Luonnossa, organismit on jatkuvasti suojauduttava vierailta hyökkääjiltä, jopa mikroskooppisella tasolla. Bakteereissa on joukko bakteeri-entsyymejä, jotka toimivat purkamalla vieraita DNA-. Tätä purkamisprosessia kutsutaan restriktioksi ja entsyymejä, jotka suorittavat tämän prosessin, kutsutaan restriktioentsyymeiksi.
Restriktioentsyymit ovat erittäin tärkeitä rekombinantti-DNA-tekniikka. Rajoittavia entsyymejä on käytetty rokotteiden, farmaseuttisten tuotteiden, hyönteistenkestävien kasvien ja joukon muiden tuotteiden tuottamiseen.
Avainsanat
- Restriktioentsyymit purkavat vieraan DNA: n leikkaamalla sen palasiksi. Tätä purkamisprosessia kutsutaan rajoitukseksi.
- Rekombinantti-DNA-tekniikka perustuu restriktioentsyymeihin tuottamaan uusia geenikombinaatioita.
- Solu suojaa omaa DNA: taan purkautumiselta lisäämällä metyyliryhmiä modifikaatioksi kutsuttuun prosessiin.
- DNA-ligaasi on erittäin tärkeä entsyymi, joka auttaa liittymään DNA-juosteet toisiinsa kovalenttisten sidosten kautta.
Mikä on rajoittava entsyymi?
Restriktioentsyymit ovat entsyymien luokka, jotka leikkaavat DNA: n fragmenteiksi tietyn nukleotidisekvenssin tunnistamisen perusteella. Restriktioentsyymit tunnetaan myös restriktioendonukleaaseina.
Vaikka on olemassa satoja erilaisia restriktioentsyymejä, ne kaikki toimivat olennaisesti samalla tavalla. kukin entsyymi jolla on niin kutsuttu tunnistussekvenssi tai -paikka. Tunnistussekvenssi on tyypillisesti tietty, lyhyt nukleotidin sekvenssi DNA: ssa. Entsyymit leikkaavat tietyissä kohdissa tunnistetun sekvenssin sisällä. Restriktioentsyymi voi esimerkiksi tunnistaa guaniinin, adeniinin, adeniinin, tymiinin, tymiinin, sytosiinin spesifisen sekvenssin. Kun tämä sekvenssi on läsnä, entsyymi voi tehdä porrastetut leikkaukset sekvenssin sokeri-fosfaatti runkoon.
Mutta jos restriktioentsyymit leikataan tietyn sekvenssin perusteella, kuinka solut, kuten bakteerit, suojaavat omaa DNA: taan leikkaamiselta restriktioentsyymien avulla? Tyypillisessä solussa metyyliryhmät (CH3) lisätään emäksiin sekvenssissä restriktioentsyymien tunnistamisen estämiseksi. Tämän prosessin suorittavat komplementaariset entsyymit, jotka tunnistavat saman nukleotidiemäksien sekvenssin kuin restriktioentsyymit. DNA: n metylointi tunnetaan modifikaationa. Modifiointi- ja restriktioprosessien avulla solut voivat molemmat leikata vieraita DNA: ta, jotka aiheuttavat vaaran solulle, säilyttäen samalla solun tärkeän DNA: n.
DNA: n kaksisäikeisen konfiguraation perusteella tunnistussekvenssit ovat symmetrisiä eri osastoilla, mutta kulkevat vastakkaisiin suuntiin. Muista, että DNA: n "suunta" on osoitettu hiilen tyypillä juosteen päässä. 5'-päähän on kiinnitetty fosfaattiryhmä, kun taas toiseen 3'-päähän on kiinnitetty hydroksyyliryhmä. Esimerkiksi:
5 'loppu... guaniini, adeniini, adeniini, tymiini, tymiini, sytosiini... - 3 'pää
3 'lopussa... sytosiini, tymiini, tymiini, adeniini, adeniini, guaniini... - 5 'pää
Jos esimerkiksi restriktioentsyymi leikkaa sekvenssin sisällä guaniinin ja adeniinin, se tekisi niin molemmilla sekvensseillä, mutta vastakkaisissa päissä (koska toinen sekvenssi kulkee vastakkaisessa päässä) suunta). Koska DNA on leikattu molemmille juosteille, tulee olemaan komplementaarisia päitä, jotka voivat vedyllä sitoutua toisiinsa. Näitä päitä kutsutaan usein "tarttuviksi päiksi".
Mikä on DNA-ligaasi?
Restriktioentsyymien tuottamien fragmenttien tahmeat päät ovat käyttökelpoisia laboratorioympäristössä. Niitä voidaan käyttää yhdistämään DNA-fragmentit sekä eri lähteistä että eri organismeista. Fragmentteja pitää yhdessä vety sidokset. Kemiallisesta näkökulmasta vedysidokset ovat heikkoja nähtävyyksiä eivätkä ole pysyviä. Käyttämällä toisen tyyppistä entsyymiä, sidokset voidaan kuitenkin tehdä pysyviksi.
DNA-ligaasi on erittäin tärkeä entsyymi, joka toimii molemmissa replikointi ja solun DNA: n korjaus. Se toimii auttamalla DNA-juosteiden liittymistä toisiinsa. Se toimii katalysoimalla fosfodiesterisidosta. Tämä sidos on kovalenttisidos, paljon vahvempi kuin edellä mainittu vety sidos ja kykenee pitämään eri fragmentit yhdessä. Kun käytetään erilaisia lähteitä, tuloksena olevalla tuotetulla rekombinantti-DNA: lla on uusi geenien yhdistelmä.
Rajoitusentsyymityypit
Restriktioentsyymejä on neljä laajaa luokkaa: tyypin I entsyymit, tyypin II entsyymit, tyypin III entsyymit ja tyypin IV entsyymit. Kaikilla on sama perustoiminto, mutta eri tyypit luokitellaan tunnistuksen perusteella - sekvenssi, miten ne pilkkoutuvat, koostumus ja aineen tarpeet (aineiden tarve ja tyyppi) kofaktorit). Yleensä tyypin I entsyymit leikkaavat DNA: ta tunnistussekvenssin etäisyyksissä; Tyypin II leikattu DNA tunnistussekvenssin sisällä tai lähellä sitä; Tyypin III leikattu DNA lähellä tunnistussekvenssejä; ja tyyppi IV pilkkoo metyloidun DNA: n.
Lähteet
- Biolabs, Uusi Englanti. "Restriktioendonukleaasien tyypit." New England Biolabs: reagenssit biotieteiden teollisuudelle, www.neb.com/tuotteet/restriction-endonucleases/restriction-endonucleases/types-of-restriction-endonucleases.
- Reece, Jane B. ja Neil A. Campbell. Campbell-biologia. Benjamin Cummings, 2011.