Википедија

Рестрикционен ензим

Рестрикционен ензим, рестрикциона ендонуклеаза, или рестриктаза е ензим кој ја сече ДНК молекулата на фрагменти, на или во близина на специфични места кои ги препознава, наречени рестрикциони места.[1][2][3] Рестрикционите ензими спаѓаат во групата на ендонуклеази. Рестрикционите ензими најчесто се класифицираат во пет типови, кои се разликуваат во однос на нивната структура и во однос на тоа дали го сечат ДНК супстратот точно на местото кое го препознаваат или на друго место кое не е исто со местото на препознавање. За да ја пресечат ДНК, сите рестрикциони ензими прават два засеци, секој на една од веригите на двојната завојница.

Овие ензими се среќаваат во бактериите и археите и се дел од одбранбениот механизам на клетката против вируси.[4][5] Во внатрешноста на прокариотската клетка, рестрикционите ензими селективно ја сечат страната ДНК во процес кој се нарекува рестрикциона дигестија; во исто време, ДНК на домаќинот е заштитена со помош на модификациски ензим (метилтрансфераза) кој врши модификација на прокариотската ДНК за да ја заштити од дејството на рестрикционите ензими. Заедно, овие два процеса го формираат рестрикционо-модификациониот систем.[6]

Досега се проучени во детали над 3000 рестрикциони ензими, а повеќе од 600 од нив се достапни комерцијално.[7] Овие ензими рутински се користат за модификација на ДНК во лабораториите, и тие се важна алатка во молекуларното клонирање.[8][9][10]

Место на препознавање уреди

 
Палиндромското место на препознавање се чита на ист начин и на двете вериги кога се чита во иста насока.

Рестрикционите ензими препознаваат одредена низа на нуклеотиди[2] и создаваат пресек на двете вериги на ДНК. Низите кои ги препознаваат можат да бидат класифицирани врз основа на бројот на базите во низата, кој најчесто изнесува помеѓу 4 и 8. Бројот на базите во низата утврдува колку често тоа место случајно би се појавувало во даден геном, на пример, низа од 4 бази теоретски би се појавувала еднаш на секои 4^4 = 256 базни парови (бп), низа од 6 бази еднаш на секои 4^6 = 4096 бп, а низа од 8 бази еднаш на секои 4^8 = 65.536 бп.[11] Многу од овие низи се палиндроми, што значи дека се читаат на ист начин и во двете насоки (напред и назад).[12] Во ДНК можат да се јават два типа на палиндромски низи. Огледалниот палиндром е сличен на оној кој се среќава во обичниот текст, во кој една низа се чита на ист начин напред и назад, како што е, на пример, GTAATG. Палиндромот на превртено повторување исто така се чита исто напред и назад, но овде низите се наоѓаат на спротивните, комплементарни нишки (односно, кај двоверижна ДНК), како што е, на пример, GTATAC (GTATAC е комплементарна на CATATG).[13] Палиндромите на превртено повторување се почести и имаат поголема биолошка значајност од огледалните палиндроми.

Сечењето кое го врши ензимот EcoRI создава „лепливи краеви“,

 

додека сечењето кое го врши ензимот SmaI создава „тапи краеви“:

 

Низите на препознавање на ДНК се разликуваат за секој рестрикционен ензим, па поради тоа има разлики во должината, низата и ориентацијата (5' крај или 3' крај) на протрудирачките лепливи краеви кои ги создава ензимот.[14]

Типови уреди

Рестрикционите ендонуклеази кои се среќаваат во природата се категоризирани во четири групи (тип I, тип II, тип III и тип IV) врз основа на нивниот состав, ензимскиот кофактор кој го користат, природата на нивната целна низа и позицијата на местото на ДНК кое го сечат во однос на целната низа.[15][16][17] Меѓутоа, анализите на ДНК-низите на рестрикционите ензими покажуваат поголеми варијации, што сугерира дека постојат повеќе од четири типа.[18] Сите типови на рестрикциони ензими препознаваат специфични кратки ДНК-низи и вршат ендонуклеолитичко сечење на ДНК чиј производ се специфични фрагменти со терминални 5'-фосфати. Тие се разликуваат по низата која ја препознаваат, составот на подединиците, позицијата за сечење и кофакторот кој го користат:[19][20]

