endonukleaser er enzymer, der nedbryder DNA og RNA uden fuldstændigt at nedbryde dem. Gruppen af endonukleaser omfatter forskellige enzymer, som hver fungerer på et substrat og handlingsspecifik måde.
Hvad er en endonuklease?
Endonukleaser er forskellige enzymer, der ikke kun findes i mennesker, men findes i alle levende ting. De tilhører den superordinære gruppe af nukleaser. Endonukleaser nedbryder DNA eller RNA uden helt at spalte dem.
DNA- eller deoxyribonukleinsyren er en kompleks struktur af sukkermolekyler (deoxyribose) og nukleinsyrer. For at behandle DNA'et bryder endonukleaserne phosphodiesterbindingen mellem de enkelte byggesten. Fosfodiesterbindingen holder DNA og RNA sammen på rygraden. Nukleotiderne af DNA og RNA har en phosphorsyrerest. Det er placeret på sukkeret, hvis grundstruktur danner en ring.
Denne ring har fem carbonatomer; Der er blandt andet en OH-gruppe på carbonatomet C5, det vil sige en kombination af et ilt og et hydrogenatom. Kulstofatomet C5 og OH-gruppen danner en ester af phosphorsyre. Denne phosphorsyrerest får en anden esterbinding, der består af carbonatomet C3 og den tilhørende OH-gruppe. Den resulterende binding er en 3'-5'-phosphodiesterbinding.
Funktion, effekt og opgaver
Endonukleaser bidrager til behandlingen af DNA og RNA. Nukleinsyrerne adenin, thymin, guanin og cytosin danner den genetiske kode, som ikke kun videregiver information til den næste generation, når den er arvet, men også styrer metabolismen af cellerne.
Sekvensen af de forskellige nukleinsyrer i DNA koder i rækkefølgen, hvor andre enzymer - såkaldte ribosomer - kæder aminosyrer. Alle proteiner består af disse kæder; sekvensen af aminosyrerne i et protein afhænger af sekvensen af nukleinsyrerne i DNA - hvilket igen bestemmer proteinets form og funktionalitet.
Biologi refererer til oversættelse af den genetiske kode til aminosyrekæder som translation. Oversættelsen finder sted i cellerne i den menneskelige krop uden for cellekernen - DNA'et er kun placeret inde i cellekernen. Derfor er cellen nødt til at lave en kopi af DNA'et. Kopien bruger ikke deoxyribose som et sukkermolekyle, men ribose. Derfor er det en RNA. Produktionen af RNA kaldes også transkription i biologi og kræver endonukleaser.
Under translation skal forskellige enzymer forlænge kæden af nukleotider. Den delvise spaltning af endonukleaser gør dette også muligt. Endonukleaser har også den samme funktion i replikation, når en kopi af DNA er påkrævet under celledeling.
Uddannelse, forekomst, egenskaber & optimale værdier
Som alle enzymer er endonukleaser proteiner, der består af kæder af aminosyrer. Alle aminosyrer har den samme basistruktur: De består af et centralt carbonatom, hvortil der er knyttet en aminogruppe, en carboxylgruppe, et enkelt hydrogenatom, et α-carbonatom og en restgruppe. Resten er karakteristisk for hver aminosyre og bestemmer, hvilke interaktioner den kan indgå med andre aminosyrer og andre stoffer.
Biologi beskriver også den en-dimensionelle struktur af enzymerne i form af deres aminosyrekæde som den primære struktur. Der er fold i kæden; andre enzymer katalyserer denne proces. Den rumlige orden stabiliseres af brintbroer, der dannes mellem de enkelte byggesten. Denne sekundære struktur kan optræde både som en a-helix og som et β-ark. Proteinets sekundære struktur fortsætter med at foldes og antages mere komplekse former. Interaktionerne mellem de forskellige aminosyrerester spiller en afgørende rolle her.
Baseret på de biokemiske egenskaber af de respektive rester dannes den tertiære struktur i sidste ende. Kun i denne form har proteinet sine endelige egenskaber, der i vid udstrækning afhænger af den rumlige form. I tilfælde af et enzym inkluderer denne form det aktive center, hvor den egentlige enzymreaktion finder sted. I tilfælde af endonukleaser reagerer det aktive sted med DNA eller RNA som et substrat.
Sygdomme og lidelser
Endonukleaser spiller en vigtig rolle i reparation af DNA, når de bryder dets kæder. Reparation er nødvendig, hvis DNA for eksempel er blevet beskadiget af stråling eller kemiske stoffer. UV-lys kan allerede have denne effekt.
En forøget dosis UV-B-stråling resulterer i en ophobning af thymindimerer i DNA-strengen. De deformerer DNA'et og fører derefter til forstyrrelser i fordoblingen af DNA'et: Enzymet, der aflæser DNA'et under replikation, kan ikke undgå deformation forårsaget af thymindimerer og kan derfor ikke fortsætte sit arbejde.
Humane celler har forskellige reparationsmekanismer til rådighed. Endonukleaser bruges til excisionsreparation. En specialiseret endonuklease er i stand til at genkende thymindimerer og andre skader. Det skærer den berørte DNA-streng to gange, både før og efter defekten. Dimeren fjernes, men det skaber et hul i koden. Et andet enzym, DNA-polymerase, skal derefter udfylde kløften. Til sammenligning bruger hun den komplementære DNA-streng og tilføjer de tilsvarende basepar, indtil mellemrummet er fyldt, og den beskadigede DNA-streng gendannes.
Denne reparation er ikke ualmindelig, men forekommer mange gange om dagen i kroppen. Forstyrrelser i reparationsprocessen kan føre til forskellige lidelser, for eksempel hudsygdommen xeroderma pigmentosum. Med denne sygdom er de berørte alt for følsomme over for sollys, fordi cellerne ikke kan reparere UV-skader.
