İçeriğe atla

Nükleaz

DNA ile kompleksleşmiş HindIII restriksiyon endonükleazı

Nükleaz, nükleik asitleri kısmen veya tamamen parçalayan bir enzim tipidir. Bu enzimler gerek sindirim sisteminde, gerek de hücre içinde, örneğin hata tamiri, gen regülasyonu, viral savunma gibi önemli işlevlerin gerçekleşmesinde rol oynarlar. Nükleazlar, tiplerine bağlı olarak, DNA ve RNA zincirlerini çeşitli biçimlerde kesebilirler. Gen mühendisliğinde farklı nükleazlar DNA moleküllerinin arzu edilen biçime sokulmasında, ayrıca DNA ve RNA moleküllerinin yapılarının anlaşılmasında birer araç olarak kullanılır.

Sınıflandırma kıstasları

Nükleazların çeşitli özellikleri onların sınıflandırılmasında kullanılır.

  • Enzimin substratı: RNA (kesen enzimlere ribonükleaz denir), DNA (deoksiribonükleaz), RNA ve DNA (bu tür enzimlerin özel bir adı yoktur)
  • Substratın ikincil yapısı: tek iplikli, çift iplikli, hem tek hem çift iplikli.
  • Kesim yeri: uçlardan kesme (eksonükleaz), dahili kesme (endonükleaz), hem uçtan hem dahilî kesim.
  • Şeker-fosfat zincirde kesim yeri: şekerin 5' konumu ve fosfat arasında kesim, şekerin 3' konumu ve fosfat arasında kesim.
  • Baz dizisinin rolü: Diziye spesifik (restriksiyon endonüklazları), diziye nonspesifik.
  • Orijin: Doğal nükleazlar, rekombinant (yapay) nükleazlar.

Nükleazlar genelde kaynaklarına göre adlandırılırlar. Özellikle restriksiyon endonüklazlarında, elde edildikleri organizma ve izolasyon ve karakterizasyon sırasına göre bir adlandırma sistemi kullanılır. Örneğin, EcoRI, Escherichia coli R bakteri suşundan elde edilmiş ilk restriksiyon endonükleazıdır.

Adlandırma sistemi

Uluslararası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği'nin Adlandırma Komitesi'ne göre nükleazların çok büyük çoğunluğu hidrolaz (EC 3) ailesine aittir ve ester bağlarına etki ederler (EC 3.1). Nükleik asitleri sindiren esterazlar, yukarıda belirtilen kıstasların çeşitli kombinezonlarına göre EC 3.1.11 ile 3.1.31 arasındaki numaralara sahiptir.[1]

Doğal işlevleri

DNA ile kompleksleşmiş DNA Polimeraz I'in eksonükleaz bölgesi, bir ele benzer (İngilizce thumb, başparmak, fingers parmaklar, palm avuç içi.

Nükleazların bir kısmı beslenmek amaçlı olarak vücuda alınan nükleik asitlerin sindirilmesine yarar.[2] Bazı bakteriler (örneğin Staphylococcus aureus) de tahrip ettikleri dokularda meydan gelen cerahattaki DNA'yı sindirmek için deoksiribonükleaz salgılarlar.[3]

Nükleazlar hücrenin çalışmasında önemli rol oynarlar. DNA polimerazın DNA zincirine uzatmanın yanı sıra eksonükleaz aktivitesine sahiptir, bu sayede hatalı eklenmiş bazları zincirin ucundan çıkarabilir. Bazı endonükleazlar kimyasal zarar görmüş (örneğin oksidasyon sonucu) DNA parçalarını kesip çıkarırlar. Baz-eksizyon tamirinde görev alan DNAz III, bunun bir örneğidir.[4] RNaz H, DNA ikileşmesinde kullanılan RNA primerini sonradan yok etmeye yarar.[5] Dicer adlı endoribonükleaz, iki iplikli RNA'ları parçalar, bunun hem gen ifadesi düzenlenmesinde,[6] hem de çift iplikli RNA virüslerine karşı korunmada[7] rolü vardır. Mesajcı RNA'ların 3' uçlarından bir eksonükleaz tarafından sindirilmeleri onların kısa ömürlü olmasına neden olur, bu yüzden belli bir mRNA'ya gerek kalmayıp üretimi durunca kısa sürede o mRNA tükenir. Hatalı sentezlemiş mRNA'lar (bitiş kodonu olmayan veya çok erken gelen) ise anlamsızlık aracılıklı mRNA yıkımı (İng nonsense medıated mRNA decay) yolu ile özel endoribonükleazlar tarafından parçalanırlar.

