Looduses organismid peavad end pidevalt kaitsma võõraste sissetungijate eest, isegi mikroskoopilisel tasemel. Bakterites on rühm bakteriaalseid ensüüme, mis toimivad võõrast lammutades DNA. Seda demonteerimisprotsessi nimetatakse restriktsiooniks ja ensüüme, mis seda protsessi teostavad, nimetatakse restriktsiooniensüümideks.
Restriktsiooniensüümid on väga olulised rekombinantse DNA tehnoloogia. Restriktsiooniensüüme on kasutatud vaktsiinide, farmaatsiatoodete, putukakindlate põllukultuuride ja hulga muude toodete tootmisel.
Key Takeaways
- Restriktsiooniensüümid lammutavad võõra DNA tükeldades selle fragmentideks. Seda lahtivõtmist nimetatakse piiramiseks.
- Rekombinantse DNA tehnoloogia tugineb uute geenikombinatsioonide tootmiseks restriktsiooniensüümidele.
- Rakk kaitseb oma DNA lahtivõtmise eest metüülrühmade lisamisega protsessis, mida nimetatakse modifitseerimiseks.
- DNA ligaas on väga oluline ensüüm, mis aitab kovalentsete sidemete kaudu DNA ahelaid omavahel ühendada.
Mis on piiranguensüüm?
Restriktsiooniensüümid on ensüümide klass, mis lõikab DNA fragmentideks, tuginedes konkreetse nukleotiidide järjestuse äratundmisele. Restriktsiooniensüüme nimetatakse ka restriktsiooni endonukleaasideks.
Kuigi eksisteerib sadu erinevaid restriktsiooniensüüme, toimivad nad kõik põhimõtteliselt samal viisil. Iga ensüüm omab nn äratundmisjärjestust või saiti. Tuvastusjärjestus on tavaliselt konkreetne, lühike nukleotiid järjestus DNA-s. Ensüümid lõikavad tuvastatud järjestuse teatud punktides. Näiteks võib restriktsiooniensüüm ära tunda guaniini, adeniini, adeniini, tümiini, tümiini, tsütosiini spetsiifilise järjestuse. Kui see järjestus on olemas, saab ensüüm järk-järgult lõigata suhkru-fosfaadi selgroogu selles järjestuses.
Kuid kui restriktsiooniensüümid lõigatakse teatud järjestuse alusel, kuidas kaitsevad rakud nagu bakterid omaenda DNA-d restriktsiooniensüümide tükeldamise eest? Tüüpilises lahtris metüülrühmad (CH3) lisatakse järjestuses alustele, et vältida restriktsiooniensüümide äratundmist. Seda protsessi viivad läbi komplementaarsed ensüümid, mis tunnevad ära samasugused nukleotiidide alused nagu restriktsiooniensüümid. DNA metüülimist tuntakse modifikatsioonina. Modifitseerimise ja restriktsiooniprotsesside abil saavad rakud lõigata raku jaoks ohtlikku võõr-DNA-d, säilitades samal ajal raku olulise DNA.
DNA kaheahelalise konfiguratsiooni põhjal on äratundmisjärjestused erinevatel alustel sümmeetrilised, kuid kulgevad vastupidises suunas. Tuletage meelde, et DNA "suuna" näitab ahela lõpus olev süsiniku tüüp. 5'-otsas on kinnitatud fosfaatrühm, teises 3'-otsas on kinnitatud hüdroksüülrühm. Näiteks:
5 'lõpp -... guaniin, adeniin, adeniin, tümiin, tümiin, tsütosiin... - 3 'ots
3 'lõpp -... tsütosiin, tümiin, tümiin, adeniin, adeniin, guaniin... - 5 'ots
Kui näiteks restriktsiooniensüüm lõikab guaniini ja adeniini vahelises järjestuses, siis see lõhustub teeks seda mõlema järjestusega, kuid vastupidistes otstes (kuna teine jada kulgeb vastupidises suunas) suund). Kuna DNA lõigatakse mõlemale ahelale, on komplementaarsed otsad, mis võivad üksteisega vesinikku siduda. Neid otsasid nimetatakse sageli kleepuvateks otsteks.
Mis on DNA ligaas?
Restriktsiooniensüümide poolt toodetud fragmentide kleepuvad otsad on kasulikud laboris. Neid saab kasutada nii erinevatest allikatest kui ka erinevatest organismidest pärit DNA fragmentide ühendamiseks. Kilde hoiab koos vesiniksidemed. Keemilisest vaatenurgast on vesiniksidemed nõrgad atraktsioonid ega ole püsivad. Kasutades teist tüüpi ensüüme, saab sidemed siiski püsivaks muuta.
DNA ligaas on väga oluline ensüüm, mis toimib mõlemas replikatsioon ja raku DNA parandamine. See toimib, aidates DNA ahelate ühendamisel. See toimib katalüüsides fosfodiestersidet. See side on a kovalentne side, palju tugevam kui ülalnimetatud vesinikside ja suudab erinevaid fragmente koos hoida. Erinevate allikate kasutamisel on saadud rekombinantsel DNA-l uus geenide kombinatsioon.
Piiravate ensüümide tüübid
Seal on neli laias kategoorias restriktsiooniensüüme: I tüüpi ensüümid, II tüüpi ensüümid, III tüüpi ensüümid ja IV tüüpi ensüümid. Kõigil on sama põhifunktsioon, kuid erinevad tüübid klassifitseeritakse nende äratundmise põhjal - järjestus, kuidas nad lõhustuvad, koostis ja koostisvajadused (vajaduse ja tüübi järele) kofaktorid). Üldiselt lõikavad I tüüpi ensüümid DNA äratundmisjärjestusest kaugel asuvates kohtades; II tüüpi lõigatud DNA äratundmisjärjestuses või selle läheduses; III tüüpi lõigatud DNA äratundmisjärjestuste lähedal; ja IV tüüpi tükeldatud metüleeritud DNA.
Allikad
- Biolabs, Uus-Inglismaa. "Restriktsiooni endonukleaaside tüübid." New England Biolabs: Reagendid bioteaduste tööstusele, www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonucleases/types-of-restriction-endonucleases.
- Reece, Jane B. ja Neil A. Campbell. Campbelli bioloogia. Benjamin Cummings, 2011.