دی‌اکسی ریبونوکلئاز یا DNase

دی‌اکسی ریبونوکلئاز یا DNase

دی‌اکسی ریبونوکلئازها (Deoxyribonuclease) آنزیم‌های اختصاصی هستند که به آن‌ها DNase نیز می‌گویند. در واقع DNase آنزیمی ‌است که باعث کاتالیز واکنش هیدرولیز پیوند‌های فسفودی‌استر در ستون فقرات DNA و در نتیجه تخریب DNA  می‌شود. دی‌اکسی ریبونوکلئازها یکی از انواع نوکلئاز‌ها به شمار می‌آیند، نوکلئازها نام عمومی ‌برای آنزیم‌‌هایی است که قادر به هیدرولیز کردن پیوند‌های فسفودی‌استر در اسیدهای نوکلئیک هستند. پیوندهای فسفو‌دی‌استر، اتصالات بین نوکلئوتید‌ها را برقرار می‌کنند. طیف گسترده‌ای از آنزیم‌های دی‌اکسی ریبونوکلئاز شناخته شده‌اند که در ویژگی‌‌های سوبستراهای اختصاصی، مکانیسم‌‌های شیمیایی و عملکرد‌های بیولوژیکی با یکدیگر تفاوت دارند.

DNase
انواع آنزیم‌های نوکلئاز با هیدرولیز پیوندهای فسفودی‌استر می‌توانند رشته‌های اسید نوکلئیک را تجزیه کنند.

نحوه عملکرد آنزیم‌های دی‌اکسی ریبونوکلئاز

انواع مختلفی از آنزیم‌های دی‌اکسی ریبونوکلئازها وجود دارند که هر یک عملکرد خاصی را بر عهده دارند و نحوه برش و ساختار مولکولی که به عنوان سوبسترا این آنزیم‌ها محسوب می‌شود، با یکدیگر متفاوت هستند. در این اینجا به معرفی عملکرد برخی از این آنزیم‌های دی‌اکسی ریبونوکلئاز می‌پردازیم:

برخی از آنزیم‌های دی‌اکسی ریبونوکلئاز می‌توانند شکاف یا برش خود را در انتهای مولکول‌های DNA ایجاد کنند، به این آنزیم‌ها «اگزو دی‌اکسی ریبونوکلئاز» (Exodeoxyribonucleases) می‌گویند، این آنزیم‌ها در گروه اگزونوکلئازها قرار می‌گیرند. گروه دیگری از آنزیم‌های دی‌اکسی ریبونوکلئازها در امتداد زنجیره‌های DNA در هر مکانی قادر به ایجاد برش و شکاف هستند، به این آنزیم‌‌ها «اندو دی‌اکسی ریبونوکلئاز» ((Endodeoxyribonucleases می‌گویند که در گروه آنزیم‌های اندو نوکلئاز جای می‌گیرند.

برخی از آنزیم‌های اندو ریبونوکلئاز نسبت به توالی DNAای که آن را به عنوان سوبسترا برش می‌دهند،  غیراختصاصی عمل می‌کنند، در حالی که برخی دیگر از این آنزیم‌ها ، از جمله «آنزیم‌‌های محدود کننده» (Restriction Enzymes) ، بخش‌های خاصی از توالی DNA را برش می‌دهند.

گروهی از آنزیم‌های دی‌اکسی ریبونوکلئاز فقط بر روی توالی‌های دورشته‌ای DNA می‌تواند برش ایجاد کنند اما برخی دیگر از این آنزیم‌ها برای مولکول‌های DNA تک رشته‌ای اختصاصی عمل می‌کنند. از سویی دیگر آنزیم‌های ریبونوکلئازی نیز وجود دارند که بر هر دو نوع مولکول تک و دو رشته DNA برش ایجاد می‌کنند.

آنزیم‌‌های DNase را می‌توان به عنوان درمانی برای مبتلایان به «فیبروز کیستیک» (Cystic Fibrosis) به کار برد. برای این کار از این آنزیم‌ها در قالب داروهای استنشاقی استفاده می‌شود. در بیماری فیبروز کیستیک آنزیم‌‌های DNase کمک کننده هستند، به دلیل این که در بیماری فیبروز کیستیک، گلبول‌‌های سفید در مخاط تجمع می‌یابند و این گلبول‌ها تجزیه شده وDNA  آن‌ها آزاد ‌می‌شوند، «چسبندگی» مخاط مجاری تنفسی در آن‌ها می‌افزاید، از این رو، با مصرف داروهای استنشاقی آنزیم‌‌های دی‌اکسی ریبونوکلئاز، DNAهای آزاد شده تجزیه می‌شوند و  به این ترتیب پاک کردن مخاط از ریه‌‌ها بسیار آسان‌تر انجام می‌گیرد..

