Endonucléase

Endonucléases sont des enzymes qui décomposent l'ADN et l'ARN sans les décomposer complètement. Le groupe des endonucléases comprend différentes enzymes, dont chacune agit de manière spécifique à un substrat et à une action.

Qu'est-ce qu'une endonucléase?

Les endonucléases sont diverses enzymes qui ne se trouvent pas seulement chez les humains, mais qui se trouvent dans tous les êtres vivants. Ils appartiennent au groupe superordonné des nucléases. Les endonucléases dégradent l'ADN ou l'ARN sans les cliver complètement.

L'ADN ou acide désoxyribonucléique est une structure complexe de molécules de sucre (désoxyribose) et d'acides nucléiques. Afin de traiter l'ADN, les endonucléases rompent la liaison phosphodiester entre les éléments constitutifs individuels. La liaison phosphodiester maintient l'ADN et l'ARN ensemble sur le squelette. Les nucléotides de l'ADN et de l'ARN ont un résidu d'acide phosphorique. Il est situé sur le sucre, dont la structure de base forme un anneau.

Cet anneau a cinq atomes de carbone; Entre autres, il existe un groupe OH sur l'atome de carbone C5, c'est-à-dire une combinaison d'un atome d'oxygène et d'hydrogène. L'atome de carbone C5 et le groupe OH forment un ester d'acide phosphorique. Ce résidu d'acide phosphorique reçoit une deuxième liaison ester, qui est constituée de l'atome de carbone C3 et du groupe OH associé. La liaison résultante est une liaison 3'-5'-phosphodiester.

Fonction, effet et tâches

Les endonucléases contribuent au traitement de l'ADN et de l'ARN. Les acides nucléiques adénine, thymine, guanine et cytosine forment le code génétique, qui non seulement transmet l'information à la génération suivante lorsqu'elle est héritée, mais contrôle également le métabolisme des cellules.

La séquence des différents acides nucléiques dans l'ADN code l'ordre dans lequel d'autres enzymes - appelées ribosomes - enchaînent les acides aminés. Toutes les protéines sont constituées de ces chaînes; la séquence des acides aminés dans une protéine dépend de la séquence des acides nucléiques dans l'ADN - qui à son tour détermine la forme et la fonctionnalité de la protéine.

La biologie fait référence à la traduction du code génétique en chaînes d'acides aminés comme traduction. La traduction a lieu dans les cellules du corps humain à l'extérieur du noyau cellulaire - l'ADN n'est situé qu'à l'intérieur du noyau cellulaire. Par conséquent, la cellule doit faire une copie de l'ADN. La copie n'utilise pas le désoxyribose comme molécule de sucre, mais le ribose. C'est donc un ARN. La production d'ARN est également appelée transcription en biologie et nécessite des endonucléases.

Lors de la traduction, diverses enzymes doivent allonger la chaîne de nucléotides. Le clivage partiel par les endonucléases rend également cela possible. Les endonucléases ont également la même fonction de réplication lorsqu'une copie de l'ADN est requise lors de la division cellulaire.

Éducation, occurrence, propriétés et valeurs optimales

Comme toutes les enzymes, les endonucléases sont des protéines constituées de chaînes d'acides aminés. Tous les acides aminés ont la même structure de base: ils se composent d'un atome de carbone central auquel sont attachés un groupe amino, un groupe carboxyle, un seul atome d'hydrogène, un atome de carbone α et un groupe résiduel. Le reste est caractéristique de chaque acide aminé et détermine les interactions dans lesquelles il peut entrer avec d'autres acides aminés et d'autres substances.

La biologie décrit également la structure unidimensionnelle des enzymes sous la forme de leur chaîne d'acides aminés comme structure primaire. Il y a des plis dans la chaîne; d'autres enzymes catalysent ce processus. L'ordre spatial est stabilisé par des ponts d'hydrogène qui se forment entre les différents éléments constitutifs. Cette structure secondaire peut apparaître à la fois comme une hélice α et comme une feuille β. La structure secondaire de la protéine continue de se plier et de prendre des formes plus complexes. Les interactions entre les différents résidus d'acides aminés jouent ici un rôle crucial.

Sur la base des propriétés biochimiques des résidus respectifs, la structure tertiaire est finalement créée. Ce n'est que sous cette forme que la protéine a ses propriétés finales, qui dépendent largement de la forme spatiale. Dans le cas d'une enzyme, cette forme comprend le centre actif où la réaction enzymatique réelle a lieu. Dans le cas des endonucléases, le site actif réagit avec l'ADN ou l'ARN comme substrat.

Maladies et troubles

Les endonucléases jouent un rôle important dans la réparation de l'ADN lorsqu'elles cassent ses chaînes. La réparation est nécessaire si l'ADN a été endommagé par des radiations ou des substances chimiques, par exemple. La lumière UV peut déjà avoir cet effet.

Une dose accrue de rayonnement UV-B entraîne une accumulation de dimères de thymine dans le brin d'ADN. Ils déforment l'ADN et conduisent par la suite à des perturbations dans le doublement de l'ADN: L'enzyme qui lit l'ADN lors de la réplication ne peut éviter la déformation causée par les dimères de thymine et ne peut donc pas continuer son travail.

Les cellules humaines disposent de divers mécanismes de réparation. Les endonucléases sont utilisées pour la réparation par excision. Une endonucléase spécialisée est capable de reconnaître les dimères de thymine et d'autres dommages. Il coupe le brin d'ADN affecté deux fois, à la fois avant et après le défaut. Le dimère est supprimé, mais il crée un espace dans le code. Une autre enzyme, l'ADN polymérase, doit alors combler le vide. À titre de comparaison, elle utilise le brin d'ADN complémentaire et ajoute les paires de bases correspondantes jusqu'à ce que l'espace soit rempli et que le brin d'ADN endommagé soit restauré.

Cette réparation n'est pas rare, mais se produit plusieurs fois par jour dans le corps. Des perturbations dans le processus de réparation peuvent entraîner divers troubles, par exemple la maladie de la peau xeroderma pigmentosum. Avec cette maladie, les personnes touchées sont trop sensibles à la lumière du soleil car les cellules ne peuvent pas réparer les dommages causés par les UV.