Kas ir dezoksiribonukleāze?
Īsā atbilde
Dezoksiribonukleāze jeb DNāze ir ferments, kas sašķeļ DNS molekulu, pārraujot fosfodiestera saites tās cukura un fosfāta mugurkaulā. Organismā šādi fermenti sagremo uzturā uzņemto DNS, izvāc bojāgājušo šūnu atliekas un piedalās DNS labošanā.
DNS pavediena karkasu veido pārmaiņus dezoksiriboze un fosfāta grupa, un tieši šo saišu ķēdi dezoksiribonukleāze pārgriež. Reakcija ir hidrolīze: ferments izmanto ūdens molekulu, lai saiti pārrautu, tāpēc process neprasa enerģijas piegādi no ATF.
Pēc griešanas vietas fermentus iedala divās grupās. Eksonukleāze nokož nukleotīdus pa vienam no pavediena gala un virzās uz iekšu. Endonukleāze griež pavediena vidū, neatkarīgi no tā, kur atrodas gals. Daļa endonukleāžu griež praktiski jebkurā vietā, bet citas atpazīst noteiktu bāzu secību un griež tikai tur.
Cilvēka organismā svarīgākie pārstāvji ir divi. Dezoksiribonukleāze I darbojas ārpus šūnas pie neitrāla pH un tai nepieciešami divvērtīgi joni, kalcijs un magnijs; to izdala aizkuņģa dziedzeris zarnu lūmenā, un tā ir arī asins plazmā. Dezoksiribonukleāze II darbojas lizosomās skābā vidē un jonus neprasa. Tās atšķiras arī ar to, kādā galā paliek fosfāta grupa pēc griezuma.
Ko šie fermenti dara organismā
Pirmais uzdevums ir gremošana. Jebkurā dzīvnieku vai augu valsts produktā ir šūnas, tātad DNS. Aizkuņģa dziedzera sula tievajā zarnā satur dezoksiribonukleāzi, kas šo DNS sadala līdz nukleotīdiem, lai tos varētu uzsūkt.
Otrais uzdevums ir sakopšana. Kad šūna iet bojā ieprogrammētas šūnas nāves ceļā, tās hromatīns tiek sagriezts regulāros gabalos, un beigās fragmentus noārda tās šūnas lizosomu fermenti, kura mirstošo šūnu aprij. Ja šī sakopšana nenotiek, brīva DNS paliek audos un asinīs, kur imūnsistēma to var sākt uztvert kā svešu.
Trešais uzdevums ir DNS remonts. Ja viena bāze ir bojāta, atpazīšanas fermenti to konstatē, nukleāze izgriež bojāto posmu, DNS polimerāze pēc pretējā pavediena parauga aizpilda robu, un ligāze saslēdz galus. Šī trīspakāpju loģika, izgriezt, papildināt, saslēgt, atkārtojas gandrīz visos DNS labošanas ceļos.
Kāpēc tas ir svarīgi ārstam
Vispazīstamākais klīniskais pielietojums ir cistiskā fibroze. Šīs slimības gadījumā elpceļu gļotas ir neparasti biezas, un to lipīgumu lielā mērā nosaka nevis pašas gļotas, bet sabrukušo neitrofilo leikocītu izšķīdinātā DNS, kas šķidrumā veido garu, viskozu tīklu. Ieelpojama rekombinantā cilvēka dezoksiribonukleāze I, ko sauc par dornāzi alfa, šo tīklu sagriež un krēpas kļūst šķidrākas un atklepojamākas.
Otra joma ir imunoloģija. Ja ārpusšūnu DNS noārdīšana ir traucēta, palielinās risks, ka organisms sāks veidot antivielas pret paša DNS; šāds mehānisms tiek pētīts saistībā ar sistēmas sarkano vilkēdi. Ar šādām slimībām nodarbojas reimatologs, ar cistisko fibrozi pulmonologs kopā ar ģenētiķi.
Šis raksts skaidro fermenta darbību un nav norāde par ārstēšanu. Pie ārsta jādodas, ja klepus ar krēpām ilgst vairākas nedēļas, ja krēpas kļūst strutainas vai ar asinīm, ja elpas trūkums pieaug slodzes laikā vai ja bērnam ir atkārtotas elpceļu infekcijas kopā ar sliktu svara pieaugumu.
Kāpēc laboratorijā bez tām neiztikt
Baktēriju endonukleāzes, ko sauc par restrikcijas fermentiem, atpazīst īsas, noteiktas bāzu secības un griež tieši tajās. Baktērijai tās ir aizsardzība pret vīrusu DNS. Molekulārajā bioloģijā tās kļuva par pamatinstrumentu, jo ļauj DNS sagriezt paredzamos gabalos un salikt no jauna, tāpēc tieši uz tām balstās klasiskā gēnu klonēšana.
Nespecifiskā dezoksiribonukleāze I laboratorijā tiek lietota pretējā nolūkā: lai no RNS parauga atbrīvotos no DNS piemaisījumiem, pirms tiek mērīta gēnu izpausme. Ar to arī nosaka, kuri DNS posmi šūnā ir brīvi pieejami, jo cieši ap histoniem satītu DNS ferments sasniedz daudz sliktāk nekā brīvu.
Praktisks secinājums, ko zina katrs, kurš strādājis ar DNS: DNS paraugus uzglabā buferšķīdumā ar helātu veidotāju, kas saista magniju. Bez magnija dezoksiribonukleāze I nestrādā, un paraugs nesabrūk. Tā ir pati tiešākā fermenta jonu prasības praktiskā izmantošana.
Ar ko to sajauc
Visbiežāk dezoksiribonukleāzi sajauc ar ribonukleāzi. Atšķirība ir substrātā: DNāze griež DNS, RNāze griež RNS. Atslēga ir pašā nosaukumā: priedēklis „dezoksi“ norāda uz cukuru dezoksiribozi, kas ir tikai DNS sastāvā.
Otrs sajaukšanas avots ir DNS polimerāze un ligāze. Nukleāze saites ārda, polimerāze pavedienu būvē, ligāze salīmē divus galus kopā. Viena remonta reizē var strādāt visi trīs, bet katram ir savs solis.
Ir vērts atcerēties arī, ka „nukleāze“ ir virsjēdziens: tas aptver gan DNāzes, gan RNāzes. Ja avots raksta vienkārši „nukleāze“, no konteksta jānoskaidro, par kuru nukleīnskābi ir runa.
Neacīmredzamā detaļa
Neitrofilie leikocīti, cīnoties ar baktērijām, izmet ārā paši savu DNS kopā ar fermentiem un veido lipīgus tīklus, kuros mikrobi iestrēgst. Tas ir efektīvs aizsardzības paņēmiens, bet, ja tīklus laikus nenoārda, tie paši kļūst par problēmu: sabiezina sekrētu un uztur iekaisumu. Tādējādi DNS organismā spēlē negaidītu lomu kā struktūrviela ārpus šūnas kodola.
No tā izriet arī, kāpēc daudzas baktērijas pašas ražo dezoksiribonukleāzi un izdala to ārā: ferments palīdz tām izlauzties no šiem tīkliem. Spēja to darīt ir viena no pazīmēm, pēc kurām mikrobioloģijā atšķir dažas baktēriju sugas.