U prirodi, organizmi stalno se moraju zaštititi od stranih osvajača, čak i na mikroskopskoj razini. U bakterijama postoji skupina bakterijskih enzima koji djeluju rastavljanjem stranih DNA. Taj se postupak demontaže naziva restrikcija, a enzimi koji provode taj proces nazivaju se restrikcijskim enzimima.
Restriktivni enzimi vrlo su važni u rekombinantna DNA tehnologija. Restriktivni enzimi korišteni su za proizvodnju vakcina, farmaceutskih proizvoda, usjeva otpornih na insekte i niza drugih proizvoda.
Ključni odvodi
- Restriktivni enzimi rastavljaju tuđu DNK rezanjem na fragmente. Ovaj postupak rastavljanja naziva se ograničenjem.
- Rekombinantna DNK tehnologija oslanja se na restrikcijske enzime za proizvodnju novih kombinacija gena.
- Stanica štiti vlastiti DNK od rastavljanja dodavanjem metilnih skupina u procesu koji se zove modifikacija.
- DNA ligaza je vrlo važan enzim koji pomaže spajanju nizova DNA putem kovalentnih veza.
Što je restrikcijski enzim?
Restriktivni enzimi su klasa enzima koji režu DNK na fragmente na temelju prepoznavanja specifičnog slijeda nukleotida. Restriktivni enzimi poznati su i kao restrikcijski endonuklezi.
Iako postoje stotine različitih restrikcijskih enzima, svi oni djeluju u osnovi na isti način. Svaki enzim ima ono što je poznato kao prepoznavajući niz ili web mjesto. Slijed prepoznavanja je obično specifičan, kratak nukleotid slijed u DNK. Enzimi se smanjuju na određenim točkama unutar prepoznatog slijeda. Na primjer, restrikcijski enzim može prepoznati specifičnu sekvencu gvanin, adenin, adenin, timin, timin, citozin. Kad je prisutan ovaj niz, enzim može napraviti postupne posjekotine u kralježnici šećera-fosfata u nizu.
Ali ako se restrikcijski enzimi odrežu na temelju određenog niza, kako stanice poput bakterija štite vlastiti DNK od uništavanja restriktivnim enzimima? U tipičnoj ćeliji metilne skupine (CH3) dodaju se bazama u slijedu da se spriječi prepoznavanje restrikcijskim enzimima. Taj proces se provodi pomoću komplementarnih enzima koji prepoznaju isti slijed nukleotidnih baza kao restrikcijski enzimi. Metilacija DNA poznata je kao modifikacija. Procesima modifikacije i restrikcije stanice mogu i razrezati strane DNK koji predstavljaju opasnost za stanicu uz očuvanje važne DNK stanice.
Na temelju dvolančane konfiguracije DNK, sekvence prepoznavanja su simetrične na različitim stalcima, ali vode se u suprotnim smjerovima. Podsjetimo da DNK ima "smjer" naznačen vrstom ugljika na kraju niti. Na kraju 5 'nalazi se fosfatna skupina, dok na drugom 3' kraju postoji vezana hidroksilna skupina. Na primjer:
5 'kraj -... gvanin, adenin, adenin, timin, timin, citozin... - 3 'kraj
3 'kraj -... citozin, timin, timin, adenin, adenin, gvanin... - 5 'kraj
Ako se, na primjer, restrikcijski enzim reže u nizu između gvanina i adenina, to je učinio bi to s obje sekvence, ali na suprotnim krajevima (budući da se drugi slijed odvija u suprotnom smjer). Budući da je DNA izrezana na obje strane, postojat će komplementarni krajevi koji se mogu vezati za vodik. Ti se krajevi često nazivaju "ljepljivi krajevi".
Što je DNK ligaza?
Ljepljivi krajevi fragmenata dobivenih restrikcijskim enzimima korisni su u laboratorijskim uvjetima. Oni se mogu koristiti za spajanje fragmenata DNK i iz različitih izvora i iz različitih organizama. Fragmente drži zajedno vodikove veze. Iz kemijske perspektive, vodikove veze slabe su atrakcije i nisu trajne. Pomoću druge vrste enzima, veza se može učiniti trajnom.
DNA ligaza je vrlo važan enzim koji funkcionira u oba oblika odgovor i popravak DNA stanice. Djeluje tako što pomaže spajanje lanaca DNA. Djeluje kataliziranjem fosfodiesterske veze. Ova veza je a kovalentna veza, mnogo jači od gore spomenute vodikove veze i spoji različite fragmente zajedno. Kada se koriste različiti izvori, rezultirajuća rekombinantna DNA koja se stvara ima novu kombinaciju gena.
Vrste enzima za ograničenje
Postoje četiri široke kategorije restriktivnih enzima: enzimi tipa I, enzimi tipa II, enzimi tipa III i enzimi tipa IV. Svi imaju istu osnovnu funkciju, ali se različite vrste klasificiraju na temelju njihovog prepoznavanja redoslijed, kako se cijepaju, sastav i na njihove potrebe za tvarima (potreba i vrsta kofaktora). Enzimi tipa I općenito režu DNK na mjestima udaljenim od segmenta prepoznavanja; Tip II je izrezao DNK unutar ili blizu sekvence prepoznavanja; Tip III izrezao DNK u blizini prepoznavanja; i tip IV cijepaju metiliranu DNA.
izvori
- Biolabs, Nova Engleska. "Vrste ograničenja Endonucleases." New England Biolabs: reagensi za industriju znanosti o životu, www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonucleases/types-of-restriction-endonucleases.
- Reece, Jane B. i Neila A. Campbell. Campbell Biology. Benjamin Cummings, 2011.