Kas ir ribonukleāze?

Gremošanas traktā aizkuņģa dziedzera sula tievajā zarnā satur ribonukleāzi, kas sašķeļ uzturā uzņemto RNS līdz mazām, uzsūcamām daļām. Tieši aizkuņģa dziedzera ribonukleāze vēsturiski bija viens no pirmajiem fermentiem, kura telpiskā uzbūve tika noskaidrota, tāpēc tā kļuva par bioķīmijas mācību paraugu.

Šūnas iekšienē darbojas vairākas atšķirīgas sistēmas. Viena no tām noārda RNS, kas vairs nav vajadzīga; cita atpazīst bojātas vai nepareizi izveidotas molekulas un tās iznīcina, lai no tām netiktu ražoti kļūdaini proteīni. Ir arī ribonukleāze, kas griež tikai RNS, kura savienojusies ar DNS pavedienu, un tā ir būtiska DNS pavairošanā.

Imūnās aizsardzības jomā organisms lieto RNāzes pret mikrobiem. Atsevišķi ribonukleāžu saimes locekļi izdalās gļotādās un iedarbojas gan uz mikroorganismu RNS, gan uz to membrānu.

Atsevišķi minama mazo RNS sistēma, kurā fermenti ar ribonukleāzes darbību sagriež divpavedienu RNS īsos gabaliņos un pēc tam ar to palīdzību izslēdz atbilstošo ziņneša RNS. Uz šī principa balstās gan šūnas pašas gēnu regulēšana, gan mūsdienīgas zāļu izstrādes pieejas.

RNS ir daudz nestabilāka par DNS, un tam ir vienkāršs ķīmisks iemesls: ribozei ir papildu hidroksilgrupa, kuras DNS cukurā nav. Šī grupa spēj uzbrukt pašas molekulas saitei, tāpēc RNS pavediens sārmainā vidē sabrūk arī bez jebkāda fermenta.

Ribonukleāzes šo pašu mehānismu tikai paātrina. Tieši tāpēc daudzas RNāzes nepieprasa nekādus jonus vai kofaktorus, atšķirībā no DNS šķeļošajiem fermentiem, kuriem vajadzīgs magnijs.

Praktiskās sekas laboratorijā ir plaši zināmas: RNāzes ir uz ādas, siekalās, putekļos un ir ļoti izturīgas. Tāpēc darbā ar RNS lieto cimdus, atsevišķus traukus un īpaši apstrādātus šķīdumus. Šis ir viens no retajiem gadījumiem, kad fermenta izturība ir galvenā praktiskā problēma, nevis priekšrocība.

No tā paša izriet arī, kāpēc RNS bāzētas vakcīnas prasa īpašus uzglabāšanas apstākļus un kāpēc RNS molekulu tajās ķīmiski pārveido un ietver lipīdu apvalkā: bez šīs aizsardzības tā nesasniegtu šūnu.

Šūnā pastāv arī ribonukleāzes inhibitors, proteīns, kas RNāzi cieši saista un padara nekaitīgu. Bez tā šūnas pašas RNS tiktu apdraudēta. Šis līdzsvars starp fermentu un tā bremzi ir viens no piemēriem, kā organisms pieļauj sevī bīstamu rīku, bet to stingri kontrolē.

Viens ribonukleāžu saimes loceklis, ko izdala eozinofilie leikocīti, ir izmantojams kā iekaisuma rādītājs atsevišķās alerģiskās un parazitāru infekciju situācijās. Vairāki citi šīs saimes proteīni tiek pētīti kā pretaudzēju līdzekļi, jo spēj iekļūt šūnā un sagriezt tās pārnesēja RNS.

Dažas iedzimtas slimības ir saistītas ar traucētu RNS un DNS hibrīdu noārdīšanu: ja tādi paliek šūnā, iekšējie sensori tos var uztvert kā vīrusa pazīmi un izraisīt pastāvīgu iekaisuma reakciju. Ar šādiem reti sastopamiem stāvokļiem nodarbojas ģenētiķis kopā ar imunologu vai reimatologu.

Šis raksts skaidro fermentu darbību un nav norāde par ārstēšanu. Pie ārsta jādodas, ja ir ilgstošs, neizskaidrojams iekaisums, atkārtotas smagas infekcijas vai simptomi, kas nepāriet: cēloni var noteikt tikai izmeklējot.

Pirmais un galvenais pāris ir RNāze un DNāze. RNāze griež RNS, DNāze griež DNS. Atšķirība ir arī praktiska: DNāzēm parasti nepieciešami divvērtīgi joni, tāpēc tās var apturēt, saistot magniju, bet daudzas RNāzes strādā arī bez jebkā palīdzības un ir grūti apturamas.

Otrais ir RNāze un ribozīms. Ribozīms ir RNS molekula, kas pati darbojas kā katalizators. Daži fermenti ir abu apvienojums: to olbaltumvielas daļa notur struktūru, bet pati reakcija notiek RNS daļā.

Trešais ir RNāze un ribosoma. Nosaukumi ir līdzīgi, bet darbi ir pretēji: ribosoma pēc RNS parauga būvē proteīnu, RNāze RNS noārda. Palīdz atcerēties, ka galotne „āze“ gandrīz vienmēr norāda uz fermentu, bet „soma“ uz šūnas daļiņu.

RNS nestabilitāte nav trūkums, bet funkcijas daļa. DNS jāsaglabājas visu mūžu, tāpēc tā ir ķīmiski izturīga un rūpīgi labota. RNS ir pagaidu darba kopija, kurai jāpazūd, kad uzdevums izpildīts. Ja ziņneša RNS būtu tikpat noturīga kā DNS, šūna nespētu ātri mainīt savu darbību, un pielāgošanās kļūtu neiespējama.

Tieši tāpēc RNāžu klātbūtne visur ap mums nav bioloģiska nolaidība: aizsardzība pret svešu RNS, piemēram, vīrusu, ir viena no vecākajām imunitātes formām, un tā izveidojās daudz agrāk nekā antivielas.

Vēl viena detaļa, kas maina skatījumu: aizkuņģa dziedzera ribonukleāze bija viens no pirmajiem proteīniem, kurus izdevās mākslīgi salocīt atpakaļ darbīgā formā pēc tam, kad tas bija izjaukts. Tieši šis eksperiments parādīja, ka proteīna telpisko formu nosaka tā aminoskābju secība, un tas ir viens no molekulārās bioloģijas pamatprincipiem.