Jak restrikční enzymy snižují DNA sekvence?

V přírodě, organismy neustále se musí chránit před cizími útočníky, a to i na mikroskopické úrovni. U bakterií existuje skupina bakteriálních enzymů, které fungují odstraňováním cizích DNA. Tento proces demontáže se nazývá restrikční a enzymy, které tento proces provádějí, se nazývají restrikční enzymy.

Restrikční enzymy jsou velmi důležité technologie rekombinantní DNA. Restrikční enzymy se používají k výrobě vakcín, farmaceutických produktů, plodin odolných vůči hmyzu a řady dalších produktů.

Klíč s sebou

Restrikční enzymy jsou třídou enzymů, které štěpí DNA na fragmenty založené na rozpoznávání specifické sekvence nukleotidů. Restrikční enzymy jsou také známé jako restrikční endonukleázy.

I když existují stovky různých restrikčních enzymů, všechny fungují v podstatě stejným způsobem. Každý enzym má tzv. rozpoznávací sekvenci nebo web. Rozpoznávací sekvence je obvykle specifická, krátká nukleotid sekvence v DNA. Enzymy se štěpí v určitých bodech v rozpoznávané sekvenci. Restrikční enzym může například rozpoznávat specifickou sekvenci guaninu, adeninu, adeninu, thyminu, thyminu, cytosinu. Je-li tato sekvence přítomna, může enzym v sekvenci způsobit střídavé řezy v kostře cukru a fosfátu.

Pokud se však restrikční enzymy štěpí na základě určité sekvence, jak chrání buňky jako bakterie svou vlastní DNA před rozštěpením restrikčními enzymy? V typické buňce methylové skupiny (CH₃) jsou přidány k bázím v sekvenci, aby se zabránilo rozpoznávání restrikčními enzymy. Tento proces je prováděn komplementárními enzymy, které rozpoznávají stejnou sekvenci nukleotidových bází jako restrikční enzymy. Metylace DNA je známá jako modifikace. S procesy modifikace a restrikce mohou buňky rozřezat cizí DNA, která pro buňku představuje nebezpečí, zatímco zachovává důležitou DNA buňky.

Na základě dvouřetězcové konfigurace DNA jsou rozpoznávací sekvence symetrické v různých stojanech, ale běží v opačných směrech. Připomeňme, že DNA má „směr“ označený typem uhlíku na konci řetězce. 5 'konec má připojenou fosfátovou skupinu, zatímco druhý 3' konec má připojenou hydroxylovou skupinu. Například:

5 'konec -... guanin, adenin, adenin, thymin, thymin, cytosin... - 3 'konec

3 'konec -... cytosin, thymin, tymin, adenin, adenin, guanin... - 5 'konec

Pokud například restrikční enzym štěpí v sekvenci mezi guaninem a adeninem, tak to by to udělal s oběma sekvencemi, ale na opačných koncích (protože druhá sekvence probíhá opačně) směr). Vzhledem k tomu, že DNA je rozříznuta na obou řetězcích, budou existovat komplementární konce, které mohou vodíkovou vazbu k sobě navzájem. Tyto konce se často nazývají „lepkavé konce“.

Lepivé konce fragmentů produkovaných restrikčními enzymy jsou užitečné v laboratorním prostředí. Mohou být použity ke spojení fragmentů DNA z různých zdrojů a různých organismů. Fragmenty drží pohromadě Vodíkové vazby. Z chemického hlediska jsou vodíkové vazby slabými atrakcemi a nejsou trvalé. Při použití jiného typu enzymu se však vazby mohou stát trvalými.

DNA ligáza je velmi důležitý enzym, který funguje v obou replikace a oprava buněčné DNA. Funguje tak, že pomáhá spojovat řetězce DNA dohromady. Funguje tak, že katalyzuje fosfodiesterovou vazbu. Toto pouto je a kovalentní vazba, mnohem silnější než výše uvedená vodíková vazba a schopná držet různé fragmenty pohromadě. Při použití různých zdrojů má vzniklá rekombinantní DNA novou kombinaci genů.

Existují čtyři široké kategorie restrikčních enzymů: enzymy typu I, enzymy typu II, enzymy typu III a enzymy typu IV. Všechny mají stejnou základní funkci, ale různé typy jsou klasifikovány na základě jejich rozpoznání posloupnost, jak se štěpí, jejich složení a požadavky na jejich podstatu (potřeba a typ kofaktory). Enzymy typu I obecně štěpí DNA v místech vzdálených rozpoznávací sekvenci; Řezaná DNA typu II uvnitř rozpoznávací sekvence nebo v její blízkosti; Řezaná DNA typu III blízko rozpoznávacích sekvencí; a štěpí methylovanou DNA typu IV.

• Biolabs, New England. "Druhy restrikčních endonukleáz." Biológy v Nové Anglii: Činidla pro průmysl věd o živé přírodě, www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonuclease/types-of-restriction-endonuclease.
• Reece, Jane B. a Neil A. Campbell. Campbell biologie. Benjamin Cummings, 2011.