V naravi, organizmi nenehno se morajo zaščititi pred tujimi napadalci, tudi na mikroskopski ravni. V bakterijah obstaja skupina bakterijskih encimov, ki delujejo z razstavljanjem tujih DNK. Ta postopek razstavljanja imenujemo restrikcija in encimi, ki izvajajo ta postopek, se imenujejo restrikcijski encimi.
Restriktivni encimi so zelo pomembni pri rekombinantna tehnologija DNA. Restriktivni encimi so bili uporabljeni za pomoč pri izdelavi cepiv, farmacevtskih izdelkov, pridelkov proti insektom in številnih drugih izdelkov.
Ključni odvzemi
- Restriktivni encimi razstavijo tujo DNA tako, da jo razrežejo na drobce. Ta postopek razstavljanja imenujemo omejitev.
- Rekombinantna tehnologija DNK se opira na restrikcijske encime za proizvodnjo novih kombinacij genov.
- Celica ščiti lastno DNK pred razstavljanjem z dodajanjem metilnih skupin v procesu, imenovanem modifikacija.
- DNA ligaza je zelo pomemben encim, ki pomaga povezati verige DNK prek kovalentnih vezi.
Kaj je restrikcijski encim?
Restriktivni encimi so razred encimov, ki razrežejo DNK na fragmente na podlagi prepoznavanja določenega zaporedja nukleotidov. Restriktivni encimi so znani tudi kot restrikcijski endonuklezi.
Medtem ko obstaja na stotine različnih restrikcijskih encimov, vsi delujejo v bistvu na enak način. Vsak encim ima tisto, kar je znano kot zaporedje prepoznavanja ali spletno mesto. Zaporedje prepoznavanja je običajno specifično, kratko nukleotid zaporedje v DNK. Encimi se razrežejo na določenih točkah znotraj prepoznanega zaporedja. Na primer, restrikcijski encim lahko prepozna specifično zaporedje gvanina, adenina, adenina, timina, timina, citozina. Ko je to zaporedje prisotno, lahko encim v zaporedju postopoma razreže hrbtenico sladkorno-fosfatne verige.
Če pa restrikcijski encimi razrežejo na podlagi določenega zaporedja, kako celice, kot so bakterije, zaščitijo lastno DNK pred posekom z restrikcijskimi encimi? V značilni celici oz. metilne skupine (CH3) dodamo bazam v zaporedju, da preprečimo prepoznavanje po restrikcijskih encimih. Ta postopek izvajajo komplementarni encimi, ki prepoznajo isto zaporedje nukleotidnih baz kot restriktivni encimi. Metilacija DNA je znana kot modifikacija. S postopki spreminjanja in omejevanja lahko celice razrežejo tujo DNK, ki predstavlja nevarnost za celico, hkrati pa ohranja pomemben DNK celice.
Na podlagi dvoverižne konfiguracije DNA so prepoznavne sekvence na različnih stojalih simetrične, vendar potekajo v nasprotnih smereh. Spomnimo se, da ima DNK "smer", ki jo označuje vrsta ogljika na koncu niti. Na 5 'koncu je vezana fosfatna skupina, medtem ko je na drugem 3' koncu pritrjena hidroksilna skupina. Na primer:
5 'konec -... gvanin, adenin, adenin, timin, timin, citozin... - 3 'konec
3 'konec -... citozin, timin, timin, adenin, adenin, gvanin... - 5 'konec
Če na primer restrikcijski encim reže znotraj zaporedja med gvaninom in adeninom, ga bi to storila z obema zaporedjema, vendar na nasprotnih koncih (ker drugo zaporedje poteka v nasprotnem smer). Ker se DNK razreže na obeh pramenih, se bosta komplementarna konca, ki se lahko vežeta drug na drugega. Te konce pogosto imenujemo "lepljivi konci".
Kaj je DNK ligaza?
Lepljivi konci drobcev, ki nastanejo z restrikcijskimi encimi, so uporabni v laboratorijskih razmerah. Uporabljajo se lahko za združevanje fragmentov DNK tako iz različnih virov kot iz različnih organizmov. Odlomke drži skupaj vodikove vezi. S kemijske perspektive so vodikove vezi šibke atrakcije in niso trajne. Z uporabo druge vrste encima pa lahko vezi postanejo trajne.
DNA ligaza je zelo pomemben encim, ki deluje v obeh podvajanje in popravljanje DNK celice. Deluje tako, da pomaga združevanju verig DNA. Deluje s kataliziranjem fosfodiesterske vezi. Ta obveznica je a kovalentna vez, veliko močnejši od prej omenjene vodikove vezi in lahko drži različne fragmente skupaj. Kadar se uporabljajo različni viri, ima nastala rekombinantna DNK novo kombinacijo genov.
Vrste encimov za omejitev
Obstajajo štiri široke kategorije restriktivnih encimov: encimi tipa I, encimi tipa II, encimi tipa III in encimi tipa IV. Vsi imajo enako osnovno funkcijo, vendar se različne vrste razvrščajo glede na njihovo prepoznavnost zaporedje, način cepitve, sestavo in zahteve glede snovi (potrebe in vrsta kofaktorji). Na splošno encimi tipa I razrežejo DNA na lokacijah, oddaljenih od zaporedja prepoznavanja; Tip II je razrezal DNK znotraj ali blizu zaporedja prepoznavanja; Tip III je razrezal DNK v bližini prepoznavnih zaporedij; in tip IV cepijo metilirano DNK.
Viri
- Biolabs, Nova Anglija. "Vrste restriktivnih opustitev." New England Biolabs: reagenti za industrijo znanosti o življenju, www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonucleases/types-of-restriction-endonucleases.
- Reece, Jane B. in Neil A. Campbell. Campbell Biology. Benjamin Cummings, 2011.