גרעינים: פונקציה ומחלות

גרעינים הם אנזימים שתפקידם להתדרדר חומצות גרעין כמו חומצה ריבונוקלאית or חומצה דאוקסיריבונוקלאית. זה מכונה עיכול מלא או חלקי של המצע.

מה הם גרעינים?

גרעיני גרעין אחראים בדרך כלל להשפלה של חומצות גרעין. בתהליך זה ניתן לחלק את חומצת הגרעין מקצוות חומצת הגרעין מולקולות כמו גם מאמצעיה. ישנם גם מה שמכונה נוקלאזות הגבלה, אשר חותכות רק את רצפי חומצות הגרעין מאזורים מסוימים. גרעינים מסווגים על פי קריטריונים שונים. קריטריון אחד הוא סוג חומצת הגרעין (חומצה דאוקסיריבונוקלאית or חומצה ריבונוקלאית). קריטריון נוסף נוגע למבנה המשני כגון קווצה כפולה או קווצה בודדת. חשוב גם לבחירת הקריטריונים אם ההשפלה מתרחשת מהקצוות או מאמצע המולקולה. השאלה הבאה היא היכן נמצא אתר ההתקפה בין אתר 5 'לאתר 3' של סוכר-פוספט גַרדוֹם. תפקידו של רצף בסיס ספציפי ולא רצוני נכנס גם לקביעת קריטריוני הסיווג. על פי קריטריונים אלה, נוצרים שיעורי סיווג שונים. לפיכך, ניתן לסווג נוקלאזות לאקסונוקליזות, אנדונוקלאזות, דאוקסיריבונוקליזות וריבונוקליזות.

פונקציה, פעולה ומשימות

הפונקציות של גרעינים שונות. תפקיד חשוב אחד הוא ביקוע דנ"א זר או רנ"א גם באופן ספציפי לרצף ולא ספציפי. משימות אנדונוקליזות הגבלה אחראיות למשימה זו. הם מפלגים את חומצות גרעין באתרים ספציפיים הרחק מקצותיו. בתהליך או רצפים דומים של חומצות גרעין מבוקעים או מיוצרים רצפים שאינם ספציפיים. ההגבלות על אנדונוקליזות הן חלק מה- המערכת החיסונית, כשהם משפילים גרעין זר חומצות. נוקלאזות לא ספציפיות אחראיות לעיתים קרובות לעיכול גרעין חומצות. עם זאת, הם גם מעכלים את הגרעין חומצות של תאים מתים במהלך מוות של תאים מתוכנתים, אפופטוזיס. DNase, שנמצא בשפע במיוחד בלבלב, כבד, טסיות ו דם פלזמה, ממלא תפקיד מרכזי בתהליך זה. ה- mRNA מושפע מנוכחותם של RNases. השפלה מבוקרת של RNA שולטת בוויסות של גֵן ביטוי. האקסונוקלאזות משפילות את ה- DNA או ה- RNA האינדיבידואלי מולקולות מהקצוות. כאן, רצף חומצות הגרעין אינו רלוונטי. הפונקציה של אלה אנזימים זה להשפיל לחלוטין את חומצות הגרעין לנוקלאוטידים המתאימים. בתהליך, הנוקליאוטידים משמשים שוב כאבני בניין לבנייה מחודשת של חומצות גרעין או שהם מושפלים לחלוטין. ב הנדסה גנטית נהלים, נוקלאזות הגבלה משמשות ככלי חיתוך מולקולרי להסרה ממוקדת של רצפי חומצות גרעין לא רצויות.

גיבוש, התרחשות, מאפיינים וערכים אופטימליים

ההבחנה בין DNases ל- RNases היא קריטריון הבחנה חשוב במיוחד. DNases משפילים DNA. יש גם DNases ניטראלי וגם חומצי. ה- DNases הנייטרליים מיוצרים במיוחד בלבלב, כבד, דם פלזמה ו טסיות. שם הם שולטים בהשפלת ה- DNA במהלך אפופטוזיס. השפלה של ה- DNA על ידי DNase ניטראלי מובילה להיווצרות של פוספטים נוקלאוזיד'-5. כדי לא להשפיל את החומר הגנטי באופן לא ספציפי, DNase ניטראלי יוצר קומפלקס עם החלבון אקטין. קומפלקס זה נחשב לצורת האחסון של הגרעין. חומצה DNase (DNase II) קיים גם בלבלב דם פלזמה, אך גם בשתן ו חלב אם. בעזרת ה- DNase החומצי, נבדק ה- DNA לפוספטים של nucleoside'-3. RNases מראים מגוון רב יותר. בבני אדם ידועים כ -50 RNases שונים, 9 מהם קשורים למחלות תורשתיות נדירות. RNases ניתן בתורו לחלק exoribonucleases ו endoribonucleases, תלוי אם ה- RNA מושפל מהקצוות או ביקע בתוך הגדיל. בין שאר הפונקציות, RNases ממלאים תפקיד חשוב ב גֵן ויסות על ידי הגבלת ספציפית אורך החיים של tRNA. הם גם מסייעים בייצור של RNA חדש באופן הולם בדיוק. יתר על כן, כמרכיב של המערכת החיסונית, הם מעורבים במאבק עם RNA נגיפי פולש. RNases החשובים ביותר כוללים RNase A, RNase H, RNase P, RNase R ו- RNase D. RNase A מפלג באופן ספציפי RNA על פי פירימידין. חנקן בסיס כמו אורציל או ציטוזין. זה קיים במיוחד בזיעה, שם הוא מתפרק וירוסים לפני שהם יכולים להיכנס לאורגניזם. מסיבה זו מכנים אותה לעיתים קרובות כגרעין סביבתי. RNase H פועל באופן לא ספציפי על heteroduplexes DNA-RNA, משפיל את החלק RNA. הטרודופלקס של RNA ו- DNA הוא גדיל כפול המורכב משני הסוגים השונים של חומצות גרעין. RNase מסיר את מונומי ה- RNA שמשולבים בטעות ב- DNA ומחליף אותם במונומרים של DNA. RNase P מסיר את קודמו לייצור tRNA. RNase R מסייע בפגיעה ב- mRNA חיידקי, ו- RNase D אחראי בחלקו על עיבוד tRNA.

מחלות והפרעות

גרעינים הם אנזימים שהיעדרם או תקלה שלהם יכולים עוֹפֶרֶת למחלות גופניות קשות. כאמור, תשעה RNases קשורים למחלות תורשתיות נדירות מאוד. לדוגמא, פעילות לא מספקת של RNase H מובילה למוטציות, הפסקות גדילים והצטברות של רצפי DNA ב- RNA. התוצאה היא תסמונת Aicardi-Goutières, שכבר מתבטאת בתינוקות בפרקי חום, הקאה וקשקשנות. אצל חלק מהתינוקות אובדן כישורים מוטוריים למדו לאחר מספר חודשים. חולים רבים מתים בשלב מוקדם ילדות. תסמינים אלה נגרמים על ידי תגובות דלקתיות המתווכות על ידי תגובות חיסוניות למקטעי ה- DNA המועשרים ב- RNA.