У природи, организми стално морају да се заштите од страних освајача, чак и на микроскопском нивоу. У бактеријама постоји група бактеријских ензима који делују демонтажом страних ДНК. Овај поступак демонтаже назива се рестрикцијом, а ензими који спроводе тај процес се називају рестрикциони ензими.
Рестриктивни ензими су веома важни у рекомбинантна ДНК технологија. Рестриктивни ензими коришћени су за помоћ у производњи вакцина, фармацеутских производа, усева отпорних на инсекте и мноштва других производа.
Кључне Такеаваис
- Рестриктивни ензими демонтирају страну ДНК резањем на фрагменте. Овај поступак растављања назива се ограничењем.
- Рекомбинантна ДНК технологија ослања се на рестрикцијске ензиме за производњу нових комбинација гена.
- Ћелија штити сопствену ДНК од растављања додавањем метил група у процесу који се зове модификација.
- ДНК лигаза је веома важан ензим који помаже спајању низова ДНК преко ковалентних веза.
Шта је рестрикцијски ензим?
Рестриктивни ензими су класа ензима који режу ДНК на фрагменте на основу препознавања специфичне секвенце нуклеотида. Рестриктивни ензими познати су и као рестрикциони ендонуклези.
Иако постоји на стотине различитих рестрикцијских ензима, сви они функционишу у основи на исти начин. Свака ензим има оно што је познато као секвенца препознавања или веб локација. Редослед препознавања је обично специфичан, кратак нуклеотид секвенца у ДНК. Ензими се смањују на одређеним тачкама унутар препознате секвенце. На пример, рестрикциони ензим може препознати специфичну секвенцу гванина, аденина, аденина, тимина, тимина, цитозина. Када је ова секвенца присутна, ензим може да направи поступне резове у шећерно-фосфатној окосници у низу.
Али ако се рестрикциони ензими режу на основу одређеног низа, како ћелије попут бактерија штите властити ДНК од сечења рестрикцијским ензимима? У типичној ћелији метил групе (ЦХ3) додају се базама у низу да спрече препознавање рестрикцијским ензимима. Овај процес се изводи помоћу комплементарних ензима који препознају исти низ нуклеотидних база као рестрикциони ензими. Метилација ДНК позната је као модификација. Са процесима модификације и рестрикције, ћелије могу и да разрежу страну ДНК који представљају опасност по ћелију уз очување важне ДНК ћелије.
На основу дволанчане конфигурације ДНК, секвенце препознавања су симетричне на различитим сталцима, али раде у супротним смеровима. Подсјетимо да ДНК има "правац" назначен врстом угљеника на крају нити. На крају 5 'је везана фосфатна група док је на другом 3' крају причвршћена хидроксилна група. На пример:
5 'крај -... гванин, аденин, аденин, тимин, тимин, цитозин... - 3 'крај
3 'крај -... цитозин, тимин, тимин, аденин, аденин, гванин... - 5 'крај
Ако се, на пример, рестрикциони ензим реже у низу између гванина и аденина, то је би то учинила са обе секвенце, али на супротним крајевима (пошто друга секвенца тече у супротном правац). Пошто је ДНК пресечен на обе струке, постојат ће комплементарни крајеви који се могу водоник везати један за другог. Ови крајеви се често називају "лепљиви крајеви".
Шта је ДНК лигаза?
Лепљиви крајеви фрагмената произведених рестрикционим ензимима су корисни у лабораторијским условима. Они се могу користити за спајање фрагмената ДНК и из различитих извора и из различитих организама. Фрагменте држи заједно водоничне везе. Из хемијске перспективе, водоничне везе су слаба атракција и нису трајне. Међутим, користећи другу врсту ензима, везе се могу учинити трајним.
ДНК лигаза је веома важан ензим који функционише у оба система репликација и поправка ДНК ћелије. Функционише тако што помаже спајање низова ДНК заједно. Дјелује катализирањем фосфодиестерске везе. Ова обвезница је ковалентна веза, много јачи од горе поменуте водоничне везе и способни су да држе различите фрагменте заједно. Када се користе различити извори, резултирајућа рекомбинантна ДНК која се производи има нову комбинацију гена.
Врсте ензима за ограничење
Постоје четири широке категорије рестриктивних ензима: ензими типа И, ензими типа ИИ, ензими типа ИИИ и ензими типа ИВ. Сви имају исту основну функцију, али се различити типови класификују на основу њиховог препознавања редослед, како се цепају, њихов састав и потребе за супстанцом (потреба и врста кофактори). Генерално, ензими типа И режу ДНК на локацијама удаљеним од секвенце препознавања; Тип ИИ је исекао ДНК унутар или близу секвенце препознавања; Тип ИИИ је исекао ДНК у близини препознавања; и тип ИВ цепају метилирану ДНК.
Извори
- Биолабс, Нев Енгланд. "Врсте рестриктивних Ендонуклеаза." Нев Енгланд Биолабс: реагенси за индустрију наука о животу, ввв.неб.цом/продуцтс/рестрицтион-ендонуцлеасес/рестрицтион-ендонуцлеасес/типес-оф-рестрицтион-ендонуцлеасес.
- Рееце, Јане Б. и Неил А. Цампбелл. Цампбелл Биологи. Бењамин Цуммингс, 2011.