Nõuanded

Kuidas piiravad ensüümid lõikavad DNA järjestusi?

Kuidas piiravad ensüümid lõikavad DNA järjestusi?

Looduses peavad organismid end pidevalt kaitsma võõraste sissetungijate eest, isegi mikroskoopilisel tasemel. Bakterites on rühm bakteriaalseid ensüüme, mis toimivad võõra DNA lammutamise teel. Seda demonteerimisprotsessi nimetatakse restriktsiooniks ja ensüüme, mis seda protsessi teostavad, nimetatakse restriktsiooniensüümideks.

Restriktsiooniensüümid on rekombinantse DNA tehnoloogias väga olulised. 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. Igal ensüümil on nn äratundmisjärjestus või sait. Äratundmisjärjestus on tavaliselt spetsiifiline lühike nukleotiidjärjestus 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 rakus metüülrühmad (CH3) lisatakse järjestuses alustele, et vältida restriktsiooniensüümide äratundmist. Seda protsessi viivad läbi komplementaarsed ensüümid, mis tunnevad ära samasugused nukleotiidbaaside järjestused kui 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 "suunda" näitab ahela lõpus olev süsiniku tüüp. 5'-otsas on kinnitatud fosfaatrühm, teises 3'-otsas on kinnitatud hüdroksüülrühm. Näiteks:

5 'ots - ... guaniin, adeniin, adeniin, tümiin, tümiin, tsütosiin ... - 3' ots

3 'ots - ... tsütosiin, tümiin, tümiin, adeniin, adeniin, guaniin ... - 5' ots

Kui näiteks restriktsiooniensüüm lõikab guaniini ja adeniini vahelises järjestuses, siis teeks see mõlema järjestusega, kuid vastupidistes otstes (kuna teine ​​järjestus kulgeb vastupidises suunas). 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. Fragmente hoitakse koos vesiniksidemetega. 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 nii raku DNA replikatsioonis kui ka parandamises. See toimib, aidates DNA ahelate ühendamisel. See toimib fosfodiestersideme katalüüsimisel. See side on kovalentne side, palju tugevam kui ülalnimetatud vesinikside ja suudab hoida erinevaid fragmente koos. 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 äratundmisjärjestuse, nende lõhustumise, koostise ja ainevajaduste (kofaktorite vajaduse ja tüübi) alusel. Üldiselt lõikavad I tüüpi ensüümid DNA äratundmisjärjestusest kaugel asuvates kohtades; II tüüpi lõigatud DNA äratundmisjärjestuses või selle lähedal; 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.