Endonukleaasid on ensüümid, mis lagundavad DNA ja RNA neid täielikult lagundamata. Endonukleaaside rühm koosneb erinevatest ensüümidest, millest igaüks toimib substraadil ja toiminguspetsiifilisel viisil.
Mis on endonukleaas?
Endonukleaasid on mitmesugused ensüümid, mida ei leidu mitte ainult inimestes, vaid neid leidub kõigis elusas olendites. Nad kuuluvad nukleaaside superordinaarsesse rühma. Endonukleaasid lagundavad DNA-d või RNA-d neid täielikult lõhustamata.
DNA ehk desoksüribonukleiinhape on suhkru molekulide (desoksüriboosi) ja nukleiinhapete keeruline struktuur. DNA töötlemiseks lõhustavad endonukleaasid fosfodiestersideme üksikute ehitusplokkide vahel. Fosfodiesterside hoiab DNA-d ja RNA-d selgroos koos. DNA ja RNA nukleotiididel on fosforhappe jääk. See asub suhkru peal, mille põhistruktuur moodustab rõnga.
Sellel ringil on viis süsinikuaatomit; Muu hulgas on süsinikuaatomil C5 OH-rühm, see tähendab hapniku ja vesinikuaatomi kombinatsioon. C5 süsinikuaatom ja OH-rühm moodustavad fosforhappe estri. See fosforhappejääk saab teise estersideme, mis koosneb süsinikuaatomist C3 ja sellega seotud OH-rühmast. Saadud sidemeks on 3'-5'-fosfodiesterside.
Funktsioon, mõju ja ülesanded
Endonukleaasid aitavad kaasa DNA ja RNA töötlemisele. Nukleiinhapped adeniin, tümiin, guaniin ja tsütosiin moodustavad geneetilise koodi, mis mitte ainult ei päranda teavet järgmisele põlvkonnale, vaid kontrollib ka rakkude ainevahetust.
Erinevate nukleiinhapete järjestus DNA-s kodeerib järjestust, milles teised ensüümid - niinimetatud ribosoomid - aheldavad aminohappeid koos. Kõik valgud koosnevad neist ahelatest; valgu aminohapete järjestus sõltub DNA nukleiinhapete järjestusest - see omakorda määrab valgu kuju ja funktsionaalsuse.
Bioloogia viitab geneetilise koodi translatsioonile aminohapete ahelatesse. Translatsioon toimub inimkeha rakkudes väljaspool rakutuuma - DNA asub ainult rakutuumas. Seetõttu peab rakk tegema DNA koopia. Koopia ei kasuta suhkru molekulina desoksüribose, vaid riboosi. Seetõttu on see RNA. RNA tootmist nimetatakse bioloogias ka transkriptsiooniks ja see nõuab endonukleaase.
Translatsiooni ajal peavad erinevad ensüümid pikendama nukleotiidide ahelat. Selle võimaldab ka osaline lõhustamine endonukleaaside poolt. Endonukleaasidel on sama funktsioon ka replikatsioonil, kui rakkude jagunemise ajal on vaja DNA koopiat.
Haridus, esinemine, omadused ja optimaalsed väärtused
Nagu kõik ensüümid, on ka endonukleaasid valgud, mis koosnevad aminohapete ahelatest. Kõigil aminohapetel on sama põhistruktuur: Need koosnevad tsentraalsest süsinikuaatomist, millega on seotud aminorühm, karboksüülrühm, üksik vesinikuaatom, a-süsinikuaatom ja jäägrühm. Ülejäänud on iseloomulik igale aminohappele ja see määrab, milliseid interaktsioone see võib teiste aminohapete ja muude ainetega sõlmida.
Bioloogia kirjeldab primaarstruktuurina ka ensüümide ühemõõtmelist struktuuri nende aminohapete ahela kujul. Ahelas on voldid; teised ensüümid katalüüsivad seda protsessi. Ruumilist järjekorda stabiliseerivad vesiniksillad, mis moodustuvad üksikute ehitusplokkide vahel. See sekundaarne struktuur võib esineda nii α-spiraali kui β-lehena. Valgu sekundaarstruktuur voldib jätkuvalt ja võtab keerukamaid kujundeid. Erinevate aminohappejääkide vastastikmõjud mängivad siin üliolulist rolli.
Vastavate jääkide biokeemiliste omaduste põhjal luuakse lõpuks tertsiaarne struktuur. Ainult sellisel kujul on valgul lõplikud omadused, mis sõltuvad suuresti ruumilisest vormist. Ensüümi puhul hõlmab see kuju aktiivset tsentrit, kus toimub ensüümi tegelik reaktsioon. Endonukleaaside korral reageerib aktiivne sait substraadina DNA või RNA-ga.
Haigused ja häired
Endonukleaasid mängivad olulist rolli DNA parandamisel, kuna need murravad selle ahelaid. Remont on vajalik juhul, kui DNA on kahjustatud näiteks kiirguse või keemiliste ainete poolt. UV-valgus võib seda mõju juba avaldada.
Suurenenud UV-B kiirguse annus põhjustab tümiini dimeeride kogunemise DNA ahelasse. Need deformeerivad DNA ja põhjustavad seejärel häireid DNA kahekordistumises: Ensüüm, mis DNA replikatsiooni ajal loeb, ei suuda vältida tümiini dimeeride põhjustatud deformatsiooni ja ei saa seetõttu oma tööd jätkata.
Inimese rakkudel on mitmesuguseid parandamismehhanisme. Endonukleaase kasutatakse ekstsisiooniparanduseks. Spetsialiseeritud endonukleaas suudab ära tunda tümiini dimeere ja muid kahjustusi. See lõikab mõjutatud DNA ahela kaks korda, nii enne kui ka pärast defekti. Dimmeer eemaldatakse, kuid see loob koodis tühiku. Seejärel peab tühimiku täitma teine ensüüm, DNA polümeraas. Võrdluseks kasutab ta komplementaarset DNA ahelat ja lisab vastavad aluspaarid, kuni tühimik on täidetud ja kahjustatud DNA ahel taastatakse.
See parandus pole haruldane, kuid toimub kehas mitu korda päevas. Parandusprotsessi häired võivad põhjustada mitmesuguseid häireid, näiteks nahahaigust xeroderma pigmentosum. Selle haigusega on mõjutatud isikud päikesevalguse suhtes liiga tundlikud, kuna rakud ei suuda UV-kahjustusi parandada.
