I naturen, organismer er konstant nødt til at beskytte sig mod udenlandske indtrængende, selv på mikroskopisk niveau. I bakterier er der en gruppe af bakterieenzymer, der fungerer ved at demontere fremmed DNA. Denne demonteringsproces kaldes restriktion, og enzymerne, der udfører denne proces, kaldes restriktionsenzymer.
Restriktionsenzymer er meget vigtige i rekombinant DNA-teknologi. Restriktionsenzymer er blevet brugt til at hjælpe med at producere vacciner, farmaceutiske produkter, insektresistente afgrøder og en række andre produkter.
Key takeaways
- Restriktionsenzymer demonterer fremmed DNA ved at skære det i fragmenter. Denne adskillelsesproces kaldes restriktion.
- Rekombinant DNA-teknologi er afhængig af restriktionsenzymer for at producere nye kombinationer af gener.
- Cellen beskytter sit eget DNA mod adskillelse ved at tilsætte methylgrupper i en proces kaldet modifikation.
- DNA-ligase er et meget vigtigt enzym, der hjælper med at samle DNA-strenge sammen via kovalente bindinger.
Hvad er et restriktionsenzym?
Restriktionsenzymer er en klasse af enzymer, der skærer DNA i fragmenter baseret på genkendelse af en specifik sekvens af nukleotider. Restriktionsenzymer er også kendt som restriktionsendonukleaser.
Mens der er hundreder af forskellige restriktionsenzymer, fungerer de alle i det væsentlige på samme måde. Hver enzymet har det, der er kendt som en genkendelsessekvens eller et sted. En genkendelsessekvens er typisk en specifik, kort nukleotid sekvens i DNA. Enzymerne skærer på bestemte punkter inden for den genkendte sekvens. For eksempel kan et restriktionsenzym genkende en specifik sekvens af guanin, adenin, adenin, thymin, thymin, cytosin. Når denne sekvens er til stede, kan enzymet foretage forskudte snit i sukker-fosfatryggen i sekvensen.
Men hvis restriktionsenzymer skæres baseret på en bestemt sekvens, hvordan beskytter celler som bakterier deres eget DNA mod at blive skåret op af restriktionsenzymer? I en typisk celle methylgrupper (CH3) sættes til baserne i sekvensen for at forhindre genkendelse af restriktionsenzymerne. Denne proces udføres af komplementære enzymer, der genkender den samme sekvens af nukleotidbaser som restriktionsenzymer. Methylering af DNA er kendt som modifikation. Med processerne til modifikation og restriktion kan celler både skære fremmed DNA, som udgør en fare for cellen, mens den vigtige DNA i cellen bevares.
Baseret på den dobbeltstrengede konfiguration af DNA er genkendelsessekvenser symmetriske på de forskellige stande, men kører i modsatte retninger. Husk, at DNA har "retning" angivet med typen kulstof i enden af strengen. 5'-enden har en phosphatgruppe bundet, mens den anden 3'-ende har en hydroxylgruppe bundet. For eksempel:
5 'slutning -... guanin, adenin, adenin, thymin, thymin, cytosin... - 3 'slutning
3 'slutning -... cytosin, thymin, thymin, adenin, adenin, guanin... - 5 'slutning
Hvis for eksempel restriktionsenzymet skærer inden for sekvensen mellem guanin og adenin, er det ville gøre det med begge sekvenser, men i modsatte ender (da den anden sekvens kører i det modsatte retning). Da DNAet er skåret på begge strenge, vil der være komplementære ender, der kan hydrogenbinde til hinanden. Disse ender kaldes ofte "klæbrige ender."
Hvad er DNA-ligase?
De klæbrige ender af fragmenterne produceret af restriktionsenzymer er nyttige i laboratorieindstillinger. De kan bruges til at forbinde DNA-fragmenter fra både forskellige kilder og forskellige organismer. Fragmenterne holdes sammen af brintbindinger. Fra et kemisk perspektiv er brintbindinger svage attraktioner og er ikke permanente. Ved anvendelse af en anden type enzym kan bindingerne imidlertid gøres permanente.
DNA-ligase er et meget vigtigt enzym, der fungerer i begge replikation og reparation af en celle's DNA. Det fungerer ved at hjælpe sammenføjningen af DNA-strenge sammen. Det fungerer ved at katalysere en phosphodiesterbinding. Denne binding er en kovalent binding, meget stærkere end ovennævnte brintbinding og i stand til at holde de forskellige fragmenter sammen. Når der anvendes forskellige kilder, har det resulterende rekombinante DNA, der produceres, en ny kombination af gener.
Restriktionsenzymtyper
Der er fire brede kategorier af restriktionsenzymer: Type I-enzymer, Type II-enzymer, Type III-enzymer og Type IV-enzymer. Alle har den samme grundlæggende funktion, men de forskellige typer klassificeres ud fra deres genkendelse sekvens, hvordan de spalter, deres sammensætning og deres stofkrav (behovet for og typen af cofaktorer). Generelt skærer type I-enzymer DNA på steder fjernt til genkendelsessekvensen; Type II skåret DNA inden for eller tæt på genkendelsessekvensen; Type III skåret DNA nær genkendelsessekvenser; og type IV spalter methyleret DNA.
Kilder
- Biolabs, New England. “Typer af restriktionsendonukleaser.” New England Biolabs: Reagents for Life Sciences Industry, www.neb.com/products/restriction-endonuclease/restriction-endonuclease/types-of-restriction-endonuclease.
- Reece, Jane B. og Neil A. Campbell. Campbell biologi. Benjamin Cummings, 2011.