Biyoteknolojide pek çok uygulaması olan restriksiyon enzimleri, bakterilerin kendilerini virüslerden korumak için evrimleştirmiş oldukları restriksiyon-modifikasyon sistemine ait birer savunma aracıdır. Bu enzimler belli DNA dizilerini tanıyıp DNA'yı o noktada keserler ama o tanıma dizisi kimyasal bir modifikasyona uğramışsa kesmezler. Bakterinin kendi DNA'sı modifiye olmuştur ve dolayısıyla kesilmez, ama bakterinin içine giren bir virüs DNA'sı bu modifikasyonu taşımadığı için kesilir.[8]

Uygulama

Bir restriksiyon endonükleazı ile kesilmiş DNA parçaları elektrik alanı içinde uzunluklarıyla ters orantılı hızda ilerlerler.

Laboratuvarda

Rekombinant DNA işlemlerinde çeşitli nükleazlar birer araç olarak kullanılırlar. Bunların başlıcaları ve kullanım amaçları aşağıda belirtilmiştir.[9]

  • Restriksiyon endonükleazları (çeşitli bakterilerden elde edilir), DNA'ya belli bir baz dizisinde bağlanıp o noktada veya oraya çok yakın bir noktada keserler. Bu özelliğe sahip olan ve farklı kesim dizileri tanıyan yüzlerce restriksiyon endonüklezı vardır, bunlardan uygun birini seçerek bir DNA'yı genelde uygun bir yerinden kesmek mümkündür. Bu yolla elde edilen DNA parçalarının sonradan birleştirilmesi amacıyla yeni DNA moleküllerinin elde edilmesi gen mühendisliğinin (rekombinant DNA teknolojisinin) temel yöntemlerinden biridir.
  • Deoksiribonükleaz I (pankreastan elde edilir) çift ve tek zincili DNA'yı keser. RNA veya protein saflaştırmasında DNA'yı yok etmek için, DNA-protein bağlanma yerlerini haritalamak (DNAse I footprinting) ve DNA'nın nick translatıon yöntemiyle radyokatif işaretlenmesi amacıyla DNA'nın tek zincirinde kesikler yaratmakta kullanılır.
  • Ribonükleaz A (pankreas), RNA'yı pirimidin bazlarında keser. DNA izolasyonunda RNA'yı yok etmek amacıyla ve DNA/RNA hibritlerinde eşleşmemiş bazların olduğu noktalarda RNA'yı keserek mutasyonlarının haritalanması için kullanılır.
  • Eksonükleaz III (E. coli), çift iplikli (dupleks) DNA'nın 3' uçlarından nükleotitler çıkarır. Genelde lineer DNA moleküllerinin uşlarından farklı miktarlarda kısaltmalar elde etmek için kullanılır.
  • Mung fasulye nükleazı (Mung fasulya filizleri), tek iplikli DNA'yı sindirir. Yapışkan uçlu DNA moleküllerinin uçlarının düzleştirilmesi için kullanılır.
  • Nükleaz BAL 31 (Alteromonas) çift iplikli DNA'nın hem 5' hem 3' ucundan sindiren bir eksonükleazdır. DNA parçalarının uçlarının kısaltılmasında kullanılır.
  • Nükleaz S1 (Aspergillus) düşük konsantrasyonda kullanılınca hem DNA hem RNA'nın tek iplikli halini keser. Yüksek konsantrasyonda çift iplikli nükleik asitleri (DNA:DNA, DNA:RNA, RNA:RNA) keser. Uygulamada, DNA:RNA komplekslerinin haritalanmasında ve tek iplikli uç uzantıları olan DNA parşalarının uçlarının düzleştirilmesi için kullanılır.
  • Ribonükleaz T1 (Aspergillus), RNA'yı guanin bazlarının 5' tarafından keser. DNA:RNA hibritlerinde tavlanmamış bölgelerin yok edilmesinde kullanılır.

