В природе организмам постоянно приходится защищаться от чужеродных захватчиков, даже на микроскопическом уровне. В бактериях есть группа бактериальных ферментов, которые разрушают чужеродную ДНК. Этот процесс разборки называется рестрикцией, а ферменты, выполняющие этот процесс, называются рестрикционными ферментами.
Рестрикционные ферменты очень важны в технологии рекомбинантной ДНК. Ферменты рестрикции используются для производства вакцин, фармацевтических продуктов, сельскохозяйственных культур, устойчивых к насекомым, и множества других продуктов.
Ключевые выводы
- Ферменты рестрикции разбирают чужеродную ДНК, разрезая ее на фрагменты. Этот процесс разборки называется рестрикцией.
- Технология рекомбинантной ДНК полагается на рестрикционные ферменты для создания новых комбинаций генов.
- Клетка защищает свою ДНК от разборки, добавляя метил группы в процессе, называемом модификацией.
- ДНК-лигаза – очень важный фермент, который помогает соединять цепи ДНК вместе посредством ковалентных связей.
Что такое рестрикционный фермент?
Рестрикционные ферменты – это класс ферментов, которые разрезают ДНК на фрагменты на основе распознавания определенной последовательности нуклеотидов. Рестрикционные ферменты также известны как рестрикционные эндонуклеазы.
Хотя существуют сотни различных рестрикционных ферментов, все они работают по существу одинаково. У каждого фермента есть так называемая последовательность или сайт узнавания. Последовательность распознавания обычно представляет собой конкретную короткую нуклеотидную последовательность в ДНК. Ферменты разрезают в определенных точках в пределах распознаваемой последовательности. Например, рестрикционный фермент может распознавать конкретную последовательность гуанина, аденина, аденина, тимина, тимина, цитозина. Когда присутствует эта последовательность, фермент может делать ступенчатые разрезы сахарно-фосфатного остова в последовательности.
Но если рестрикционные ферменты разрезают на основе определенной последовательности , как клетки, подобные бактериям, защищают свою ДНК от расщепления рестрикционными ферментами? В типичной клетке метильные группы (CH 3 ) добавляются к основаниям в последовательности, чтобы предотвратить распознавание рестрикционными ферментами. Этот процесс осуществляется комплементарными ферментами, которые распознают ту же последовательность нуклеотидных оснований, что и рестрикционные ферменты. Метилирование ДНК известно как модификация. С помощью процессов модификации и ограничения клетки могут разрезать чужеродную ДНК, которая представляет опасность для клетки, сохраняя при этом важную ДНК клетки.
На основании в двухцепочечной конфигурации ДНК последовательности распознавания симметричны на разных стойках, но идут в противоположных направлениях. Напомним, что ДНК имеет «направление», обозначенное типом углерода на конце цепи. К 5′-концу присоединена фосфатная группа, а к другому 3′-концу присоединена гидроксильная группа. Например:
5 ‘конец – … гуанин, аденин, аденин, тимин, тимин, цитозин … – 3 ‘конец
3′ конец – … цитозин, тимин, тимин, аденин , аденин, гуанин … – 5 ‘конец
Если, например, рестрикционный фермент разрезает последовательность между гуанином и аденином, он будет делать так и с обеими последовательностями, но на противоположных концах (поскольку вторая последовательность выполняется в противоположном направлении). Поскольку ДНК разрезана на обеих цепях, будут дополнительные концы, которые могут связывать друг с другом водородные связи. Эти концы часто называют «липкими».
Что такое ДНК-лигаза?
Липкие концы фрагментов, продуцируемые рестрикционными ферментами, полезны в лабораторных условиях. Их можно использовать для объединения фрагментов ДНК как из разных источников, так и из разных организмов. Фрагменты удерживаются вместе водородными связями. С химической точки зрения водородные связи – слабое притяжение и непостоянство. Однако, используя другой тип фермента, связи можно сделать постоянными.
ДНК-лигаза – очень важный фермент, который функционирует как в репликации, так и в восстановлении клеток. ДНК. Он функционирует, помогая соединению нитей ДНК вместе. Он работает, катализируя фосфодиэфирную связь. Эта связь представляет собой ковалентную связь, намного более прочную, чем вышеупомянутая водородная связь, и способная удерживать различные фрагменты вместе. При использовании разных источников полученная рекомбинантная ДНК имеет новую комбинацию генов.
Типы рестрикционных ферментов
Существует четыре широких категории рестрикционных ферментов: ферменты типа I, ферменты типа II, ферменты типа III и ферменты типа IV. Все они выполняют одну и ту же базовую функцию, но разные типы классифицируются на основе их последовательности распознавания, того, как они расщепляются, их состава и их требований к веществам (потребности и типа кофакторов). Обычно ферменты типа I разрезают ДНК в местах, удаленных от последовательности узнавания; ДНК типа II, разрезанная внутри или близко к узнаваемой последовательности; ДНК типа III разрезана рядом с узнаваемыми последовательностями; и тип IV расщепляет метилированную ДНК.
Sources
- Biolabs, New England. «Типы рестрикционных эндонуклеаз». Биолаборатории Новой Англии: реагенты для медико-биологической отрасли , www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonucleases/types-of-restriction-endonucleases. li>
- Рис, Джейн Б. и Нил А. Кэмпбелл. Биология Кэмпбелла . Бенджамин Каммингс, 2011 г..