Was ist eine Desoxyribonuklease?
Desoxyribonuklease ist ein Enzym, das DNA spaltet und auch als DNase bekannt ist. Es ist an der Reparatur beschädigter DNA beteiligt und wird klinisch zur Behandlung von Mukoviszidose eingesetzt. Bakterielle Desoxyribonukleasen waren maßgeblich an der Etablierung gentechnischer Techniken beteiligt.
Es gibt verschiedene Arten von Desoxyribonukleasen, aber alle haben die Spaltung der Phosphatbindung der Basen gemeinsam, die das DNA-Rückgrat bilden. Exodeoxyribonukleasen spalten DNA vom Ende der Basenkette ab, die ein DNA-Molekül bildet und sich nach innen ausbreitet . Diese wirken auf einzelsträngige DNA und sind nicht spezifisch. Endonukleasen spalten DNA innerhalb der Kette. Einige sind sehr spezifisch und erfordern bestimmte Basensequenzen, während andere nicht diskriminieren und nirgendwo spalten.
Menschen produzieren zwei verschiedene Arten von Desoxyribonukleasen, die Endonukleasen sind. Die Desoxyribonukleasen I und II unterscheiden sich in den von ihnen hergestellten Produkten und dem pH-Wert, bei dem sie aktiv sind. Deoxyribonuclease II kann am programmierten Zelltod oder am gezielten Absterben von Zellen beteiligt sein.
Die primäre Funktion der Desoxyribonuklease in höheren Organismen und eine Hauptfunktion in allen Organismen besteht in der DNA-Reparatur. DNA kann durch eine Vielzahl von Mechanismen beschädigt werden, und es gibt einen Reparaturweg, der das Ausschneiden der beschädigten DNA beinhaltet. Eine Endonuklease erkennt die beschädigte DNA und spaltet sie an den Stellen, an denen der Schaden entstanden ist. Dann entfernt eine Exodeoxyribonuklease die beschädigte DNA und hinterlässt eine Lücke. Diese Lücke wird durch eine DNA-Polymerase oder ein Enzym, das DNA synthetisiert, gefüllt.
Die DNA-Reparatur findet auch statt, wenn die DNA hergestellt wird. Wenn ein Fehler festgestellt wird, wird er durch eine DNA-Polymerase mit Exodeoxyribonuklaseaktivität behoben. Dadurch wird die falsche Basis gespalten, sodass die richtige eingefügt werden kann.
Humane Desoxyribonuklease hat klinische Anwendungen. Menschen, die an Mukoviszidose leiden, haben weiße Blutkörperchen voller DNA, die sich in ihrem Schleim ansammeln. Menschliche rekombinante Desoxyribonuklease I wird solchen Patienten in Aerosolform verabreicht. Es baut die DNA ab und hilft, den Schleim aus der Lunge zu entfernen. Diese Behandlung wurde 1993 in den USA zugelassen.
Desoxyribonukleasen sind als Restriktionsenzyme von großem Nutzen. Einige der Endonukleasen spalten nur an bestimmten Basensätzen. Sie können verwendet werden, um DNA abzubauen und Fragmente zu produzieren, die durch Gelelektrophorese getrennt werden können, um spezifische Muster zu erzeugen. Wenn beim Menschen DNA-Regionen verwendet werden, die sehr unterschiedlich sind, können die Verdauungen Muster ergeben, die einzigartig sind, wie Fingerabdrücke. Ein derartiger Fingerabdruck war für Vaterschaftstests und forensische Arbeiten von großem Nutzen.
Bakterielle Desoxyribonukleasen zersetzen die DNA eindringender Organismen wie Viren. Sie neigen dazu, sehr spezifische Ziele auf der DNA anzusprechen. Die Entdeckung dieser Restriktionsenzyme trug zur Revolution der Biotechnologie bei. Die Spezifität der Spaltung hat es Forschern ermöglicht, diese Enzyme in gentechnischen Experimenten einzusetzen.