Ribonukleaza

Ribonuleaza (obično skraćeno na RNkaze) je vrsta nukleaze koja katalizira razlaganje RNK u manje sastavne dijelove. Ribonukleaze se dijele na:

endoribonukleaze i
egzoribonukleaze, a obuhvataju nekoliko potklasa u EC 2.7 (fosforilitski enzimi) i 3.1 (hidrolitski enzimi) klasa enzima.^[1]^[2]

Funkcija

Svi proučavani organizmi sadrže mnoge Rnkaze u dvije različitih klase, što pokazuje da je degradacija RNK veoma star i važan proces. Kao i čišćenje ćelijske RNK koja više nije potrebna, RNkaze imaju ključnu ulogu u sazrijevanju svih RNK molekula, kako iRNK koje donose genetički materijal za izradu proteina i nekodirajuće RNK koje funkcioniraju u raznolikim ćelijskim procesima. Pored toga, aktivni sistemi degradacija RNK su prva odbrana od RNK virusa i pružaju osnovne mehanizme za naprednije ćelijske imune strategije, kao što su RNK sistemi.^[3]^[4]

Neke ćelije također luče obilne količine neodređene RNkaze, kao što je i T1. Rnkaze su vrlo uobičajene, što je posljedica vrlo kratkog životnog vijeka bilo koje RNK koja nije u zaštićenom okruženju. Važno je napomenuti da su sve molekule unutarćelijske RNK zaštićene od aktivnosti sopstvene RNkaze brojnim strategijama, uključujući: 5' krajeve, poliadenilaciju 3' kraja, sklopive i unutar RNK- protein kompleksa (ribonukleoproteinskih čestica ili RNP).

Dodatni mehanizam zaštite je inhibitor ribonukleaze (RI), koji se u nekim vrstama ćelija sastoji od relativno velikog dijela ćelijskih proteina (~ 0,1%), a koji se vežu za određene ribonukleaze s najvećim afinitetom od bilo koje interakcije protein-protein; konstanta disocijacije za kompleks RI-RNkaze je ~ 20 fM, pod fiziološkim uslovima. RI se koristi u većini laboratorija koje proučavaju RNK, da se zaštite analizirni uzorci od degradacije iz okoliša RNkaza.

Slično restrikcijskim enzimima, koji režu vrlo posebne sekvence dvolančane DNK, klasificirane su i razne endoribonukleaze koje mogu da prepoznaju i djeluju na određene sekvence jednolančane RNK.

RNkaze imaju ključnu ulogu u mnogim biološkim procesima, među kojima su angiogeneza i samonekompatibilnost kod cvjetnica (angiospermi).^[5]^[6] RNkaznu aktivnost i homologiju ispoljavaju i mnogi toksini koji su odgovorni za odgovor na stres prokariotskih toksin-antitoksin sistema.^[7]

Klassifikacija

Glavne vrste endoribonukleaza

3.1.27.5: RNkaza A je najčešći predmet naučnih istraživanja. Goveđa pankreasna ribonukleaza A je jedan od najotpornijih enzima koji se obično koriste u laboratorijama. Jedan od načina njene izolacije je da provri grubi ćelijski ekstrakt pa se svi enzimi, osim Rnkaze A, denaturiziraju. Specifična je za jednolančanu RNK. Cijepa 3'-krajeve nesparenih C i U ostataka, na kraju stvarajući 3'-fosforilirani proizvod preko međuprodukta 2 ', 3'-cikličnog monofosfata. Po svojoj aktivnosti, ne odgovara ni jednom kofaktoru.^[8]
3.1.26.4: RNkaza H cijepa RNK u DNK/RNK dupleksu za proizvodnju ssDNK. RNkaza H je neodređena endonukleaza i katalizita cijepanje RNK putem hidrolitskih mehanizama, uz dodatak za enzim vezanog bivalentnog metalnog iona. Rnkaza H napušta 5'-fosforilizirani proizvod.
3.1.26.3: RNkaza III is a cijepa rRNK (16s rRNK i 23s rRNK) iz transkribiranog policistronskog RNK operona, kod prokariota. Također razlaže dvostruke lance RNK (dsRNS)-Dicer porodice RNkaze, sječenjem pre-miRNA (duge 60–70bp) na posebnom mjestu i mijenja se u miRNA (22–30bp), koja je aktivno uključena u regulaciju transkripcije i dužine života iRNK.
3.1.26.-??: RNkaza L je interferon-inducirana nukleoza koja, nakon aktivacije, uništava sve RNK u ćeliji.
3.1.26.5: RNkaza P je oblik ribonukleaze koji je jedinstven po tome što je ribozim - ribonukleinske kiseline koji djeluje kao katalizator, na isti način kao enzim. Njegova funkcija je da siječe isključivo dodatni, ili prekursorni, redoslijed na tRNA molekulama. RNkaza P je jedan od dva poznata i česta ribozoma u prirodi (drugi je na ribosomu). Da je ovaj oblik RNkaze P jprotein i ne sadrži RNK je tek nedavno otkriveno.
3.1.??: RNkaza PhyM je posebna sekvenca za jednolančanesingle RNK. Cijepa 3'-kraj neuparenih A i U ostataka.
3.1.27.3: RNkaza T1 je posebna sekvenca za jednolančane RNK. Cijepa 3'-kraj neuparenih G ostataka.
3.1.27.1: RNkaza T2 je posebna sekvenca za jednolančane RNK. Cijepa 3'-krajeve sva četiri ostatka, prvenstveno 3'-krajeve A ostataka.
3.1.27.4: RNkaza U2 je posebna sekvenca za jednolančane RNK. Cijepa 3'-kraj neuparenih A ostataka.
3.1.27.8: RNkaza V je posebna za poliadeninsku i poliuridinsku RNK.

