Comme toutes les enzymes, les nucléases sont des protéines qui accélèrent des réactions chimiques spécifiques. Dans ce cas, elles accélèrent la rupture des liaisons chimiques qui maintiennent ensemble les nucléotides dans l'ADN et l'ARN. Les nucléotides dans l'ADN et l'ARN sont liés entre eux par des liaisons phosphodiester. Les nucléases utilisent une molécule d'eau (hydrolyse) pour briser ces liaisons.

Types de nucléases.
Il existe différents types de nucléases, classés selon plusieurs critères :

Selon le type d'acide nucléique qu'elles ciblent.
Les nucléases à structure spécifique reconnaissent et coupent spécifiquement des séquences d'acides nucléiques particulières.

• Les désoxyribonucléases (DNases) sont spécifiques à l'ADN. Elles dégradent l'ADN. Par exemple, les enzymes de restriction, utilisées en biologie moléculaire, sont des nucléases à structure spécifique qui reconnaissent et clivent des séquences spécifiques d'ADN.

• Les ribonucléases (RNases) sont pécifiques à l'ARN. Elles dégradent l'ARN.

• Les endonucléases coupent les brins d'ADN ou d'ARN en interne, c'est-à-dire au milieu de la séquence nucléotidique. Elles peuvent être spécifiques à certaines séquences ou non spécifiques.

 â€¢ Les exonucléases agissent en dégradant les brins d'ADN ou d'ARN à partir de leurs extrémités. Les exonucléases peuvent soit dégrader le brin à partir de l'extrémité 3' (exonucléases 3' → 5') soit à partir de l'extrémité 5' (exonucléases 5' → 3').

• La réparation de l'ADN. - Les nucléases impliquées dans la réparation de l'ADN éliminent les régions endommagées de l'ADN pour permettre leur remplacement par des séquences correctes.

• La réplication de l'ADN. - Certaines nucléases agissent dans la maturation des fragments d'Okazaki lors de la réplication de l'ADN.

• La recombinaison génétique. - Les nucléases sont nécessaires pour initier et résoudre la recombinaison génétique.

• La maturation et dégradation de l'ARN. - Les RNases sont importantes pour le traitement des ARN nouvellement synthétisés (par exemple, la maturation de l'ARNr, ARNt, ARNm) et pour la dégradation des ARN qui ne sont plus nécessaires.

• La défense contre les pathogènes. - Chez les bactéries, les enzymes de restriction (un type d'endonucléase) sont un système de défense contre les virus bactériophages en coupant l'ADN viral étranger. Le système CRISPR-Cas9 utilise également une nucléase (Cas9) pour cibler et couper l'ADN.

• L'apoptose (mort cellulaire programmée). - Les nucléases jouent un rôle clé dans la fragmentation de l'ADN lors de la mort cellulaire programmée.

• Le recyclage des nucléotides. - La dégradation des acides nucléiques par les nucléases permet de recycler les nucléotides pour la synthèse de nouveaux acides nucléiques.