Hogyan vágják le a restrikciós enzimek a DNS-szekvenciákat?

A természetben, szervezetek folyamatosan meg kell védeni magukat az idegen betolakodóktól, még mikroszkopikus szinten is. A baktériumokban van egy olyan baktérium-enzim egy csoportja, amelyek idegen anyagok lebontásával működnek DNS. Ezt a lebontási folyamatot restrikciónak nevezzük, és az enzimeket, amelyek ezt a folyamatot végrehajtják, restrikciós enzimeknek nevezzük.

A restrikciós enzimek nagyon fontosak a rekombináns DNS technológia. A restrikciós enzimeket oltások, gyógyszerkészítmények, rovarrezisztens növények és számos más termék előállításának elősegítésére használják.

Kulcs elvihető

A restrikciós enzimek olyan enzimek egy osztálya, amelyek a DNS-t fragmentumokra vágják, a nukleotidok egy adott szekvenciájának felismerése alapján. A restrikciós enzimeket restrikciós endonukleázoknak is nevezzük.

Bár több száz különböző restrikciós enzim létezik, mindegyik lényegében azonos módon működik. Minden egyes enzim rendelkezik az úgynevezett felismerési szekvencia vagy hely. A felismerési sorrend általában egy specifikus, rövid nukleotid szekvencia a DNS-ben. Az enzimek a felismert szekvencia bizonyos pontjain vágnak. Például egy restrikciós enzim felismerheti a guanin, adenin, adenin, timin, timin, citozin specifikus szekvenciáját. Amikor ez a szekvencia jelen van, az enzim szakaszosan elvághatja a szekvencia cukor-foszfát gerincét.

De ha a restrikciós enzimek egy bizonyos szekvencia alapján vágnak, hogyan védik a sejtek, mint a baktériumok, saját DNS-t a restrikciós enzimek feldarabolása ellen? Egy tipikus cellában metilcsoportok (CH₃) hozzáadjuk a bázisokhoz a szekvenciában, hogy megakadályozzuk a restrikciós enzimek általi felismerést. Ezt a folyamatot olyan komplementer enzimek hajtják végre, amelyek azonos nukleotidbázisokat azonosítanak, mint a restrikciós enzimek. A DNS metilezését modifikációnak nevezzük. A módosítási és restrikciós folyamatok során a sejtek egyaránt felvághatják az idegen DNS-t, amelyek veszélyt jelentenek a sejtre, miközben megőrzik a sejt fontos DNS-ét.

A DNS kétszálú konfigurációja alapján a felismerési szekvenciák szimmetrikusak a különböző állványokon, de ellentétes irányban futnak. Emlékezzünk arra, hogy a DNS "irányát" a szén típusa jelzi a szál végén. Az 5 'véghez foszfátcsoport kapcsolódik, míg a másik 3' véghez kapcsolódik egy hidroxilcsoport. Például:

5 'vége... guanin, adenin, adenin, timin, timin, citozin... - 3 'vége

3 'vége... citozin, timin, timin, adenin, adenin, guanin... - 5 'vége

Ha például a restrikciós enzim a guanin és az adenin közötti szekvencián megy keresztül, akkor az megszakad mindkét szekvenciával megtenné, de ellentétes végeken (mivel a második sorozat ellentétesen fut irány). Mivel a DNS-t mindkét szálon elvágják, lesznek komplementer végek, amelyek hidrogénatomon kötődhetnek egymáshoz. Ezeket a végeket gyakran "ragadós végeknek" nevezik.

A restrikciós enzimek által termelt fragmensek ragacsos végei laboratóriumi körülmények között hasznosak. Használhatók különböző forrásokból és különböző szervezetekből származó DNS-fragmentumok csatlakoztatására. A fragmentumokat a hidrogénkötések. Kémiai szempontból a hidrogénkötések gyenge vonzerők és nem állandóak. Más típusú enzimek felhasználásával azonban a kötések állandóvá válhatnak.

A DNS-ligáz egy nagyon fontos enzim, amely mind a replikáció és egy sejt DNS-jének javítása. Úgy működik, hogy elősegíti a DNS-szálak összekapcsolódását. Úgy működik, hogy katalizálja a foszfodiészter kötést. Ez a kötés a kovalens kötés, sokkal erősebb, mint a fentebb említett hidrogénkötés, és képes a különböző fragmenseket együtt tartani. Különböző források felhasználása esetén az előállított rekombináns DNS új génkombinációval rendelkezik.

A restrikciós enzimek négy széles kategóriája van: I. típusú enzimek, II. Típusú enzimek, III. Típusú enzimek és IV. Típusú enzimek. Mindegyiknek azonos alapvető funkciója van, de a különféle típusokat felismerésük alapján osztályozzák szekvencia, hogyan hasadnak, összetételük és anyagszükségletük (a szükséglet és típusa) cofactors). Általában az I. típusú enzimek a felismerési szekvenciától távol eső helyeken vágják a DNS-t; II. Típusú vágott DNS a felismerési szekvencián belül vagy annak közelében; III. Típusú vágott DNS felismerési szekvenciák közelében; és a IV. típus hasítja a metilezett DNS-t.

• Biolabs, Új-Anglia. "A restrikciós endonukleázok típusai." New England biolabs: Reagensek az élettudományi ipar számára, www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonucleases/types-of-restriction-endonucleases.
• Reece, Jane B. és Neil A. Campbell. Campbell Biology. Benjamin Cummings, 2011.