Glavne vrste egzoribonukleaza

2.7.7.8: Polinukleotid fosforilaza (PNPaza) funkcionira kao egzonukleza i nukleotidiltransferaza.
2.7.7.56: RNkaza PH djeluje kao egzonukleaza i nukleotidiltransferaza.
3.1.??: RNkaza R je bliski homolog Rnkaze II, ali može za razliju od nje, degradirati RNK sa sekundarnim strukturama, bez pomoći dodatnih faktora.
3.1.13.5: RNkaza D je uključena 3'-ka-5' proces pre-tRNA.
3.1.??: RNkaza T je glavni učesnik u 3'-ka-5' zrenj mnogih stabilnih RNK.
3.1.13.3: Oligoribonukleaza degradira kratke oligonukleotide do mononukleotida.
3.1.11.1: Egzoribonukleaza I degradira jednolančanu RNK od 5'-ka-3', postoji samo kod eukariota.
3.1.13.1: Egzoribonukleaza II je bliski homolog egzoribonukleaze I.

Posebnost RNkaze

Aktivno mjesto izgleda kao velika pukotina, u kojoj svi aktivni bočni ostaci stvaraju zid i dno doline. Raskol je vrlo tanka i mala podloga koja savršeno odgovara u sredini aktivnog mjesta što omogućuje savršeno međudejstvo s ostacima. Ima malu izbočinu na području supstrata. Iako obično većina egzo- i endoribonukleaza ne dolaze po određenom redoslijedu, nedavno CRISPR / Cas sistem prirodnog prepoznavanja i rezanja DNK je dizajniran tako da siječe ssRNA po određenom redoslijedu.^[9]

RNkazna kontaminacija tokom izdvajanja RNK

Ekstrakcija RNK u molekularno-biološkim eksperimentima se uveliko komplicira pri pojavi sveprisutnih ribonukleaza koji degradiraju uzorke RNK. Određene RNkaze mogu biti izuzetno izdržljive i teško se inaktiviraju u odnosu na neutraliziranje DNkaza. Pored prikazanih ćelijskih RNkaza, postoji nekoliko RNkaza koje su prisutne i u okruženju. RNkaze su evoluirale tako da imaju mnoge vanćelijske funkcije u različitim organizmima.

Kod ovih izlučenih RNkaza, enzimska aktivnost ne može ni biti potrebna za svoju novu, preadaptacijsku (egzaptacijsku funkciju. Naprimjer, imunološke RNkaze djeluju na destabilizaciju ćelijske membrane bakterija.

