Czym są enzymy restrykcyjne?

Boghog2 / Wikimedia Commons

Endonukleazy restrykcyjne to klasa enzym które przecinają cząsteczki DNA. Każdy enzym rozpoznaje unikalne sekwencje nukleotydów w nici DNA — zwykle o długości około czterech do sześciu par zasad. Sekwencje są palindromiczne w tym sensie, że komplementarna nić DNA ma tę samą sekwencję w odwrotnym kierunku. Innymi słowy, obie nici DNA są cięte w tym samym miejscu.

Gdzie znajdują się te enzymy?

Enzymy restrykcyjne znajdują się w wielu różnych szczepach bakterii, których biologiczną rolą jest udział w obronie komórkowej. Enzymy te ograniczają obce (wirusowe) DNA, które wnika do komórek, niszcząc je. Komórki gospodarza posiadają system restrykcyjno-modyfikacyjny, który metyluje ich własne DNA w miejscach specyficznych dla ich odpowiednich enzymów restrykcyjnych, chroniąc je w ten sposób przed rozszczepieniem. Ponad 800 znane enzymy zostały odkryte, które rozpoznają ponad 100 różnych sekwencji nukleotydowych.

Rodzaje enzymów restrykcyjnych

Istnieje pięć różnych typów enzymów restrykcyjnych. Typ I tnie DNA w losowych miejscach aż do 1000 lub więcej par zasad od miejsca rozpoznania. Typ III wycina około 25 par zasad od miejsca. Oba te typy wymagają ATP i mogą być dużymi enzymami z wieloma podjednostkami. Enzymy typu II, stosowane głównie w biotechnologii, tną DNA w obrębie rozpoznanej sekwencji bez konieczności stosowania ATP i są mniejsze i prostsze.

Enzymy restrykcyjne typu II są nazywane zgodnie z gatunkami bakterii, z których zostały wyizolowane. Na przykład enzym EcoRI wyizolowano z E. coli. Większość społeczeństwa zna epidemie E. coli w żywności.

Enzymy restrykcyjne typu II mogą generować dwa różne typy nacięć w zależności od tego, czy przecinają obie nici w środku rozpoznawanej sekwencji, czy każdą nić bliżej jednego końca rozpoznawanej sekwencji.

Poprzednie cięcie wygeneruje „tępe końce” bez nawisów nukleotydowych. Ten ostatni generuje „lepkie” lub „spójne” końce, ponieważ każdy powstały fragment DNA ma nawis, który uzupełnia inne fragmenty. Oba są przydatne w genetyce molekularnej do wytwarzania rekombinowany DNA i białka. Ta forma DNA wyróżnia się, ponieważ jest wytwarzana przez ligację (wiązanie razem) dwóch lub więcej różnych nici, które pierwotnie nie były ze sobą połączone.

Enzymy typu IV rozpoznają metylowany DNA, a enzymy typu V wykorzystują RNA do cięcia sekwencji atakujących organizmów, które nie są palindromiczne.

Zastosowanie w biotechnologii

Enzymy restrykcyjne są wykorzystywane w biotechnologii do cięcia DNA na mniejsze nici w celu badania różnic długości fragmentów między osobnikami. Nazywa się to polimorfizmem długości fragmentów restrykcyjnych (RFLP). Są również używane do klonowania genów.

Techniki RFLPzostały wykorzystane do ustalenia, że ​​osobniki lub grupy osobników mają charakterystyczne różnice w sekwencjach genów i wzorcach cięcia restrykcyjnego w pewnych obszarach genomu. Znajomość tych unikalnych obszarów to podstawa Pobieranie odcisków palców DNA . Każda z tych metod zależy od zastosowania elektroforeza w żelu agarozowym do separacji fragmentów DNA. Bufor TBE, który składa się z zasady Tris, kwasu borowego i EDTA, jest powszechnie stosowany w żelu agarozowym elektroforeza do badania produktów DNA.

Użyj w klonowaniu

Klonowanie często wymaga wstawienia genu do plazmidu, który jest rodzajem fragmentu DNA. Enzymy restrykcyjne mogą pomóc w tym procesie ze względu na jednoniciowe nawisy, które pozostawiają podczas cięcia. Ligaza DNA, oddzielny enzym, może łączyć ze sobą dwie cząsteczki DNA z pasującymi końcami.

Tak więc, używając enzymów restrykcyjnych z enzymami ligazy DNA, kawałki DNA z różnych źródeł mogą być użyte do stworzenia pojedynczej cząsteczki DNA.