy przyczyniają się do przetwarzania DNA i RNA. Kwasy nukleinowe adenina, tymina, guanina i cytozyna tworzą kod genetyczny, który nie tylko przekazuje informację następnemu pokoleniu, gdy jest dziedziczona, ale także kontroluje metabolizm komórek.

Sekwencja różnych kwasów nukleinowych w DNA koduje kolejność, w jakiej inne enzymy - tak zwane rybosomy - łączą razem aminokwasy. Wszystkie białka składają się z tych łańcuchów; sekwencja aminokwasów w białku zależy od sekwencji kwasów nukleinowych w DNA - która z kolei determinuje kształt i funkcjonalność białka.

Biologia odnosi się do translacji kodu genetycznego na łańcuchy aminokwasów jako translacji. Translacja zachodzi w komórkach ludzkiego ciała poza jądrem komórkowym - DNA znajduje się tylko wewnątrz jądra komórkowego. Dlatego komórka musi wykonać kopię DNA. Kopia nie wykorzystuje dezoksyrybozy jako cząsteczki cukru, ale rybozę. Dlatego jest to RNA. Produkcja RNA jest również nazywana w biologii transkrypcją i wymaga endonukleaz.

Podczas translacji różne enzymy muszą wydłużać łańcuch nukleotydów. Umożliwia to również częściowe rozszczepienie przez endonukleazy. Endonukleazy pełnią również tę samą funkcję w replikacji, gdy podczas podziału komórki wymagana jest kopia DNA.

Edukacja, występowanie, właściwości i optymalne wartości

Podobnie jak wszystkie enzymy, endonukleazy to białka składające się z łańcuchów aminokwasów. Wszystkie aminokwasy mają tę samą podstawową strukturę: składają się z centralnego atomu węgla, do którego jest przyłączona grupa aminowa, grupa karboksylowa, pojedynczy atom wodoru, atom węgla α i grupa resztkowa. Reszta jest charakterystyczna dla każdego aminokwasu i określa, jakie interakcje może on wchodzić z innymi aminokwasami i innymi substancjami.

Biologia opisuje również jednowymiarową strukturę enzymów w postaci ich łańcucha aminokwasowego jako strukturę pierwotną. W łańcuchu są fałdy; inne enzymy katalizują ten proces. Porządek przestrzenny jest stabilizowany przez mostki wodorowe, które tworzą się pomiędzy poszczególnymi elementami budulcowymi. Ta drugorzędowa struktura może pojawiać się zarówno jako α-helisa, jak i jako β-arkusz. Drugorzędowa struktura białka nadal się fałduje i przyjmuje bardziej złożone kształty. Kluczową rolę odgrywają tutaj interakcje między różnymi resztami aminokwasów.

W oparciu o właściwości biochemiczne odpowiednich reszt ostatecznie tworzy się struktura trzeciorzędowa. Tylko w tej postaci białko ma swoje ostateczne właściwości, które w dużej mierze zależą od formy przestrzennej. W przypadku enzymu kształt ten obejmuje centrum aktywne, w którym zachodzi właściwa reakcja enzymatyczna. W przypadku endonukleaz miejsce aktywne reaguje z DNA lub RNA jako substratem.

Choroby i zaburzenia

Endonukleazy odgrywają ważną rolę w naprawie DNA, ponieważ przerywają jego łańcuchy. Naprawa jest konieczna, jeśli DNA zostało uszkodzone na przykład przez promieniowanie lub substancje chemiczne. Światło UV może już wywołać ten efekt.

Zwiększona dawka promieniowania UV-B skutkuje nagromadzeniem dimerów tyminy w nici DNA. Deformują DNA, a następnie prowadzą do zaburzeń w podwajaniu DNA: Enzym odczytujący DNA podczas replikacji nie może uniknąć deformacji spowodowanej przez dimery tyminy i dlatego nie może kontynuować swojej pracy.

Komórki ludzkie dysponują różnymi mechanizmami naprawczymi. Endonukleazy są używane do naprawy przez wycięcie. Specjalistyczna endonukleaza jest w stanie rozpoznać dimery tyminy i inne uszkodzenia. Dwukrotnie przecina dotkniętą nić DNA, zarówno przed, jak i po defekcie. Dimer jest usuwany, ale tworzy lukę w kodzie. Kolejny enzym, polimeraza DNA, musi wypełnić lukę. Dla porównania używa komplementarnej nici DNA i dodaje odpowiednie pary zasad, aż luka zostanie wypełniona, a uszkodzona nić DNA zostanie przywrócona.

Ta naprawa nie jest rzadkością, ale występuje wiele razy dziennie w organizmie. Zakłócenia w procesie naprawy mogą prowadzić do różnych schorzeń, np. Choroby skóry xeroderma pigmentosum. W przypadku tej choroby osoby nią dotknięte są nadmiernie wrażliwe na światło słoneczne, ponieważ komórki nie są w stanie naprawić uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem UV.