Jak enzymy restrykcyjne odcinają sekwencje DNA?

W naturze, organizmy stale muszą chronić się przed obcymi najeźdźcami, nawet na poziomie mikroskopowym. U bakterii istnieje grupa enzymów bakteryjnych, które działają poprzez demontaż obcych DNA. Ten proces demontażu nazywa się restrykcją, a enzymy przeprowadzające ten proces nazywane są enzymami restrykcyjnymi.

Enzymy restrykcyjne są bardzo ważne technologia rekombinacji DNA. Enzymy restrykcyjne zostały wykorzystane do produkcji szczepionek, produktów farmaceutycznych, roślin odpornych na owady i wielu innych produktów.

Kluczowe dania na wynos

Enzymy restrykcyjne to klasa enzymów, które tną DNA na fragmenty w oparciu o rozpoznanie określonej sekwencji nukleotydów. Enzymy restrykcyjne są również znane jako endonukleazy restrykcyjne.

Chociaż istnieją setki różnych enzymów restrykcyjnych, wszystkie działają w zasadzie w ten sam sposób. Każdy enzym ma tak zwaną sekwencję lub miejsce rozpoznawania. Sekwencja rozpoznawania jest zazwyczaj specyficzna, krótka nukleotyd sekwencja w DNA. Enzymy tną w określonych punktach w rozpoznanej sekwencji. Na przykład enzym restrykcyjny może rozpoznawać określoną sekwencję guaniny, adeniny, adeniny, tyminy, tyminy, cytozyny. Gdy ta sekwencja jest obecna, enzym może dokonywać rozłożonych cięć w szkielecie cukrowo-fosforanowym w sekwencji.

Ale jeśli enzymy restrykcyjne są cięte na podstawie określonej sekwencji, w jaki sposób komórki takie jak bakterie chronią własne DNA przed cięciem przez enzymy restrykcyjne? W typowej celi grupy metylowe (CH₃) są dodawane do zasad w sekwencji, aby zapobiec rozpoznaniu przez enzymy restrykcyjne. Proces ten przeprowadzany jest przez komplementarne enzymy, które rozpoznają tę samą sekwencję zasad nukleotydowych jak enzymy restrykcyjne. Metylacja DNA jest znana jako modyfikacja. Dzięki procesom modyfikacji i ograniczania komórki mogą ciąć obcy DNA, który stanowi zagrożenie dla komórki, zachowując jednocześnie ważne DNA komórki.

W oparciu o dwuniciową konfigurację DNA sekwencje rozpoznające są symetryczne na różnych stanowiskach, ale biegną w przeciwnych kierunkach. Przypomnij sobie, że DNA ma „kierunek” wskazany przez rodzaj węgla na końcu nici. Koniec 5 'ma przyłączoną grupę fosforanową, podczas gdy drugi koniec 3' ma przyłączoną grupę hydroksylową. Na przykład:

5 'koniec -... guanina, adenina, adenina, tymina, tymina, cytozyna... - koniec 3 '

Koniec 3 '-... cytozyna, tymina, tymina, adenina, adenina, guanina... - koniec 5 '

Jeśli, na przykład, enzym restrykcyjny przecina sekwencję między guaniną i adeniną, to zrobiłby to z obiema sekwencjami, ale na przeciwnych końcach (ponieważ druga sekwencja działa przeciwnie kierunek). Ponieważ DNA jest cięte na obu niciach, będą komplementarne końce, które mogą wiązać się wodorem ze sobą. Te końce są często nazywane „lepkimi końcami”.

Lepkie końce fragmentów wytwarzanych przez enzymy restrykcyjne są przydatne w warunkach laboratoryjnych. Można ich używać do łączenia fragmentów DNA z różnych źródeł i różnych organizmów. Fragmenty są trzymane razem przez wiązania wodorowe. Z chemicznego punktu widzenia wiązania wodorowe są słabymi atrakcjami i nie są trwałe. Jednak przy użyciu innego rodzaju enzymu wiązania mogą być trwałe.

Ligaza DNA jest bardzo ważnym enzymem, który działa zarówno w replikacja i naprawa DNA komórki. Działa, pomagając w połączeniu nici DNA. Działa poprzez katalizowanie wiązania fosfodiestrowego. Ta więź jest wiązanie kowalencyjne, znacznie silniejszy niż wyżej wspomniane wiązanie wodorowe i zdolny do utrzymania różnych fragmentów razem. Kiedy stosuje się różne źródła, powstały rekombinowany DNA, który jest wytwarzany, ma nową kombinację genów.

Istnieją cztery szerokie kategorie enzymów restrykcyjnych: enzymy typu I, enzymy typu II, enzymy typu III i enzymy typu IV. Wszystkie mają tę samą podstawową funkcję, ale różne typy są klasyfikowane na podstawie ich rozpoznania kolejność, sposób ich rozszczepiania, ich skład i wymagania dotyczące substancji (potrzeba i rodzaj kofaktory). Ogólnie, enzymy typu I wycinają DNA w miejscach odległych od sekwencji rozpoznającej; Cięte DNA typu II w obrębie sekwencji rozpoznawalnej lub blisko niej; Cięcie DNA typu III w pobliżu sekwencji rozpoznawalnych; i typ IV rozszczepia metylowany DNA.

• Biolabs, Nowa Anglia. „Rodzaje endonukleaz restrykcyjnych”. New England Biolabs: Reagents for the Life Sciences Industry, www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonucleases/types-of-restriction-endonucleases.
• Reece, Jane B. i Neil A. Campbell. Campbell Biology. Benjamin Cummings, 2011.