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 der Techniken der Gentechnik beteiligt.
Es gibt verschiedene Arten von Desoxyribonukleasen, aber allen gemeinsam ist die Spaltung der Phosphatbindung der Basen, die das DNA-Rückgrat bilden. Exodesoxyribonukleasen spalten DNA vom Ende der Basenkette, aus der ein DNA-Molekül besteht, und wandern nach innen. Diese wirken auf einzelsträngige DNA und sind unspezifisch. Endonukleasen spalten DNA innerhalb der Kette. Einige sind sehr spezifisch und erfordern bestimmte Basensequenzen, um zu wirken, während andere nicht diskriminieren und überall spalten.
Der Mensch produziert zwei verschiedene Arten von Desoxyribonukleasen, die Endonukleasen sind. Desoxyribonuklease I und II unterscheiden sich in den von ihnen produzierten Produkten und dem pH-Wert, bei dem sie aktiv sind. Desoxyribonuklease II kann am programmierten Zelltod oder dem gezielten Zelltod beteiligt sein.
Die Hauptfunktion 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, bei dem die beschädigte DNA ausgeschnitten wird. Eine Endonuklease erkennt die beschädigte DNA und spaltet sie auf beiden Seiten, wo der Schaden angerichtet wurde. Dann entfernt eine Exodesoxyribonuklease 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, während die DNA hergestellt wird. Wird ein Fehler festgestellt, wird dieser durch eine DNA-Polymerase mit Exodesoxyribonuclase-Aktivität behoben. Es wird die falsche Basis spalten, so dass 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. Humane 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 Vereinigten Staaten 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 herzustellen, die durch Gelelektrophorese getrennt werden können, um spezifische Muster zu erzeugen. Wenn beim Menschen DNA-Regionen verwendet werden, die sehr variabel sind, können die Verdauungen einzigartige Muster wie Fingerabdrücke ergeben. Solche Fingerabdrücke waren für Vaterschaftstests und forensische Arbeiten sehr nützlich.
Bakterielle Desoxyribonukleasen bauen die DNA von eindringenden Organismen wie Viren ab. Sie neigen dazu, auf sehr spezifische Ziele auf der DNA zu zielen. Die Entdeckung dieser Restriktionsenzyme trug dazu bei, die biotechnologische Revolution einzuleiten. Die Spezifität der Spaltung hat es Forschern ermöglicht, diese Enzyme in gentechnischen Experimenten einzusetzen.