ヌクレアーゼは、核酸を分解するための責任がある酵素です。それらは、ヌクレオチドを一緒に保持するホスホジエステル結合の加水分解によってこれを行います。このため、文献ではホスホジエステラーゼとしても知られています。これらの酵素は、ほとんどすべての生物学的実体に見られ、DNA複製、修復、その他のプロセスで基本的な役割を果たします。
一般的に、それらを切断する核酸の種類に応じて分類できます。RNAを基質とするヌクレアーゼはリボヌクレアーゼと呼ばれ、DNAのヌクレアーゼはデオキシリボヌクレアーゼと呼ばれます。DNAとRNAの両方を分解することができるいくつかの非特異的なものがあります。
ホスホジエステル結合。出典：Xvazquez
別の広く使用されている分類は、酵素の作用に依存します。それが核酸鎖の末端から始めて徐々にその働きをする場合、それらはエキソヌクレアーゼと呼ばれます。対照的に、切断がチェーンの内部のポイントで発生する場合、それらはエンドヌクレアーゼと呼ばれます。
現在、特定のエンドヌクレアーゼは、分子生物学研究所の組換えDNA技術で広く使用されています。これらは、核酸の実験的操作のための非常に貴重なツールです。
特徴
ヌクレアーゼは、タンパク質の性質を持ち、酵素活性を持つ生体分子です。それらは、核酸中のヌクレオチドを結合する結合を加水分解することができます。
それらは一般的な酸塩基触媒作用を通じて作用します。この反応は、求核攻撃、負に帯電した中間体の形成、最後のステップとしての結合の切断という3つの基本的なステップに分けることができます。
ポリメラーゼと呼ばれる種類の酵素があり、DNA（複製）とRNA（転写）の両方の合成を触媒します。いくつかのタイプのポリメラーゼはヌクレアーゼ活性を示します。ポリメラーゼと同様に、他の関連酵素もこの活性を示します。
構造
ヌクレアーゼは非常に不均一な酵素のセットであり、その構造と作用機序の間にほとんど関係がありません。つまり、これらの酵素の構造には大きな違いがあるため、それらすべてに共通する構造については言及できません。
タイプ
ヌクレアーゼには複数のタイプがあり、それらを分類するための異なるシステムもあります。この記事では、2つの主要な分類システムについて説明します。分解する核酸の種類と、酵素への攻撃方法です。
読者が興味を持っている場合は、各ヌクレアーゼの機能に基づいて3番目のより広範な分類を探すことができます（Yang、2011を参照）。
ヌクレアーゼはこれらの酵素系にも存在し、それらの基質に特異的ではなく、両方のタイプの核酸を分解する可能性があることを言及する必要があります。
使用する基質の特異性に応じて
有機物に事実上遍在する2種類の核酸があります。デオキシリボ核酸（DNA）とリボ核酸（RNA）です。DNAを分解する特定の酵素はデオキシリボヌクレアーゼ、RNAはリボヌクレアーゼと呼ばれます。
攻撃の形態によると
核酸鎖が内因的に、すなわち鎖の内部領域で攻撃される場合、酵素はエンドヌクレアーゼと呼ばれます。代替攻撃は鎖の一端で徐々に起こり、それを実行する酵素はエキソヌクレアーゼです。各酵素の作用は異なる結果をもたらします。
エキソヌクレアーゼはヌクレオチドを段階的に分離するので、基質への影響はそれほど劇的ではありません。それどころか、エンドヌクレアーゼの作用は、それらが異なる点で鎖を切断できるため、より顕著です。後者はDNA溶液の粘度を変えることさえできます。
エキソヌクレアーゼは、ヌクレオチドをまとめる結合の性質を解明する上で重要な要素でした。
エンドヌクレアーゼ切断部位の特異性はさまざまです。非特異的部位で切断できるいくつかのタイプ（酵素デオキシリボヌクレアーゼIなど）があり、シーケンスに関して比較的ランダムな切断を生成します。
対照的に、特定の配列でのみ切断する非常に特異的なエンドヌクレアーゼがあります。分子生物学者がこの特性をどのように利用するかについては後で説明します。
エンドヌクレアーゼとエキソヌクレアーゼの両方として機能できるヌクレアーゼがいくつかあります。この例は、いわゆるマイクロコニックヌクレアーゼです。
特徴
ヌクレアーゼは、生命に不可欠な一連の反応を触媒します。ヌクレアーゼ活性は、プライマーまたはプライマーを排除し、エラーの修正に関与するため、DNA複製の必須要素です。
このようにして、組換えとDNA修復と関連する2つのプロセスは、ヌクレアーゼによって媒介されます。
また、トポ異性化や部位特異的組換えなど、DNAの構造変化の生成にも貢献しています。これらすべてのプロセスを実行するには、ヌクレアーゼによるホスホジエステル結合の一時的な切断が必要です。
RNAでは、ヌクレアーゼも基本的なプロセスに参加しています。たとえば、メッセンジャーの成熟や干渉RNAの処理などです。同様に、それらはプログラムされた細胞死またはアポトーシスのプロセスに関与しています。
単細胞生物では、ヌクレアーゼは、細胞に侵入する外来DNAを消化できる防御システムを表します。
アプリケーション：制限酵素
分子生物学者は、特定の制限ヌクレアーゼと呼ばれる特定のヌクレアーゼの特異性を利用します。生物学者は、細菌が実験室の技術を通じて導入された外来DNAを消化できることに気づきました。
この現象をさらに掘り下げて、科学者たちは制限ヌクレアーゼ、つまり特定のヌクレオチド配列でDNAを切断する酵素を発見しました。これらは一種の「分子はさみ」であり、販売用に製造されていることがわかります。
細菌のDNAは、分解を促進する配列の化学修飾によって保護されているため、このメカニズムに対して「免疫」があります。細菌の各種および株には、特定のヌクレアーゼがあります。
これらの分子は、切断が常に同じ場所（長さが4〜8ヌクレオチド）で行われることを保証するため、非常に便利です。それらは組換えDNA技術に応用されています。
または、一部のルーチン手順（PCRなど）では、ヌクレアーゼの存在がプロセスに悪影響を及ぼします。これは、分析が必要な材料を消化するためです。このため、いくつかのケースでは、これらの酵素の阻害剤を適用する必要があります。
参考文献
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