Tıpta

Kistik fibroziste akciğerlerde biriken akyuvarlar parçalanınca açığa çıkan DNA, meydana gelen mukus tabakasının çok daha kıvamlı olmasına neden olur. Deoksiribonükleaz verilmesi ile bu DNA parçalanır ve hasta daha rahat nefes alabilir.[10]

Dış bağlantılar

Kaynakça

  1. ^ "EC 3.1 Acting on Ester Bonds". 3 Mart 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2009. 
  2. ^ Ronald W. Dudek (2007). High-Yield Physiology. Lippincott Williams & Wilkins. s. 180. ISBN 078174587X. 
  3. ^ Moselio Schaechter, N. Cary Engleberg, Victor J. DiRita, Terence Dermody (2006). Schaechter's mechanisms of microbial disease (4th ed. bas.). Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 0781753422. 
  4. ^ Morita M, Stamp G, Robins P, Dulic A, Rosewell I, Hrivnak G, Daly G, Lindahl T, Barnes DE (Ağustos 2004). "Gene-targeted mice lacking the Trex1 (DNase III) 3'-->5' DNA exonuclease develop inflammatory myocarditis". Mol. Cell. Biol. 24 (15). ss. 6719-27. doi:10.1128/MCB.24.15.6719-6727.2004. PMC 444847 $2. PMID 15254239. 
  5. ^ Qiu J, Qian Y, Frank P, Wintersberger U, Shen B (Aralık 1999). "Saccharomyces cerevisiae RNase H(35) functions in RNA primer removal during lagging-strand DNA synthesis, most efficiently in cooperation with Rad27 nuclease". Mol. Cell. Biol. 19 (12). ss. 8361-71. PMC 84926 $2. PMID 10567561. 
  6. ^ Campbell TN, Choy FY (Ocak 2005). "RNA interference: past, present and future". Curr Issues Mol Biol. 7 (1). ss. 1-6. PMID 15580776. 
  7. ^ Deleris A, Gallego-Bartolome J, Bao J, Kasschau KD, Carrington JC, Voinnet O (Temmuz 2006). "Hierarchical action and inhibition of plant Dicer-like proteins in antiviral defense". Science. 313 (5783). ss. 68-71. doi:10.1126/science.1128214. PMID 16741077. 
  8. ^ Lodish, H, Berk A, Zipursky LS, Matsudaira P, Baltimore D, Darnell J (2000). Molecular Cell Biology (4th ed. bas.). Freeman. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2009. 
  9. ^ "Nucleases: DNase and RNase". 4 Mart 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2009. 
  10. ^ "Recombinant human deoxyribonuclease for cystic fibrosis". 17 Temmuz 2009 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2009. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">DNA</span> Canlıların genetik bilgilerini barındıran molekül

Deoksiriboz nükleik asit veya kısaca DNA, tüm organizmaların ve bazı virüslerin canlılık işlevleri ve biyolojik gelişmeleri için gerekli olan genetik talimatları taşıyan bir nükleik asittir. DNA'nın başlıca rolü bilgiyi uzun süre saklamasıdır. Protein ve RNA gibi hücrenin diğer bileşenlerinin inşası için gerekli olan bilgileri içermesinden dolayı DNA; bir kalıp, şablon veya reçeteye benzetilir. Bu genetik bilgileri içeren DNA parçaları gen olarak adlandırılır. Bazı DNA dizilerinin yapısal işlevleri vardır, diğerleri ise bu genetik bilginin ne şekilde kullanılacağının düzenlenmesine yararlar.