Reference

^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Sarajevo: Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB). ISBN 9958-9344-1-8.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
^ Kapur Pojskić L., Ed. (2014). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (2. izd.). Sarajevo: Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB). ISBN 978-9958-9344-8-3.
^ Graeme K. Hunter G. K. (2000). Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. London: Academic Press. ISBN 0-12-361811-8.
^ Nelson D. L., Michael M. Cox M. M. (2013). Lehninger Principles of Biochemistry. W. H. Freeman. ISBN 978-1-4641-0962-1.
^ Michael B. Sporn; Anita B. Roberts (6. 12. 2012). Peptide Growth Factors and Their Receptors II. Springer Science & Business Media. str. 556–. ISBN 978-3-642-74781-6.
^ V. Raghavan (6. 12. 2012). Developmental Biology of Flowering Plants. Springer Science & Business Media. str. 237–. ISBN 978-1-4612-1234-8.
^ Ramage, Holly R.; Connolly, Lynn E.; Cox, Jeffery S.; Rosenberg, Susan M. (11. 12. 2009). "Comprehensive Functional Analysis of Mycobacterium tuberculosis Toxin-Antitoxin Systems: Implications for Pathogenesis, Stress Responses, and Evolution". PLoS Genetics. 5 (12): e1000767. doi:10.1371/journal.pgen.1000767.
^ "RNase A". biooscientific.com. Arhivirano s originala, 19. 5. 2014. Pristupljeno 7. 11. 2015.
^ Tamulaitis, Gintautas; Kazlauskiene, Migle; Manakova, Elena; Venclovas, Česlovas; Nwokeoji, Alison O.; Dickman, Mark J.; Horvath, Philippe; Siksnys, Virginijus (novembar 2014). "Programmable RNA Shredding by the Type III-A CRISPR-Cas System of Streptococcus thermophilus". Molecular Cell. 56 (4): 506–517. doi:10.1016/j.molcel.2014.09.027. no-break space character u |first5= na mjestu 7 (pomoć); no-break space character u |first6= na mjestu 5 (pomoć)

Vanjski linkovi

IUBMB Enzyme Database for EC 3.1
Integrated Enzyme Database for EC 3.1
[1] Arhivirano 19. 5. 2014. na Wayback Machine

[1] Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Sarajevo: Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB). ISBN 9958-9344-1-8.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)

[2] Kapur Pojskić L., Ed. (2014). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (2. izd.). Sarajevo: Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB). ISBN 978-9958-9344-8-3.

[3] Graeme K. Hunter G. K. (2000). Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. London: Academic Press. ISBN 0-12-361811-8.

[4] Nelson D. L., Michael M. Cox M. M. (2013). Lehninger Principles of Biochemistry. W. H. Freeman. ISBN 978-1-4641-0962-1.

[SpornRoberts2012-5] Michael B. Sporn; Anita B. Roberts (6. 12. 2012). Peptide Growth Factors and Their Receptors II. Springer Science & Business Media. str. 556–. ISBN 978-3-642-74781-6.

[Raghavan2012-6] V. Raghavan (6. 12. 2012). Developmental Biology of Flowering Plants. Springer Science & Business Media. str. 237–. ISBN 978-1-4612-1234-8.

[7] Ramage, Holly R.; Connolly, Lynn E.; Cox, Jeffery S.; Rosenberg, Susan M. (11. 12. 2009). "Comprehensive Functional Analysis of Mycobacterium tuberculosis Toxin-Antitoxin Systems: Implications for Pathogenesis, Stress Responses, and Evolution". PLoS Genetics. 5 (12): e1000767. doi:10.1371/journal.pgen.1000767.

[8] "RNase A". biooscientific.com. Arhivirano s originala, 19. 5. 2014. Pristupljeno 7. 11. 2015.

[9] Tamulaitis, Gintautas; Kazlauskiene, Migle; Manakova, Elena; Venclovas, Česlovas; Nwokeoji, Alison O.; Dickman, Mark J.; Horvath, Philippe; Siksnys, Virginijus (novembar 2014). "Programmable RNA Shredding by the Type III-A CRISPR-Cas System of Streptococcus thermophilus". Molecular Cell. 56 (4): 506–517. doi:10.1016/j.molcel.2014.09.027. no-break space character u |first5= na mjestu 7 (pomoć); no-break space character u |first6= na mjestu 5 (pomoć)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

p r u Enzimi
Teme	Aktivno mjesto Alosterna regulacija Difuzijski limitirani enzim EC broj Enzimska kataliza Inhibicija enzimskih reakcija Kinetika enzima Koenzim Kooperativnost Lineweaver–Burkov dijagram Michaelis–Mentenova kinetika Mjesto vezanja Spisak enzima
Tipovi	EC1 Oksidoreduktaze/spisak EC2 Transferaze/spisak EC3 Hidrolaze/spisak EC4 Lijaze/spisak EC5 Izomeraze/spisak EC6 Ligaze/spisak