Существуют ферменты, которые способны расщеплять нуклеиновые кислоты. Они называются нуклеазами. Их подразделяют на эндо- и экзонуклеазы. Относятся к классу гидролаз.
В зависимости от типа субстрата существуют дезоксирибонуклеазы (ДНКазы) и рибонуклеазы (РНКазы).
Экзонуклеазы поволяют отщеплять моно- или небольшие олигонуклеотиды с концов молекул ДНК или РНК, а эндонуклеазы вносят внутренние разрывы в молекулы нуклеиновой кислоты. К эндонуклеазам относятся рестриктазы.
Некоторые нуклеазы обладают широкой специфичностью и могут расщеплять как РНК, так и ДНК, а также одновременно проявлять обе активности: экзо- и эндонуклеазную.
Встречается 2 типа экзонуклеаз:
-3'-экзонуклеазы - отщепляют мононуклеотид с 3'-конца молекулы;
-5'-экзонуклеазы - отщепляют 5'-концевой мононуклеотид.
Нуклеазы могут отличаться друг от друга и по специфичности. Пищеварительные нуклеазы и нуклеазы лизосом отличаются низкой специфичностью, у них упрощенное строение активного центра. У высокоспецифичных нуклеаз очень сложное строение активного центра. Они способны "узнавать" целую последовательность нуклеотидов из 4-10 пар и расщеплять одну-единственную связь в строго определенном месте. Такие высокоспецифичные ДНКазы называются рестриктазами. Участки ДНК, "узнаваемые" рестриктазами, называются полиндромными последовательностями.
Эндонуклеазы — белки из группы нуклеаз, расщепляющие фосфодиэфирные связи в середине полинуклеотидной цепи. Эндонуклеазы рестрикции, или рестриктазы, расщепляют ДНК в определенных местах (так называемых сайтах рестрикции), они подразделяются на три типа (I, II и III) на основании механизма действия. Эти белки часто используют в генной инженерии для создания рекомбинантных ДНК, которые вводят затем в бактериальные, растительные или животные клетки.
Никаза (надрезающая эндонуклеаза) является ферментом, который режет лишь одну цепь двухцепочечной ДНК в определенных последовательностях нуклеотидов (участках узнавания), называемых сайтом рестрикции. В результате образуется надрезанная, а не разрезанная ДНК. Никазы вместе с ДНК-полимеразой 1 используются для замены некоторых из нуклеотидов в последовательности ДНК их аналогами, мечеными флюоресцентной или же радиоактивной меткой, что позволяет затем использовать эту ДНК в качестве зонда для флюоресцентной гибридизации in situ, блоттинга и ряда других методов молекулярной биологии.
Экзонуклеазы — белки из группы нуклеаз, отщепляющие концевые мононуклеотиды от полинуклеотидной цепи путём гидролиза фосфодиэфирных связей между нуклеотидами.
Экзонуклеазы встречаются в клетках как обособленно, так и в составе ферментативных комплексов.
Рибонуклеазы (РНКазы, Ribonuclease, RNase) — ферменты-нуклеазы, катализирующие деградацию РНК. Рибонуклеазы классифицируют на эндорибонуклеазы и экзорибонуклеазы.
Рибонуклеазы различных классов обнаружены во всех живых организмах. Это указывает на тот факт, что расщепление РНК является древним и очень важным процессом. Рибонуклеазы играют важную роль в созревании молекул РНК всех типов, и особенно мРНК и некодирующих РНК. Система деградации РНК также является первым этапом защиты против РНК-содержащих вирусов, а также более тонких клеточных систем иммунитета, например, РНК-интерференции.
Рибонуклеазы играют ключевую роль во многих биологических процессах, например, при ангиогенезе (процесс образования новых кровеносных сосудов в органе или ткани, в ходе которого происходит реорганизация первичной капиллярной сети, которая сокращается до более простой и чёткой системы капилляров, артерий и вен), а также обуславливают невозможность самоопыления у некоторых цветковых растений.
Дезоксирибонуклеазы (ДНКазы)- ферменты класса гидролаз из группы нуклеаз, катализирующие расщепление фосфодиэфирных связей в молекулах дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) всех организмов. ДНКазы различаются по субстратной специфичности, механизму действия и выполняемой ими функции. Среди них выделяют эндонуклеазы, расщепляющие межнуклеотидные связи внутри молекулы ДНК, и экзонуклеазы, отщепляющие по одному нуклеотидному остатку с 5′- или с 3′-конца полинуклеотидной цепи. Одни ДНКазы разрезают только двухцепочечные молекулы ДНК, другие – одноцепочечные, а третьи активны в отношении и одно-, и двухцепочечных молекул.
ДНКазы участвуют в процессах репликации, репарации и рекомбинации ДНК, выполняют защитные функции, разрушая попавшие в клетки чужеродные ДНК (например, при вирусной инфекции); ответственны за фрагментацию ДНК при запрограммированной смерти клетки – апоптозе. ДНКазы широко используются в научных исследованиях, при создании рекомбинантных ДНК, в молекулярном клонировании, при изучении геномов. Они применяются при диагностике ряда заболеваний и в терапевтических целях.