Ako reštrikčné enzýmy znižujú DNA sekvencie?

V prírode, organizmy neustále sa musia chrániť pred cudzími útočníkmi, a to aj na mikroskopickej úrovni. V baktériách existuje skupina bakteriálnych enzýmov, ktoré fungujú odstraňovaním cudzích látok DNA. Tento proces demontáže sa nazýva reštrikčné a enzýmy, ktoré tento proces vykonávajú, sa nazývajú reštrikčné enzýmy.

Reštrikčné enzýmy sú veľmi dôležité technológia rekombinantnej DNA. Reštrikčné enzýmy sa používajú na pomoc pri výrobe vakcín, farmaceutických výrobkov, plodín rezistentných na hmyz a mnohých ďalších produktov.

Kľúčové jedlá

Restrikčné enzýmy sú triedou enzýmov, ktoré štiepia DNA na fragmenty na základe rozpoznania špecifickej sekvencie nukleotidov. Restrikčné enzýmy sú známe aj ako reštrikčné endonukleázy.

Aj keď existujú stovky rôznych reštrikčných enzýmov, všetky fungujú v podstate rovnakým spôsobom. každý enzým má tzv. rozpoznávaciu sekvenciu alebo miesto. Rozpoznávacia sekvencia je zvyčajne špecifická, krátka nukleotid sekvencia v DNA. Enzýmy sa štiepia v určitých bodoch v rozpoznávanej sekvencii. Napríklad reštrikčný enzým môže rozpoznávať špecifickú sekvenciu guanínu, adenínu, adenínu, tymínu, tymínu, cytozínu. Ak je táto sekvencia prítomná, enzým môže v reťazci urobiť postupné rezy v hlavnom reťazci cukor-fosfát.

Ak sa však reštrikčné enzýmy štiepia na základe určitej sekvencie, ako chránia bunky ako baktérie svoju vlastnú DNA pred rozštiepením reštrikčnými enzýmami? V typickej bunke metylové skupiny (CH₃) sa pridávajú k bázam v sekvencii, aby sa zabránilo rozpoznávaniu reštrikčnými enzýmami. Tento proces sa uskutočňuje pomocou komplementárnych enzýmov, ktoré rozpoznávajú rovnakú sekvenciu nukleotidových báz ako reštrikčné enzýmy. Metylácia DNA je známa ako modifikácia. S procesmi modifikácie a reštrikcie môžu bunky rezať cudziu DNA, ktorá predstavuje nebezpečenstvo pre bunku, pričom zachováva dôležitú DNA bunky.

Na základe dvojvláknovej konfigurácie DNA sú rozpoznávacie sekvencie symetrické v rôznych stojanoch, ale prebiehajú v opačných smeroch. Pripomeňme, že DNA má „smer“ naznačený typom uhlíka na konci vlákna. 5 'koniec má pripojenú fosfátovú skupinu, zatiaľ čo druhý 3' koniec má pripojenú hydroxylovú skupinu. Napríklad:

5 'koniec -... guanín, adenín, adenín, tymín, tymín, cytozín... - 3 'koniec

3 'koniec -... cytozín, tymín, tymín, adenín, adenín, guanín... - 5 'koniec

Ak napríklad reštrikčný enzým štiepi sekvenciu medzi guanínom a adenínom, potom by to urobil s oboma sekvenciami, ale na opačných koncoch (pretože druhá sekvencia beží opačne) smer). Pretože DNA je odrezaná na obidvoch reťazcoch, budú existovať komplementárne konce, ktoré sa môžu navzájom vodíkovou väzbou spájať. Tieto konce sa často nazývajú „lepkavé konce“.

Lepkavé konce fragmentov produkovaných reštrikčnými enzýmami sú užitočné v laboratórnom prostredí. Môžu sa použiť na spojenie DNA fragmentov z rôznych zdrojov a rôznych organizmov. Fragmenty sú držané pohromade vodíkové väzby. Z chemického hľadiska sú vodíkové väzby slabými atrakciami a nie sú trvalé. Pri použití iného typu enzýmu sa však väzby môžu stať trvalými.

DNA ligáza je veľmi dôležitý enzým, ktorý funguje v oboch replikácie a oprava bunkovej DNA. Funguje tak, že pomáha spojiť vlákna DNA dohromady. Funguje tak, že katalyzuje fosfodiesterovú väzbu. Táto väzba je a kovalentná väzba, oveľa silnejšie ako vyššie uvedená vodíková väzba a sú schopné držať rôzne fragmenty pohromade. Ak sa použijú rôzne zdroje, výsledná rekombinantná DNA, ktorá je produkovaná, má novú kombináciu génov.

Existujú štyri široké kategórie reštrikčných enzýmov: enzýmy typu I, enzýmy typu II, enzýmy typu III a enzýmy typu IV. Všetky majú rovnakú základnú funkciu, ale rôzne typy sa klasifikujú na základe ich rozpoznania postupnosť, ako sa štiepi, ich zloženie a požiadavky na ich látky (potreba a typ kofaktory). Enzýmy typu I všeobecne štiepia DNA na miestach vzdialených od rozpoznávacej sekvencie; Rozrezaná DNA typu II vo vnútri rozpoznávacej sekvencie alebo blízko nej; DNA rezu typu III blízko rozpoznávacích sekvencií; a typ IV štiepi metylovanú DNA.

• Biolabs, New England. „Druhy endonukleáz s obmedzením.“ Biológy v Novom Anglicku: Reagencie pre priemysel prírodných vied, www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonuclease/types-of-restriction-endonuclease.
• Reece, Jane B. a Neil A. Campbell. Campbell Biology. Benjamin Cummings, 2011.