Как рестрикционните ензими режат последователностите на ДНК?

В природата, организми постоянно трябва да се защитават от чужди нашественици, дори на микроскопично ниво. В бактериите има група бактериални ензими, които действат чрез демонтиране на чужди ДНК. Този процес на демонтаж се нарича рестрикция и ензимите, които извършват този процес, се наричат ​​рестрикционни ензими.

Рестрикционните ензими са много важни при рекомбинантна ДНК технология. Рестрикционните ензими са използвани за подпомагане на производството на ваксини, фармацевтични продукти, устойчиви на насекоми култури и множество други продукти.

Ключови заведения

Рестрикционните ензими са клас ензими, които разрязват ДНК на фрагменти въз основа на разпознаване на специфична последователност от нуклеотиди. Рестрикционните ензими са известни също като рестрикционни ендонуклеази.

Въпреки че има стотици различни рестрикционни ензими, всички те работят по същество по един и същи начин. всеки ензим има това, което е известно като последователност за разпознаване или сайт. Последователността на разпознаване обикновено е специфична, къса нуклеотид последователност в ДНК. Ензимите отрязват в определени точки в разпознатата последователност. Например, рестрикционният ензим може да разпознае специфична последователност от гуанин, аденин, аденин, тимин, тимин, цитозин. Когато тази последователност е налице, ензимът може да прави поетапни разрези в основата на захарно-фосфатната последователност.

Но ако рестрикционните ензими се режат въз основа на определена последователност, как клетки като бактерии защитават собствената си ДНК от разрушаването им чрез рестрикционни ензими? В типична клетка, метилови групи (СН₃) се добавят към базите в последователността, за да се предотврати разпознаването от рестрикционните ензими. Този процес се осъществява от допълнителни ензими, които разпознават същата последователност от нуклеотидни бази като рестрикционните ензими. Метилирането на ДНК е известно като модификация. С процесите на модификация и рестрикция клетките могат едновременно да изрежат чужда ДНК, която представлява опасност за клетката, като същевременно запазва важната ДНК на клетката.

Въз основа на двуверижната конфигурация на ДНК, разпознаваемите последователности са симетрични на различните стойки, но протичат в противоположни посоки. Спомнете си, че ДНК има "посока", посочена от вида въглерод в края на нишката. 5 'краят има фосфатна група, докато другият 3' край има хидроксилна група. Например:

5 'край -... гуанин, аденин, аденин, тимин, тимин, цитозин... - 3 'край

3 'край -... цитозин, тимин, тимин, аденин, аденин, гуанин... - 5 'край

Ако, например, рестрикционният ензим прекъсне в последователността между гуанин и аденин, той би направил това и с двете последователности, но в противоположни краища (тъй като втората последователност протича в обратния посока). Тъй като ДНК е нарязана и на двете нишки, ще има допълващи се краища, които могат да се свързват водород един с друг. Тези краища често се наричат ​​"лепкави краища".

Лепливите краища на фрагментите, получени от рестрикционни ензими, са полезни в лабораторни условия. Те могат да бъдат използвани за присъединяване на фрагменти от ДНК както от различни източници, така и от различни организми. Фрагментите се държат заедно от водородни връзки. От химическа гледна точка водородните връзки са слаби атракции и не са постоянни. Използвайки друг вид ензим обаче, връзките могат да бъдат направени постоянни.

ДНК лигазата е много важен ензим, който функционира и в двете копиране и поправяне на ДНК на клетката. Той функционира като помага за съединяването на нишките на ДНК заедно. Той действа като катализира фосфодиестерна връзка. Тази връзка е a ковалентна връзка, много по-силна от гореспоменатата водородна връзка и способна да държи различните фрагменти заедно. Когато се използват различни източници, получената рекомбинантна ДНК, която се получава, има нова комбинация от гени.

Има четири широки категории рестрикционни ензими: ензими тип I, ензими тип II, ензими тип III и ензими тип IV. Всички имат една и съща основна функция, но различните видове се класифицират въз основа на тяхното разпознаване последователност, начина на разцепване, техния състав и изискванията им за вещества (необходимостта и вида на кофактори). Обикновено ензимите от тип I отрязват ДНК на места, отдалечени от разпознаваемата последователност; Тип II отряза ДНК в или близо до разпознаваемата последователност; Тип III отряза ДНК в близост до разпознаваеми последователности; и тип IV разцепват метилирана ДНК.

• Biolabs, Нова Англия. „Видове рестрикционни ендонуклеази.“ New England Biolabs: Реагенти за индустрията на науките за живота, www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonucleases/types-of-restriction-endonucleases.
• Рийз, Джейн Б. и Нийл А. Кембъл. Кембъл Биология. Бенджамин Къмингс, 2011г.