<span class="mw-page-title-main">RNA</span> nükleotitlerden oluşan polimer

Ribonükleik asid (RNA), bir nükleik asittir, nükleotitlerden oluşan bir polimerdir. Her nükleotit bir azotlu baz, bir riboz şeker ve bir fosfattan oluşur. RNA pek çok önemli biyolojik rol oynar, DNA'da taşınan genetik bilginin proteine çevirisi (translasyon) ile ilişkili çeşitli süreçlerde de yer alır. RNA tiplerinden olan mesajcı RNA, DNA'daki bilgiyi protein sentez yeri olan ribozomlara taşır, ribozomal RNA ribozomun en önemli kısımlarını oluşturur, taşıyıcı RNA ise protein sentezinde kullanılmak üzere kullanılacak aminoasitlerin taşınmasında gereklidir. Ayrıca çeşitli RNA tipleri genlerin ne derece aktif olduğunu düzenlemeye yarar.

Restriksiyon enzimi veya restriksiyon endonükleazı, çift zincirli DNA moleküllerindeki belli nükleotit dizilerini tanıyan ve her iki zinciri birlikte kesen bir enzim türüdür. Bu özel enzimler, bakteri ve arkelerde bulunurlar ve virüslere karşı bir savunma mekanizmasına aittirler. Konak bakteri hücresinde restriksiyon enzimleri seçici olarak yabancı DNA'ları keserler; konak DNA'yı restriksiyon enziminin etkinliğinden korunmak için bir değiştirme (modifikasyon) enzimi tarafından metillenir. Bu iki süreç toplu olarak restriksiyon modifikasyon sistemi olarak adlandırılır. Bir restriksiyon enzimi DNA'yı kesmek için DNA çift sarmalının her şeker-fosfat omurgasından birer kere olmak üzere iki kesme yapar.

<span class="mw-page-title-main">Nükleik asit</span> bilinen tüm yaşam için gerekli olan büyük biyomoleküller sınıfı

Nükleik asitler, bütün canlı hücrelerde ve virüslerde bulunan, nükleotid birimlerden oluşmuş polimerlerdir. En yaygın nükleik asitler deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA)'dır. İnsan kromozomlarını oluşturan DNA milyonlarca nükleotitten oluşur. Nükleik asitlerin başlıca işlevi genetik bilgi aktarımını sağlamaktır.

<span class="mw-page-title-main">Doğrultu (moleküler biyoloji)</span>

Moleküler biyolojide doğrultu, bir nükleik asit ipliğini oluşturan nükleotitlerin uçuca eklenme yönüyle ilişkildir. Kimyasal adlandırma konvansiyonu gereği, bir nükleotit şeker halkasındaki karbon atomları 1', 2', 3', 4' ve 5' olarak adlandırılır. Nükleik asitlerin doğada sentezlenmeleri sırasında büyüyen zincirin bir ucundaki şeker grubunun serbest bir 3' hidroksil (-OH) grubu vardır, öbür ucundaki şekerin ise serbest bir 5'-OH grubu vardır. Bu iki uca, sırasıyla 3' ve 5' uçları denir. Nükleik asidin sentezi sırasında polimeraz enzimi 3'-OH grubuna bir fosfodiester bağı ile yeni bir nükleotit bağlar. Konvansiyon olarak bir iplikli DNA ve RNA dizileri yazılırken bazların kısaltmaları 5'-3' doğrultusunda yazılır.

Moleküler biyolojide bir baz çifti, birbirine ters doğrultuda iki DNA veya RNA zinciri üzerinde bulunan, biribirine hidrojen bağları ile bağlanmış iki nükleobazdır. Standart Watson-Crick baz eşleşmesinde, adenin (A), timin (T) ile, guanin de sitozin ile bir baz çifti oluşturur. RNA içinde olan baz çiftlerinde timin'in yerini urasil (U) alır. Watson-Crick tipi olmayan ve alternatif hidrojen bağlarıyla meydana gelmiş baz çiftleri de oluşabilir, özellikle RNA'da; bunlara Hoogsteen baz çiftlerinde de rastlanır.