بیماران فیبروز کیستیک
وضعیت ریه‌ها و مجاری تنفسی در بیماران فیبروز کیستیک در مقایسه با افراد سالم

کاربردهای آنزیم دی‌اکسی ریبونوکلئاز

 آنزیم‌ها دی‌اکسی ریبونوکلئازها انواع متفاوتی دارند و به همین دلیل در واکنش های مختلفی نیز می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند که این واکنش‌ها ممکن است در بدن از لحاظ پزشکی و شرایط سلامت بدن مفید واقع شوند. به عنوان مثال، براساس مطالعات انجام شده در زمینه بیماری‌های ریوی نشان داده شده است كه فعال كننده پلاسمينوژن بافت داخل سلولي (TPA) همراه با دی‌اکسی ریبونوکلئاز باعث تخليه پلور، كاهش طول مدت بستري در بيمارستان و كاهش نياز به جراحي در مواردی مثل آب آوردن ریه، پنومونی و آمپيم پلور مي‌شود.

علاوه بر کاربردهای آنزیم‌های دی‌اکسی ریبونوکلئازها در پزشکی، این آنزیم‌ها در سایر زمینه‌ها نظیر مطالعات مولکولی مانند تحقیقات در مورد پروتئین‌ها و تخلیص پروتئینی یا RNA از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند.

آنزیم دی‌اکسی ریبونوکلئاز معمولاً هنگام تخلیص پروتئین‌‌هایی که از ارگانیسم‌‌های پروکاریوتی استخراج می‌شوند، مورد استفاده می‌گیرد. استخراج پروتئین اغلب شامل تخریب دیواره سلولی است. در پروتکل‌های استخراج پروتئين معمول است که دیواره سلولی تخریب و شکسته شده و به عبارت دیگر لیز می‌شود و DNA ناخواسته و پروتئین‌‌های مورد نظر از سلول را آزاد می‌کند. عصاره پروتئین به همراه  DNA حاصل از این شکست سلولی، بسیار چسبناک است و تخلیص و جداسازی آن‌ها بسیار دشوار است، در این زمان با اضافه کردن آنزیم دی‌اکسی ریبونوکلئاز، DNA موجود در عصاره سلولی هیدرولیز می‌شود اما این آنزیم بر پروتئین‌‌ها بی‌اثر است و به این ترتیب عصاره سلولی می‌تواند تخلیص شده و پروتئین حاصل از آن جداسازی شود.

دی‌اکسی ریبونوکلئاز
آنزیم‌های دی‌اکسی ریبونوکلئاز برای واکنش‌های تخلیص پروتئین و RNA مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع آنزیم دی‌اکسی ریبونوکلئاز

دو نوع اصلی DNase که در جانوران یوکاریوتیک پرسلولی یافت می‌شوند به عنوان دی‌اکسی ریبونوکلئاز ۱ و دی‌اکسی ریبونوکلئاز ۲ شناخته می‌شوند. انواع دیگر DNase شامل نوکلئاز میکروکوکی است.

سنجش نوری عملکرد آنزیم دی‌اکسی ریبونوکلئاز

DNA نور UVیا ماورا بنفش را با طول موج حداکثر جذب نزدیک به ۲۶۰ نانومتر جذب می‌کند. این جذب به دلیل وجود الکترون‌‌های pi در باز‌‌های آروماتیک DNA است. درDNA  دورشته‌ای یا حتی مناطقی از RNA که ساختار دو رشته‌ای در آن ایجاد می‌شود، بازها به موازات یکدیگر قرار می‌گیرند و همپوشانی مدار‌های مولکولی بازها باعث کاهش جذب نور UV می‌شود. این پدیده «اثر هیپوکرومی» (Hypochromic Effect) ‌نامیده می‌شود.

DNASE
در این نمودار جذب مولکول‌های دورشته و تک رشته DNA و اثر هیپوکرومی(کاهش جذب) و هایپرکرومی (افزایش جذب) درآن‌ها نشان داده شده است.

وقتی DNAse نوکلئوتید‌ها را از DNA دورشته‌ای آزاد می‌کند، باز‌‌ها دیگر مانند قبل به موازات هم قرار نمی‌گیرند، به طوری که همپوشانی مداری به حداقل می‌رسد و جذب UV افزایش می‌یابد. این افزایش جذب بازها در واقع، اساس «واحد کونیتز» (Kunitz unit ) یا واحد فعالیت آنزیم DNAse را تشکیل می‌دهد. یک واحد کونیتز به عنوان مقدار آنزیم اضافه شده به ۱ میلی‌گرم در میلی‌لیتر DNA اسپرم سالمون تعریف می‌شود که باعث افزایش جذب ۰٫۰۰۱ در دقیقه در طول موج ۲۶۰ نانومتر در هنگام عملکرد بر روی DNA بسیار پلیمریزه در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد و در بافر ۰٫۱ میلی گرم (NaOAc)  تعریف می‌شود. pH این بافر برابر با ۵ است.

نام این واحد آنزیمی از نام  بیوشیمیست روسی-آمریکایی «M. Kunitz» که آزمایش استاندارد جذب DNA را در سال ۱۹۴۶ارائه داد، گرفته شده است.

پاسخی بگذارید

بستن منو
×

سبد خرید