  • Тип I ензимите (EC 3.1.21.3) сечат место кое е далеку од местото на препознавање; како кофактори користат ATP и S-аденозил-L-метионин; тие се мултифункционални белковини кои делуваат и како рестрикциони ензими и како метилази (EC 2.1.1.72).
  • Тип II ензимите (EC 3.1.21.4) сечат место кое е во рамките или на одредено кратко растојание од местото на препознавање; повеќето користат магнезиумов јон како кофактор; имаат функција само на рестрикциони ензими.
  • Тип III ензимите (EC 3.1.21.5) сечат место кое е на кратко растојание од местото на препознавање; користат ATP (но не го хидролизираат); S-аденозил-L-метионинот ја поттикнува реакција, но не е неопходен; постојат како дел од комплекс со модификациона метилаза (EC 2.1.1.72).
  • Тип IV ензимите целат на изменетата ДНК, на пример, метилирана, хидроксиметилирана и гликозил-хидроксиметилирана ДНК.

Номенклатура уреди

Изведување на името EcoRI
Кратенка Значење Опис
E Escherichia род
co coli вид
R RY13 сој
I Прв идентификуван редот по кој се идентификувани во бактеријата

Од нивното првично откривање во 1970-тите години, многу рестрикциони ензими биле идентификувани; на пример, карактеризирани се повеќе од 3500 различни тип II рестрикциони ензими.[21] Секој ензим е именуван по бактеријата од која бил изолиран, со употреба на систем за именување кој се заснова на бактерискиот род, вид и сој.[22][23]

Употреба уреди

Изолираните рестрикциони ензими се користат за манипулирање со ДНК молекули за различни научни цели.

Тие се користат за да се овозможи вметнување на гени во плазмидните вектори за време на експериментите на клонирање на гени и производството на белковини.[24][25]

Рестрикционите ензими може да се користат и за разликување на генските алели со специфично препознавање на единечни базни промени во ДНК познати како еднонуклеотидни полиморфизми.[26][27] Ова е можно само ако еднонуклеотидниот полиморфизам го промени рестрикционото место присутно во алелата. Со овој метод, рестрикциониот ензим може да се користи за да се генотипизира ДНК без употреба на скапо генско секвенционирање.

На сличен начин, рестрикционите ензими се користат за дигестија на геномската ДНК за анализирање на гени со Southern blot. Оваа техника им овозможува на истражувачите да идентификуваат колку копии (или паралози) на генот се присутни во геномот на една единка, или колку генски мутации (полиморфизми) се присутни во дадена популација.[28]

Вештачките рестрикциони ензими создадени со поврзување на FokI доменот за сечење на ДНК со низа на ДНК врзувачки белковини или низи од цинкови прсти, наречени цинкови прсти нуклеази (ZFN), се моќна алатка за менување на геномот поради нивната голема специфичност за одредени низи.

