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

Struktura RNkaze A.

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]