אנדונוקלאז: פונקציה ומחלות

אנדו גרעינים הם אנזימים שמשפילים את ה- DNA וה- RNA מבלי לנתק אותם לחלוטין. קבוצת האנדונוקליזות כוללת כמה אנזימים, שכל אחד מהם ספציפי למצע ולפעולה.

מהו אנדונוקלאז?

אנדו גרעינים שונים אנזימים שאינם ייחודיים לבני אדם אך נמצאים בכל היצורים החיים. הם שייכים לקבוצת הגרעינים העל. אנדו גרעינים משפילים את ה- DNA או ה- RNA מבלי לנתק אותו לחלוטין. DNA או חומצה דאוקסיריבונוקלאית הוא מבנה מורכב של סוכר מולקולות (deoxyribose) ו חומצות גרעין. כדי לעבד DNA, אנדונוקליזות שוברות את הקשר הפוספודיאסטר בין אבני הבניין האישיות. הקשר הפוספודיסטר מחזיק את ה- DNA וה- RNA בעמוד השדרה. לנוקלאוטידים של DNA ו- RNA יש חומצה זרחתית מִשׁקָע. הוא ממוקם על סוכר, שעמוד השדרה שלה יוצר טבעת. הטבעת הזו כוללת חמש פַּחמָן אטומים; בין היתר, קבוצת OH, כלומר תרכובת של חמצן וכן הידרוגנציה אטום, ממוקם ב פַּחמָן אטום C5. ה פַּחמָן אטום C5 וקבוצת OH יוצרים אסתר of חומצה זרחתית. זֶה חומצה זרחתית שאריות משיגות שנייה אסתר קשר, המורכב מאטום הפחמן C3 וקבוצת ה- OH המתאימה. הקשר שנוצר מייצג קשר פוספודיאסטר 3'-5 '.

פונקציה, פעולה ותפקידים

אנדו גרעינים תורמים לעיבוד ה- DNA וה- RNA. ה חומצות גרעין אדנין, תימין, גואנין וציטוזין יוצרים את הקוד הגנטי, שלא רק מעביר מידע לדור הבא במהלך הירושה אלא גם שולט בחילוף החומרים בתאים. רצף השונים חומצות גרעין ב- DNA מקודד את הסדר שבו אנזימים אחרים - המכונים ריבוזומים - שרשרת חומצות אמינו יַחַד. את כל חלבונים מורכבים משרשראות אלה; בהתאם, הרצף של חומצות אמינו בחלבון תלוי ברצף של חומצות גרעין ב- DNA - אשר בתורו קובע את צורתו ותפקודו של החלבון. ביולוגיה מתייחסת לתרגום של הקוד הגנטי לשרשראות חומצות אמינו כתרגום. התרגום מתרחש בתאי גוף האדם שמחוץ לגרעין התא - אך ה- DNA ממוקם אך ורק בתוך גרעין התא. לכן, על התא ליצור העתק של ה- DNA. ה סוכר המולקולה המשמשת בעותק אינה דאוקסיריבוז, אלא ריבוז. לכן זהו RNA. בביולוגיה, ייצור RNA נקרא גם תעתיק ודורש אנדונוקליזות. במהלך התרגום, אנזימים שונים חייבים להאריך את שרשרת הנוקלאוטידים. מחשוף חלקי על ידי אנדונוקליזות גם מאפשר זאת. לאנדונוקלאזות יש את אותה פונקציה בשכפול, כאשר נדרש העתק של DNA כחלק מחלוקת התאים.

גיבוש, התרחשות, תכונות ורמות אופטימליות

אנדו גרעינים, כמו כל האנזימים, הם חלבונים מורכב משרשראות של חומצות אמינו. הכל אמינו חומצות בעלי מבנה בסיסי זהה: הם מורכבים מאטום פחמן מרכזי שאליו קבוצת אמינו, קבוצת קרבוקסיל, יחיד הידרוגנציה אטום, אטום α- פחמן וקבוצת שאריות מחוברים. השאריות אופייניות לכל חומצת אמינו וקובעת איזו יחסי גומלין זה יכול להיווצר עם אמינו אחר חומצות וחומרים אחרים. המבנה החד-ממדי של האנזימים בצורת שרשרת חומצות האמינו שלהם נקרא גם מבנה ראשוני בביולוגיה. קיפולים מתרחשים בתוך השרשרת; אנזימים אחרים מזרזים את התהליך הזה. הסדר המרחבי מתייצב על ידי הידרוגנציה קשרים הנוצרים בין אבני הבניין הבודדות. מבנה משני זה יכול להופיע גם כ- α- סליל וגם כ- β. המבנה המשני של החלבון מתקפל עוד ומקבל צורות מורכבות יותר. הנה ה יחסי גומלין בין שאריות חומצות האמינו השונות משחקות את התפקיד המכריע. בשל המאפיינים הביוכימיים של השאריות המתאימות, סוף סוף מופיע המבנה השלישוני. רק בצורה זו יש לחלבון את המאפיינים הסופיים שלו, שתלויים במידה רבה בצורתו המרחבית. במקרה של אנזים, צורה זו כוללת את האתר הפעיל, בו מתרחשת תגובת האנזים בפועל. במקרה של אנדונוקליזות, האתר הפעיל מגיב עם DNA או RNA כמצע.

מחלות והפרעות

לאנדונוקליזות תפקיד חשוב בתיקון ה- DNA על ידי פירוק שרשראותיו. תיקון הוא הכרחי כאשר DNA נפגע מקרינה או מחומרים כימיים, למשל. גם לאור UV יכול להיות השפעה זו. מוגדל מנה של קרינת UV-B גורמת להצטברות של דימרי תימין בגדיל ה- DNA. הם מעוותים את ה- DNA ובהמשך עוֹפֶרֶת לשיבושים בשכפול ה- DNA: האנזים הקורא את ה- DNA במהלך השכפול אינו יכול לעבור את הדפורמציה הנגרמת על ידי דימרי תימין ולכן אינו יכול להמשיך בעבודתו. לתאים אנושיים יש מנגנוני תיקון שונים. תיקון כריתה כולל שימוש באנדונוקליזות. אנדונוקלאז מתמחה מסוגל לזהות דימרים של תימין ונזקים אחרים. זה חותך את גדיל ה- DNA המושפע פעמיים, לפני האתר הפגום וגם אחריו. למרות שזה מסיר את הדימר, זה יוצר פער בקוד. אנזים אחר, פולימראז DNA, חייב למלא את החסר. לשם השוואה, היא מסתמכת על גדיל ה- DNA המשלים ומוסיפה את זוגות הבסיס המתאימים עד למילוי הפער ושיקום גדיל ה- DNA הפגוע. תיקון זה אינו נדיר, אך מתרחש פעמים רבות ביום בגוף. הפרעות בתהליך התיקון יכולות עוֹפֶרֶת להפרעות שונות, למשל עור מחלה xeroderma pigmentosum. במחלה זו, אנשים מושפעים רגישים מדי לאור שמש מכיוון שהתאים אינם מסוגלים לתקן נזקי UV.