<span class="mw-page-title-main">Tamamlayıcılık (moleküler biyoloji)</span>

Moleküler biyoloji ve biyokimyada tamamlayıcılık veya komplementerlik, iki molekülün birbiriyle temas ettikleri yüzeylerindeki şekillerin uyumu sayesinde birbirlerine sıkı bir şekilde bağlanarak bir bütün oluşturma özellikleridir. Tamamlayıcılık, nükleik asitler ve birbirine bağlanan protein-ligand ikilileri için kullanılır. Tamamlayıcılık ayrıca, birbirini tamamlayan nükleik asitlerin dizileri için de kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">DNA polimeraz</span>

DNA polimeraz, DNA replikasyonunu sağlayan bir enzimdir. Bu enzimler bir DNA ipliğini kalıp olarak kullanır, onu okuyup, onun boyunca deoksiribonükleotitlerin polimerizasyonunu katalizler. Yeni polimerleşmiş molekül kalıp ipliği tamamlayıcıdır ve kalıp ipliğin eski eşi ile aynı yapıya sahiptir.

<span class="mw-page-title-main">Gen yalıtımı</span>

Gen yalıtımı veya izolasyonu, rekombinant DNA teknolojisinde, bir canlıya herhangi bir genin istenilen yön ve biçimde yeni bir düzenleme içine sokulmasındaki ilk aşamadır. Bu yöntemle ilgilenilen geni taşıyan DNA parçaları elde edilir. İşlem için değişik yollar kullanılabilir. Bu yöntemler şu şekilde sıralanabilir:

1. Genellikle kullanılan yöntemlerden biri, bir canlıdan yalıtılan ve saflaştırılan DNA moleküllerini, çift zincirli yapılarını bozmadan parçalamaktadır.
<span class="mw-page-title-main">Fosfodiester bağı</span>

Fosfodiester bağı, DNA ve RNA'daki fosfatların, şekerlerle yaptığı bağa verilen addır. Bu bağ, doğadaki en güçlü kovalent bağlardan biridir. Fosfodiester bağı, ardışık nükleotit şekerlerinden birisinin 5'-hidroksil grubunun, diğerinin 3'-hidroksil grubuna fosfat köprüsü aracılığı ile bağlanmasıyla oluşur.

Esteraz, esterleri bir su molekülü ile kimyasal tepkimeye sokarak onlardan bir asit ve bir alkol molekülü üreten, hidrolaz tipi bir enzimdir.

Moleküler biyolojide anlam, DNA ve RNA gibi nükleik asit moleküllerinde bulunan bilginin yönünün (polaritesinin) başka nükleik asitlerle karşılaştırılmasında kullanılan bir kavramdır. Hangi bağlamda kullanıldığına bağlı olarak "anlam" terimi farklı manalara gelebilir. Bir manasıyla "anlam", bir nükleik asidin protein kodlama özelliğidir. Bir diğer manasıyla "anlam", tek iplikli RNA virüslerinde, viriondan çıkan genomik RNA'nın doğrudan protein kodlayabilme özelliğidir. "Antianlamlı" nükleik asitlerden söz edilince, anlamlı bir mRNA'nın ifadesini engelleyen, komplemanter dizili bir nükleik asit kastedilir.

<span class="mw-page-title-main">Ters transkriptaz</span> RNA şablonundan DNA üreten bir enzim

Biyokimyada bir ters transkriptaz veya RNA'ya bağımlı DNA polimeraz, tek iplikli bir RNA molekülü okuyup tek iplikli DNA üreten bir DNA polimeraz enzimidir. Bu enzim, ayrıca, RNA tek iplikli cDNA şeklinde okunduktan sonra çift iplikli DNA oluşmasında da görev alır. Normal transkripsiyon DNA'dan RNA sentezidir; dolayısıyla ters transkripsiyon bu sürecin tersidir.