Поврзано уреди

Наводи уреди

  1. ↑ „Restriction endonucleases“. CRC Critical Reviews in Biochemistry. 4 (2): 123–64. November 1976. doi:10.3109/10409237609105456. PMID 795607.
  2. ↑ 2,0 2,1 „Specificity of restriction endonucleases and DNA modification methyltransferases a review (Edition 3)“. Gene. 92 (1–2): 1–248. August 1990. doi:10.1016/0378-1119(90)90486-B. PMID 2172084.
  3. ↑ Pingoud A, Alves J, Geiger R (1993). Burrell M (уред.). Enzymes of Molecular Biology. Chapter 8: Restriction Enzymes. Methods of Molecular Biology. 16. Totowa, NJ: Humana Press. стр. 107–200. ISBN 0-89603-234-5.
  4. ↑ „DNA modification and restriction“. Annual Review of Biochemistry. 38: 467–500. 1969. doi:10.1146/annurev.bi.38.070169.002343. PMID 4897066.
  5. ↑ „Bacteriophage survival: multiple mechanisms for avoiding the deoxyribonucleic acid restriction systems of their hosts“. Microbiological Reviews. 47 (3): 345–60. September 1983. PMC 281580. PMID 6314109.
  6. ↑ „Behavior of restriction-modification systems as selfish mobile elements and their impact on genome evolution“. Nucleic Acids Research. 29 (18): 3742–56. September 2001. doi:10.1093/nar/29.18.3742. PMC 55917. PMID 11557807.
  7. ↑ „REBASE--enzymes and genes for DNA restriction and modification“. Nucleic Acids Research. 35 (Database issue): D269-70. January 2007. doi:10.1093/nar/gkl891. PMC 1899104. PMID 17202163.
  8. ↑ Primrose SB, Old RW (1994). Principles of gene manipulation: an introduction to genetic engineering. Oxford: Blackwell Scientific. ISBN 0-632-03712-1.
  9. ↑ Micklos DA, Bloom MV, Freyer GA (1996). Laboratory DNA science: an introduction to recombinant DNA techniques and methods of genome analysis. Menlo Park, Calif: Benjamin/Cummings Pub. Co. ISBN 0-8053-3040-2.
  10. ↑ Massey A, Kreuzer H (2001). Recombinant DNA and Biotechnology: A Guide for Students. Washington, D.C: ASM Press. ISBN 1-55581-176-0.
  11. ↑ Restriction Map
  12. ↑ „Structure and function of type II restriction endonucleases“. Nucleic Acids Research. 29 (18): 3705–27. September 2001. doi:10.1093/nar/29.18.3705. PMC 55916. PMID 11557805.
  13. ↑ Clark DP (2005). Molecular biology. Amsterdam: Elsevier Academic Press. ISBN 0-12-175551-7.
  14. ↑ „The molecular perspective: restriction endonucleases“ (PDF). Stem Cells. 20 (2): 190–1. 2002. doi:10.1634/stemcells.20-2-190. PMID 11897876.
  15. ↑ „Biology of DNA restriction“. Microbiological Reviews. 57 (2): 434–50. June 1993. PMC 372918. PMID 8336674.
  16. ↑ „DNA restriction and modification mechanisms in bacteria“. Annual Review of Microbiology. 25: 153–76. 1971. doi:10.1146/annurev.mi.25.100171.001101. PMID 4949033.
  17. ↑ „Structure and mechanism of multifunctional restriction endonucleases“. Annual Review of Biochemistry. 50: 285–319. 1981. doi:10.1146/annurev.bi.50.070181.001441. PMID 6267988.
  18. ↑ Types of Restriction Endonucleases | NEB
  19. ↑ „S-Adenosyl-L-methionine-dependent restriction enzymes“. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 39 (1): 1–19. 2004. doi:10.1080/10409230490440532. PMID 15121719.
  20. ↑ „Restriction endonucleases: classification, properties, and applications“. Molecular Biotechnology. 23 (3): 225–43. March 2003. doi:10.1385/MB:23:3:225. PMID 12665693.
  21. ↑ A. Pingoud (2004). Restriction Endonucleases (Nucleic Acids and Molecular Biology). Springer. стр. 3. ISBN 9783642188510.
  22. ↑ „Letter: A suggested nomenclature for bacterial host modification and restriction systems and their enzymes“. Journal of Molecular Biology. 81 (3): 419–23. December 1973. doi:10.1016/0022-2836(73)90152-6. PMID 4588280.
  23. ↑ „A nomenclature for restriction enzymes, DNA methyltransferases, homing endonucleases and their genes“. Nucleic Acids Research. 31 (7): 1805–12. April 2003. doi:10.1093/nar/gkg274. PMC 152790. PMID 12654995.CS1-одржување: display-автори (link)
  24. ↑ Geerlof A. „Cloning using restriction enzymes“. European Molecular Biology Laboratory - Hamburg. Посетено на 2008-06-07.
  25. ↑ Russell DW, Sambrook J (2001). Molecular cloning: a laboratory manual. Cold Spring Harbor, N.Y: Cold Spring Harbor Laboratory. ISBN 0-87969-576-5.
  26. ↑ „Combining allele-specific fluorescent probes and restriction assay in real-time PCR to achieve SNP scoring beyond allele ratios of 1:1000“. BioTechniques. 44 (2): 193–4, 196, 199. February 2008. doi:10.2144/000112719. PMID 18330346.
  27. ↑ „SNP Cutter: a comprehensive tool for SNP PCR-RFLP assay design“. Nucleic Acids Research. 33 (Web Server issue): W489-92. July 2005. doi:10.1093/nar/gki358. PMC 1160119. PMID 15980518.CS1-одржување: display-автори (link)
  28. ↑ Stryer L, Berg JM, Tymoczko JL (2002). Biochemistry (Fifth. изд.). San Francisco: W.H. Freeman. стр. 122. ISBN 0-7167-4684-0.

Надворешни врски уреди

Општи информации:

Бази на податоци:

Софтвер:

Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Рестрикционен_ензим&oldid=4946324“