Nucléases sont des enzymes dont la fonction est de décomposer les acides nucléiques tels que l'acide ribonucléique ou l'acide désoxyribonucléique. Ceci est appelé digestion complète ou partielle du substrat.
Que sont les nucléases
Les nucléases sont généralement responsables de la dégradation des acides nucléiques. L'acide nucléique peut être décomposé à la fois des extrémités des molécules d'acide nucléique et de son centre.
Il existe également des nucléases dites de restriction, qui ne découpent les séquences d'acide nucléique que dans certaines régions. Les nucléases sont classées selon différents critères. Un critère est le type d'acide nucléique (acide désoxyribonucléique ou acide ribonucléique). Un autre critère concerne la structure secondaire telle que double brin ou simple brin. Il est également important pour la sélection des critères que la dégradation ait lieu à partir des extrémités ou à partir du milieu de la molécule. La question suivante est de savoir où se situe le site d'attaque entre les emplacements 5 'et 3' de la structure sucre-phosphate.
Le rôle de la séquence de base spécifique et non spécifique de la séquence se répercute également dans la détermination des critères de classification. Selon ces critères, il existe différentes classes de classification. Les nucléases peuvent être classées en exonucléases, endonucléases, désoxyribonucléases et ribonucléases.
Fonction, effet et tâches
Les fonctions des nucléases sont diverses. Une fonction importante est de cliver l'ADN ou l'ARN étranger à la fois spécifique et non spécifique de la séquence. Les endonucléases de restriction sont responsables de cette tâche.
Ils séparent les acides nucléiques en certains points loin de ses extrémités. Soit des séquences d'acide nucléique similaires sont séparées, soit des séquences non spécifiques apparaissent. Les endonucléases de restriction font partie du système immunitaire car elles décomposent les acides nucléiques étrangers. Les nucléases non spécifiques sont souvent responsables de la digestion des acides nucléiques. Cependant, ils digèrent également les acides nucléiques des cellules mortes lors de la mort cellulaire programmée, l'apoptose. La DNase, présente en particulier dans le pancréas, le foie, les plaquettes et le plasma sanguin, joue ici un rôle majeur.
L'ARNm est influencé par la présence de RNases. La dégradation contrôlée de l'ARN contrôle la régulation de l'expression génique. Les exonucléases décomposent les molécules individuelles d'ADN ou d'ARN à partir des extrémités. La séquence d'acide nucléique n'est pas pertinente ici. La fonction de ces enzymes est de décomposer complètement les acides nucléiques en nucléotides correspondants. Les nucléotides servent de blocs de construction pour la reconstruction des acides nucléiques ou ils sont entièrement décomposés. Dans les processus de génie génétique, les nucléases de restriction sont utilisées comme outils de coupe moléculaire pour l'élimination ciblée de séquences d'acide nucléique indésirables.
Éducation, occurrence, propriétés et valeurs optimales
La distinction entre les DNases et les RNases est un critère de différenciation particulièrement important. Les DNases décomposent l'ADN. Il existe à la fois des DNases neutres et acides. Les DNases neutres sont particulièrement formées dans le pancréas, le foie, le plasma sanguin et les plaquettes. Là, ils contrôlent la dégradation de l'ADN dans le cadre de l'apoptose.
La dégradation de l'ADN au moyen de la DNase neutre conduit à la formation de nucléoside'-5-phosphates. Afin de ne pas décomposer le matériel génétique de manière non spécifique, la DNase neutre forme un complexe avec la protéine actine. Ce complexe est considéré comme une forme de stockage de la nucléase. L'acide DNase (DNase II) est également présente dans le pancréas et le plasma sanguin, mais également dans l'urine et le lait maternel. Avec l'aide de la DNase acide, l'ADN est divisé en nucléoside´-3-phosphates. Les RNases présentent une plus grande variété. Environ 50 RNases différentes sont connues chez l'homme, dont 9 sont liées à des maladies héréditaires rares.
Les RNases peuvent à leur tour être divisées en exoribonucléases et endoribonucléases, selon que l'ARN est dégradé aux extrémités ou divisé dans le brin. Entre autres choses, les RNases ont une fonction importante dans la régulation des gènes en limitant spécifiquement la durée de vie des ARNt. Ils soutiennent également la production sur mesure de nouvel ARN. De plus, dans le cadre du système immunitaire, ils sont impliqués dans la lutte contre l'invasion de l'ARN viral. Les RNases les plus importantes comprennent la RNase A, la RNase H, la RNase P, la RNase R et la RNase D. La RNase A divise spécifiquement l'ARN selon une base azotée de pyrimidine telle que l'uracile ou la cytosine. On le trouve particulièrement dans la sueur et y décompose les virus avant qu'ils ne puissent pénétrer dans l'organisme.
C'est pourquoi on l'appelle souvent nucléase environnementale. La RNase H agit de manière non spécifique dans les hétéroduplex ADN-ARN, où elle décompose la fraction ARN. Un hétéroduplex d'ARN et d'ADN est un double brin composé des deux types différents d'acides nucléiques. La RNase supprime les monomères d'ARN incorporés par erreur dans l'ADN et les remplace par des monomères d'ADN. La RNase P supprime le précurseur dans la production d'ARNt. La RNase R aide à décomposer l'ARNm bactérien et la RNase D est responsable du traitement de l'ARNt.
Maladies et troubles
Les nucléases sont des enzymes dont le manque ou le dysfonctionnement peut entraîner de graves problèmes physiques. Comme déjà mentionné, neuf RNases sont associées à des maladies héréditaires très rares.
Par exemple, si la RNase H est insuffisamment active, des mutations, des cassures de brin et l'accumulation de séquences d'ADN dans l'ARN se produisent. Le syndrome dit d'Aicardi-Goutières se développe, qui se manifeste chez les enfants par des crises de fièvre, des vomissements et des agitations. Certains nourrissons perdent leurs capacités motrices après quelques mois. De nombreux patients meurent dans la petite enfance. La cause de ces symptômes sont des réactions inflammatoires qui sont médiées par des réactions immunitaires aux segments d'ADN enrichis dans l'ARN.