<span class="mw-page-title-main">Homolog rekombinasyon</span>

Homolog rekombinasyon, benzer veya aynı dizilere sahip DNA iplikleri arasında nükleotit dizilerinin birbiriyle yer değiştirdiği bir genetik rekombinasyon tipidir. Bu süreç sırasında DNA birkaç kere kesilir, sonra da birleştirilir. Homolog rekombinasyon, DNA'daki çift iplikli kırıkların hatasız tamirinde kullanılmanın yanı sıra, mayoz sırasında krosover yoluyla yeni DNA dizi bileşimlerinin (kombinezonlarının) oluşumunu da sağlar. DNA'daki yeni bileşimler genetik varyasyonlar oluşturur. Genetik varyasyonlar yeni, bir olasılıkla yararlı olabilecek alel kombinasyonlarıdır, bunların üreyen canlı topluluklarda oluşmaları, bu değişiklikleri taşıyan bireylerin değişen çevresel şartlara evrimsel adaptasyon göstermelerini sağlar.

Endonükleazlar bir polinükleotit zincirindeki fosfodiester bağını kesen enzimlerdir. Buna karşın eksonükleazlar polinükleotit zincirinin sadece en ucundaki fosfodiester bağını keser. Doğada endonükleazlar çeşitli hücresel işlevlere sahiptir. Bu enzimlerin bazıları moleküler biyoloji laboratuvarlarında birer araç olarak da kullanılır.

Restriksiyon modifikasyon sistemi bakterilerin kendilerini yabancı DNA'dan korumak için kullandığı bir sistemdir. RM sistemleri iki unsurdan oluşur: 1) yabancı DNA'yı belli noktalarında kesen restriksiyon enzimleri ve 2) konak hücrenin DNAsının kesilmemesi için ona metil grupları ekleyen metilaz enzimlerinden oluşur. Bir RM sistemindeki restriksiyon enzimi ve metilaz aynı DNA dizi motifini tanır, eğer o dizi metillenmişse DNA kesilmez. RM sistemlerinin tanıdığı DNA dizisi bakteri türleri arasında farklılık gösterdiği için, yabancı DNA eğer başka türden bir bakteriden kayanklanıyorsa muhtemelen farklı bir metilasyon gösterir ve yabancı olarak algılanır. Hücreye dışarıdan gelen DNA eğer uygun yerlerde metil grupları taşımıyorsa hücreye zarar veremeden parçalanır. Bilinen bakterilerin yaklaşık yarısının RM sistemi vardır ve bunların yarısında birden fazla RM sistemi bulunur.

<span class="mw-page-title-main">Eksonükleaz</span>

Eksonükleaz bir nükleik asit zincirinin ucundan nükleotitleri teker teker kesen enzimdir. Bu zincirlerin 3' veya 5' uçlarındaki fosfodiester bağlarını kıran bir hidroliz tepkimesi olur, bu yüzden bu enzimler fosfoesteraz olarak tanımlanabilirler. Buna karşın, bir diğer fosfoesteraz tipi olan endonükleazlar bir polinükleotit zincirlerinin ortasındaki fosfodiester bağlarını keser.

<span class="mw-page-title-main">T7 RNA polimeraz</span>

T7 RNA Polymeraz T7 bakteriyofaja ait bir RNA polimerazdır. Bu enzim, faj genlerindeki genetik bilginin mesajcı RNA molekülü şeklinde transkripsiyonunu katalizler.

Deaminasyon bir molekülden bir amino grubunun çıkarılması. Bu reaksiyonu katalizleyen enzimler deaminaz olarak adlandırılır.

Ribonükleaz, RNA'nın daha küçük bileşenlere parçalanmasını katalize eden bir nükleaz türüdür. Ribonükleazlar, endoribonükleazlar ve ekzoribonükleazlar adlı iki gruba ayrılabilir ve EC 2.7 ve 3.1 enzim sınıfları dahilinde çeşitli alt sınıfları içerir.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.