Endonucleasen zijn enzymen die DNA en RNA afbreken zonder ze volledig te splitsen. De groep endonucleasen omvat verschillende enzymen, die elk substraat- en actiespecifiek zijn.
Wat is een endonuclease?
Endonucleasen zijn divers enzymen die niet uniek zijn voor mensen, maar in alle levende wezens worden aangetroffen. Ze behoren tot de bovengeschikte groep van nucleasen. Endonucleasen breken DNA of RNA af zonder het volledig te splitsen. DNA of desoxyribonucleïnezuur is een complexe structuur van suiker moleculen (deoxyribose) en nucleïnezuren Om DNA te verwerken, verbreken endonucleasen de fosfodiësterbinding tussen de afzonderlijke bouwstenen. De fosfodiësterbinding houdt het DNA en RNA bij elkaar in de ruggengraat. De nucleotiden van DNA en RNA hebben een fosforzuur residu. Het is gelegen aan de suiker, waarvan de ruggengraat een ring vormt. Deze ring heeft er vijf carbon atomen; onder andere een OH-groep, dwz een verbinding van een zuurstof en waterstof atom, bevindt zich op carbon atoom C5. De carbon atoom C5 en de OH-groep vormen een ester of fosforzuur. Deze fosforzuur residu krijgt een seconde ester binding, die bestaat uit het koolstofatoom C3 en de overeenkomstige OH-groep. De resulterende binding vertegenwoordigt een 3′-5 ′ fosfodiësterbinding.
Functie, actie en rollen
Endonucleasen dragen bij aan de verwerking van DNA en RNA. De nucleïnezuren adenine, thymine, guanine en cytosine vormen de genetische code, die niet alleen informatie doorgeeft aan de volgende generatie tijdens de overerving, maar ook het celmetabolisme regelt. De volgorde van de verschillende nucleïnezuren in het DNA codeert de volgorde waarin andere enzymen - bekend als ribosomen - ketting aminozuren samen. Alle eiwitten bestaan uit deze kettingen; dienovereenkomstig, de volgorde van aminozuren in een eiwit hangt af van de volgorde van nucleïnezuren in het DNA - die op zijn beurt de vorm en functie van het eiwit bepaalt. Biologie verwijst naar de vertaling van de genetische code in aminozuurketens als vertaling. Vertaling vindt plaats in de cellen van het menselijk lichaam buiten de celkern - maar het DNA bevindt zich uitsluitend in de celkern. Daarom moet de cel een kopie van het DNA maken. De suiker molecuul dat in de kopie wordt gebruikt, is niet deoxyribose, maar ribose Daarom is het een RNA. In de biologie wordt de productie van RNA ook wel transcriptie genoemd en zijn endonucleasen vereist. Tijdens de translatie moeten verschillende enzymen de keten van nucleotiden verlengen. Gedeeltelijke splitsing door endonucleasen maakt dit ook mogelijk. Endonucleasen hebben ook dezelfde functie bij replicatie, wanneer een kopie van DNA vereist is als onderdeel van celdeling.
Vorming, voorkomen, eigenschappen en optimale niveaus
Endonucleasen zijn dat, net als alle enzymen eiwitten samengesteld uit ketens van aminozuren Allemaal amino zuren hebben dezelfde basisstructuur: ze bestaan uit een centraal koolstofatoom waaraan een aminogroep, een carboxylgroep, een enkele waterstof atoom, een α-koolstofatoom en een restgroep zijn bevestigd. Het residu is kenmerkend voor elk aminozuur en bepaalt welke interacties het kan zich vormen met andere aminozuren zuren en andere stoffen. De eendimensionale structuur van enzymen in de vorm van hun aminozuurketen wordt in de biologie ook wel primaire structuur genoemd. Vouwen komen voor in de ketting; andere enzymen katalyseren dit proces. De ruimtelijke ordening wordt gestabiliseerd door waterstof bindingen die ontstaan tussen de individuele bouwstenen. Deze secundaire structuur kan verschijnen als zowel een α-helix als een β-vouw. De secundaire structuur van het eiwit vouwt verder en neemt complexere vormen aan. Hier de interacties tussen de verschillende aminozuurresiduen spelen de cruciale rol. Vanwege biochemische eigenschappen van de respectieve residuen, komt de tertiaire structuur uiteindelijk naar voren. Alleen in deze vorm heeft het eiwit zijn uiteindelijke eigenschappen, die in hoge mate afhangen van zijn ruimtelijke vorm. In het geval van een enzym omvat deze vorm de actieve plaats, waar de eigenlijke enzymreactie plaatsvindt. Bij endonucleasen reageert de actieve plaats met DNA of RNA als substraat.
Ziekten en aandoeningen
Endonucleasen spelen een belangrijke rol bij het herstel van DNA door de ketens af te breken. Reparatie is nodig als het DNA is beschadigd door bijvoorbeeld straling of chemische stoffen, zelfs UV-licht kan dit effect hebben. Een toegenomen dosis van UV-B-straling resulteert in de ophoping van thyminedimeren in de DNA-streng. Ze vervormen het DNA en vervolgens leiden tot verstoringen in de duplicatie van het DNA: het enzym dat het DNA uitleest tijdens replicatie kan niet voorbij de vervorming komen die wordt veroorzaakt door thyminedimeren en kan daarom zijn werk niet voortzetten. Menselijke cellen hebben verschillende herstelmechanismen. Excisieherstel omvat het gebruik van endonucleasen. Een gespecialiseerd endonuclease kan thyminedimeren en andere schade herkennen. Het snijdt de aangetaste DNA-streng tweemaal, zowel voor als na de defecte plaats. Hoewel dit het dimeer verwijdert, creëert het een gat in de code. Een ander enzym, DNA-polymerase, moet dan de leemte opvullen. Ter vergelijking: het maakt gebruik van de complementaire DNA-streng en voegt de juiste basenparen toe totdat het gat is gevuld en de beschadigde DNA-streng is hersteld. Deze reparatie is niet zeldzaam, maar komt vele malen per dag in het lichaam voor. Storingen in het reparatieproces kunnen leiden voor verschillende aandoeningen, bijvoorbeeld de huid ziekte xeroderma pigmentosum Bij deze ziekte zijn getroffen individuen overdreven gevoelig voor zonlicht omdat de cellen de UV-schade niet kunnen herstellen.
