Nukleaasid on ensüümide kelle ülesanne on alandada nukleiinhapped nagu ribonukleiinhape or desoksüribonukleiinhape. Seda nimetatakse substraadi täielikuks või osaliseks lagundamiseks.
Mis on nukleaasid?
Nukleaasid on tavaliselt vastutavad degradatsiooni eest nukleiinhapped. Selles protsessis saab nukleiinhapet lagundada nukleiinhappe otstest molekulid samuti selle keskelt. Samuti on olemas nn restriktsiooni nukleaasid, mis lõikavad ainult teatud piirkondadest pärit nukleiinhappejärjestusi. Nukleaasid klassifitseeritakse vastavalt erinevatele kriteeriumidele. Üks kriteerium on nukleiinhappe tüüp (desoksüribonukleiinhape or ribonukleiinhape). Teine kriteerium puudutab sekundaarset struktuuri, nagu topelt- või üheahelaline. Kriteeriumide valimisel on oluline ka see, kas lagunemine toimub molekuli otstest või keskelt. Järgmine küsimus on see, kus asub rünnakukoht 5 'ja 3' saidi vahel suhkur-fosfaat tellingud. Jaotusspetsiifilise ja mittespetsiifilise alusjärjestuse roll on seotud ka klassifitseerimiskriteeriumide määramisega. Nende kriteeriumide järgi saadakse erinevad klassifikatsiooniklassid. Seega saab nukleaase liigitada eksonukleaasideks, endonukleaasideks, deoksüribonukleaasideks ja ribonukleaasideks.
Funktsioon, tegevus ja ülesanded
Nukleaaside funktsioonid on erinevad. Üks oluline ülesanne on lõhustada võõras DNA või RNA nii järjestusespetsiifiliselt kui ka mittespetsiifiliselt. Selle ülesande eest vastutavad piiravad endonukleaasid. Nad lõhestavad nukleiinhapped kindlates kohtades selle otstest eemal. Selle käigus lõhustatakse kas sarnased nukleiinhappejärjestused või toodetakse mittespetsiifilisi järjestusi. Piiravad endonukleaasid on osa immuunsüsteemi, kuna need lagundavad võõrast nukleiini happed. Mittespetsiifilised nukleaasid vastutavad sageli nukleiinide seedimise eest happed. Kuid nad seedivad ka nukleiini happed surnud rakkude programmeeritud rakusurma, apoptoosi ajal. DNaas, mida on eriti palju kõhunäärmes, maks, vereliistakute ja veri plasma, mängib selles protsessis suurt rolli. MRNA-d mõjutab RNaaside olemasolu. RNA kontrollitud lagundamine kontrollib geen väljendus. Eksonukleaasid lagundavad individuaalset DNA-d või RNA-d molekulid otsadest. Siin ei ole nukleiinhappejärjestus asjakohane. Nende funktsioon ensüümide on lagundada nukleiinhapped täielikult vastavateks nukleotiidideks. Selle käigus toimivad nukleotiidid taas nukleiinhapete uuendatud ehituse ehitusmaterjalidena või lagunevad täielikult. Sisse geenitehnoloogia protseduuride korral kasutatakse molekulaarsete lõikamisvahenditena restriktsiooninukleaase soovimatute nukleiinhappejärjestuste sihipäraseks eemaldamiseks.
Moodustumine, esinemine, omadused ja optimaalsed väärtused
DNaaside ja RNaaside eristamine on eriti oluline eristuskriteerium. DNaasid lagundavad DNA-d. On nii neutraalseid kui ka happelisi DNaase. Neutraalseid DNaase toodetakse eriti kõhunäärmes, maks, veri plasma ja vereliistakute. Seal kontrollivad nad apoptoosi käigus DNA lagunemist. DNA lagundamine neutraalse DNaasi abil viib nukleosiid-5-fosfaatide moodustumiseni. Selleks, et geneetilist materjali ei laguneks konkreetselt, moodustab neutraalne DNaas kompleksi valgu aktiiniga. Seda kompleksi peetakse nukleaasi ladustamisvormiks. Happeline DNaas (DNaas II) esineb ka kõhunäärmes ja veri plasmas, aga ka uriinis ja rinnapiim. Happelise DNaasi abil lõhustatakse DNA nukleosiid-3-fosfaatideks. RNaasid näitavad suuremat mitmekesisust. Inimestel on teada umbes 50 erinevat RNaasi, millest 9 on seotud haruldaste pärilike haigustega. RNaasid võib omakorda jagada eksoribonukleaasideks ja endoribonukleaasideks sõltuvalt sellest, kas RNA on otsadest lagunenud või lõhustunud ahela sees. Muude funktsioonide kõrval mängivad olulist rolli RNaasid geen reguleerimine, piirates konkreetselt tRNA eluiga. Need aitavad ka uue RNA tootmist täpselt sobival viisil. Lisaks sellele on programmi osana immuunsüsteemi, osalevad nad sissetungiva viirusliku RNA vastu. Kõige olulisemate RNaaside hulka kuuluvad RNaas A, RNaas H, RNaas P, RNaas R ja RNaas D. RNaas A lõhustab spetsiifiliselt RNA vastavalt pürimidiinile lämmastik alus nagu uratsiil või tsütosiin. Seda esineb eriti higi korral, kus see laguneb viirused enne kui nad saavad organismi siseneda. Sel põhjusel nimetatakse seda sageli keskkonna nukleaasiks. RNaas H toimib mittespetsiifiliselt DNA-RNA heteroduplexidel, lagundades RNA osa. RNA ja DNA heteroduplex on kaheahelaline, mis koosneb kahest erinevat tüüpi nukleiinhapetest. RNaas eemaldab ekslikult DNA-sse lisatud RNA monomeerid ja asendab need DNA monomeeridega. RNaas P eemaldab eellase tRNA tootmisel. RNaas R aitab lagundada bakterite mRNA-d ja RNaas D vastutab osaliselt tRNA töötlemise eest.
Haigused ja häired
Nukleaasid on ensüümide kelle puudumine või talitlushäire võib viima tõsiste füüsiliste vaevuste vastu. Nagu varem mainitud, on üheksa RNaasi seotud väga harvaesinevate pärilike haigustega. Näiteks põhjustab RNaas H ebapiisav aktiivsus mutatsioonide, ahelate katkemise ja DNA järjestuste akumuleerumise RNA-s. Selle tulemuseks on nn Aicardi-Goutièresi sündroom, mis avaldub imikutel juba palavikuliste episoodidena, oksendamine ja tujukus. Mõne imiku puhul on õpitud motoorika jälle mõne kuu pärast kadunud. Paljud patsiendid surevad varakult lapsepõlv. Need sümptomid on põhjustatud põletikulistest reaktsioonidest, mida vahendavad immuunvastused RNA rikastatud DNA segmentidele.
