אנדונוקליז

אנדונוקליזות הם אנזימים המפרקים DNA ו- RNA מבלי לפרק אותם לחלוטין. קבוצת האנדונוקליזות כוללת אנזימים שונים, שכל אחד מהם עובד במצע ובצורה ספציפית לפעולה.

מהי אנדונוקליז?

אנדונוקליזות הם אנזימים שונים הנמצאים לא רק בבני אדם, אלא נמצאים בכל היצורים החיים. הם שייכים לקבוצת הגרעינים העליונה. אנדונוקליזות משפילות את ה- DNA או ה- RNA מבלי לנתק אותן לחלוטין.

ה- DNA או החומצה deoxyribonucleic הם מבנה מורכב של מולקולות סוכר (deoxyribose) וחומצות גרעין. על מנת לעבד את ה- DNA, האנדונוקליזות מפרות את הקשר הפוספודיאסטר בין אבני הבניין הבודדות. הקשר הפוספודיאסטר מחזיק את ה- DNA וה- RNA יחד על עמוד השדרה. לנוקלאוטידים של DNA ו- RNA יש שאריות חומצה זרחתית. הוא ממוקם על הסוכר, שהמבנה הבסיסי שלו מהווה טבעת.

לטבעת זו חמישה אטומי פחמן; בין היתר, קיימת קבוצת OH על אטום הפחמן C5, כלומר שילוב של חמצן ואטום מימן. אטום הפחמן C5 וקבוצת OH יוצרים אסתר של חומצה זרחתית. שאריות חומצה זרחתית זו מקבלות קשר אסטר שני, המורכב מאטום הפחמן C3 וקבוצת OH הקשורה אליו. הקשר המתקבל הוא קשר 3'-5'-פוספודיאסטר.

פונקציה, אפקט ומשימות

אנדונוקליזות תורמות לעיבוד ה- DNA וה- RNA. חומצות הגרעין אדנין, תימין, גואנין וציטוזין יוצרים את הקוד הגנטי, שלא רק מעביר מידע לדור הבא כאשר הוא יורש, אלא גם שולט על חילוף החומרים של התאים.

הרצף של חומצות הגרעין השונות ב- DNA מקודד את הסדר בו אנזימים אחרים - מה שנקרא ריבוזומים - לשרשרת חומצות אמינו יחד. כל החלבונים מורכבים משרשראות אלה; רצף חומצות האמינו בחלבון תלוי ברצף חומצות הגרעין ב- DNA - אשר בתורו קובע את צורת החלבון ותפקודו.

ביולוגיה מתייחסת לתרגום של הקוד הגנטי לשרשראות חומצות אמינו כתרגום. התרגום מתרחש בתאי גוף האדם שמחוץ לגרעין התא - ה- DNA ממוקם רק בתוך גרעין התא. לכן התא צריך להכין עותק של ה- DNA. העותק אינו משתמש בדוקסיריבוזה כמולקולת סוכר, אלא בריבוז. לכן זהו RNA. ייצור RNA נקרא גם שעתוק בביולוגיה ומחייב אנדונוקליזות.

במהלך התרגום, אנזימים שונים צריכים להאריך את שרשרת הנוקלאוטידים. המחשוף החלקי על ידי אנדונוקליזות מאפשר גם זאת. לאנדונוקליזות יש גם אותה פונקציה בשכפול כאשר נדרש עותק של ה- DNA במהלך חלוקת תאים.

חינוך, התרחשות, תכונות וערכים מיטביים

כמו כל האנזימים, אנדונוקליזות הם חלבונים המורכבים משרשראות של חומצות אמינו. לכל חומצות האמינו יש אותו מבנה בסיסי: הן מורכבות מאטום פחמן מרכזי אליו מחוברים קבוצת אמינו, קבוצת קרבוקסיל, אטום מימן יחיד, אטום α-פחמן וקבוצה שיורית. השאר מאפיין כל חומצה אמינית וקובע אילו אינטראקציות הוא יכול להתקשר עם חומצות אמינו אחרות וחומרים אחרים.

הביולוגיה מתארת ​​גם את המבנה החד מימדי של האנזימים בצורה של שרשרת חומצות האמינו שלהם כמבנה הראשוני. יש קפלים בשרשרת; אנזימים אחרים מזרזים את התהליך הזה. הסדר המרחב מתייצב על ידי גשרי מימן הנוצרים בין אבני הבניין הבודדות. מבנה משני זה יכול להופיע הן כ- helix והן כ- גיליון β. המבנה המשני של החלבון ממשיך להתקפל ולובש צורות מורכבות יותר. האינטראקציות בין שאריות חומצות האמינו השונות ממלאות כאן תפקיד מכריע.

בהתבסס על התכונות הביוכימיות של המשקעים בהתאמה, בסופו של דבר נוצר המבנה השלילי. רק בצורה זו יש לחלבון את התכונות הסופיות שלו, התלויות במידה רבה בצורה המרחבית. במקרה של אנזים, צורה זו כוללת את המרכז הפעיל בו מתרחשת תגובת האנזים בפועל. במקרה של אנדונוקליזות, האתר הפעיל מגיב עם DNA או RNA כמצע.

מחלות והפרעות

האנדונוקליזות ממלאות תפקיד חשוב בתיקון ה- DNA כאשר הם שוברים את שרשראותיו. התיקון הכרחי אם ה- DNA נפגע מקרינה או מחומרים כימיים, למשל. אור UV יכול כבר להשפיע על כך.

מינון מוגבר של קרינת UV-B מביא להצטברות של דימרים תימין בגדיל ה- DNA. הם מעוותים את ה- DNA ובהמשך גורמים להפרעות בהכפלה של ה- DNA: האנזים הקורא את ה- DNA בזמן שכפול אינו יכול להימנע מהעיוות שנגרם על ידי דימרים של תימין ולכן אינו יכול להמשיך בעבודתו.

לתאים אנושיים עומדים לרשותם מנגנוני תיקון שונים. אנדונוקליזות משמשות לתיקון כריתה. אנדונוקליז מתמחה מסוגל לזהות דימרים של תימין ונזקים אחרים. הוא חותך את גדיל ה- DNA הפגוע פעמיים, גם לפני המום וגם אחריו. הדיממר מוסר, אך הוא יוצר פער בקוד. אז אנזים אחר, DNA פולימראז, צריך למלא את החסר. לשם השוואה, היא משתמשת בחוט ה- DNA המשלים ומוסיפה את צמדי הבסיס המתאימים עד למילוי הרווח ושיקום גדיל ה- DNA הפגוע.

תיקון זה אינו נדיר, אך מתרחש פעמים רבות ביום בגוף. הפרעות בתהליך התיקון עלולות להוביל להפרעות שונות, למשל מחלת העור xeroderma pigmentosum. עם מחלה זו, הנפגעים רגישים יתר לאור השמש מכיוון שהתאים אינם יכולים לתקן נזקי UV.