Dabā, organismi pastāvīgi jāaizsargā sevi no svešiem iebrucējiem, pat mikroskopiskā līmenī. Baktērijās ir baktēriju enzīmu grupa, kas darbojas, demontējot svešos DNS. Šo demontāžas procesu sauc par ierobežošanu, un fermentus, kas šo procesu veic, sauc par restrikcijas fermentiem.
Restrikcijas fermenti ir ļoti svarīgi rekombinantās DNS tehnoloģija. Restrikcijas enzīmi ir izmantoti, lai palīdzētu ražot vakcīnas, farmaceitiskos produktus, pret kukaiņiem izturīgas kultūras un virkni citu produktu.
Taustiņu izņemšana
- Restrikcijas fermenti demontē svešu DNS, sagriežot to fragmentos. Šo izjaukšanas procesu sauc par ierobežojumu.
- Rekombinantās DNS tehnoloģija ir atkarīga no restrikcijas fermentiem, lai iegūtu jaunas gēnu kombinācijas.
- Šūna aizsargā savu DNS no izjaukšanas, pievienojot metilgrupas procesā, ko sauc par modifikāciju.
- DNS ligase ir ļoti svarīgs enzīms, kas palīdz savienot DNS virzienus kopā ar kovalento saišu palīdzību.
Kas ir ierobežošanas enzīms?
Restrikcijas enzīmi ir enzīmu klase, kas sagriež DNS fragmentos, pamatojoties uz noteiktas nukleotīdu secības atpazīšanu. Restrikcijas fermenti ir pazīstami arī kā restrikcijas endonukleāzes.
Lai gan ir simtiem dažādu restrikcijas enzīmu, tie visi darbojas vienādi. Katrs ferments ir tā sauktā atpazīšanas secība vai vietne. Atpazīšanas secība parasti ir specifiska, īsa nukleotīds secība DNS. Fermenti sagriež noteiktos punktos atpazīstamajā secībā. Piemēram, restrikcijas enzīms var atpazīt noteiktu secību guanīns, adenīns, adenīns, timīns, timīns, citozīns. Kad šī secība ir sastopama, ferments var secīgi izgriezt cukura-fosfāta mugurkaulu.
Bet, ja restrikcijas enzīmi tiek sagriezti, pamatojoties uz noteiktu secību, kā šūnas, piemēram, baktērijas, pasargā viņu pašu DNS no restrikcijas enzīmu sagriešanas? Tipiskā šūnā metilgrupas (CH3) secībā pievieno bāzēm, lai novērstu atpazīšanu ar restrikcijas fermentiem. Šo procesu veic komplementārie fermenti, kas atpazīst to pašu nukleotīdu bāzu secību kā restrikcijas fermenti. DNS metilēšana ir pazīstama kā modifikācija. Ar modifikācijas un ierobežošanas procesiem šūnas var gan sagriezt svešas DNS, kas rada briesmas šūnai, vienlaikus saglabājot šūnas svarīgo DNS.
Balstoties uz DNS divpakāpju konfigurāciju, atpazīšanas sekvences ir simetriskas dažādās audzēs, bet darbojas pretējos virzienos. Atgādiniet, ka DNS virzienam ir norādīts virziens, ko norāda oglekļa tips. 5 'galā ir piestiprināta fosfāta grupa, bet otrā 3' galā ir piestiprināta hidroksilgrupa. Piemēram:
5 'beigas... guanīns, adenīns, adenīns, timīns, timīns, citozīns... - 3 'beigas
3 'beigas... citozīns, timīns, timīns, adenīns, adenīns, guanīns... - 5 'beigas
Ja, piemēram, restrikcijas enzīms sakrīt secībā starp guanīnu un adenīnu, tas to darītu ar abām sekvencēm, bet pretējos galos (jo otrā sekvence darbojas pretēji virziens). Tā kā DNS tiek sagriezts abos virzienos, būs savstarpēji papildinoši gali, kas ar ūdeņradi var saistīties. Šos galus bieži sauc par "lipīgiem galiem".
Kas ir DNS ligase?
Restrikcijas enzīmu radītie fragmentu lipīgie gali ir noderīgi laboratorijas apstākļos. Tos var izmantot, lai pievienotos DNS fragmentiem gan no dažādiem avotiem, gan no dažādiem organismiem. Fragmentus tur kopā ūdeņraža saites. No ķīmiskā viedokļa ūdeņraža saites ir vājas atrakcijas un nav pastāvīgas. Tomēr, izmantojot cita veida fermentus, saites var padarīt pastāvīgas.
DNS ligase ir ļoti svarīgs enzīms, kas darbojas gan replikācija un šūnas DNS labošana. Tas darbojas, palīdzot DNS šķipsnām savienoties kopā. Tas darbojas, katalizējot fosfodiestera saiti. Šī saite ir a kovalentā saite, daudz spēcīgāka par iepriekšminēto ūdeņraža saiti un spēj noturēt dažādus fragmentus kopā. Ja tiek izmantoti dažādi avoti, iegūtajai rekombinantajai DNS, kas tiek ražota, ir jauna gēnu kombinācija.
Restrikcijas enzīmu veidi
Pastāv četras plašas restrikcijas enzīmu kategorijas: I tipa enzīmi, II tipa enzīmi, III tipa enzīmi un IV tipa enzīmi. Visiem ir viena un tā pati pamatfunkcija, taču dažādie veidi tiek klasificēti, pamatojoties uz to atpazīšanu secība, kā tās šķīst, to sastāvs un prasības pēc vielas (nepieciešamība un veids) kofaktori). Parasti I tipa fermenti sagriež DNS vietās, kas atrodas tālu no atpazīšanas secības; II tipa sagrieztā DNS atpazīšanas secībā vai tuvu tai; III tipa sagrieztā DNS tuvu atpazīšanas sekvencēm; un IV tips šķeļ metilēto DNS.
Avoti
- Biolabs, Jaunanglija. “Restrikcijas endonukleāžu veidi.” Jaunanglijas biolabs: reaģenti dzīvības zinātņu nozarei, www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonucleases/types-of-restriction-endonucleases.
- Reece, Džeina B. un Neils A. Kempbela. Kempbela bioloģija. Bendžamins Cummings, 2011. gads.