Funkcje i typy endonukleaz



The endonukleazy są enzymami, które odcinają wiązania fosfodiestrowe znajdujące się wewnątrz łańcucha nukleotydowego. Miejsca restrykcyjne endonukleaz są bardzo zróżnicowane. Niektóre z tych enzymów wycinają DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy, nasz materiał genetyczny) niemal wszędzie, to znaczy są niespecyficzne.

W przeciwieństwie do tego, istnieje inna grupa endonukleaz, które są bardzo specyficzne w regionie lub sekwencji, którą zamierzają wyciąć. Ta grupa enzymów jest znana jako enzymy restrykcyjne i są one bardzo przydatne w biologii molekularnej. W tej grupie mamy znane enzymy Bam HI, Eco RI i Alu I.

W przeciwieństwie do endonukleaz, istnieje inny typ białek katalitycznych - egzonukleazy - które są odpowiedzialne za przerwanie połączenia fosfodiestrowego na końcu łańcucha.

Indeks

  • 1 Endonukleazy restrykcyjne
  • 2 Funkcje i zastosowania endonucli restrykcyjnych
    • 2.1 Polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych (RFLP)
  • 3 Rodzaje endonukleaz restrykcyjnych
    • 3.1 Typ I
    • 3.2 Typ II
    • 3.3 Typ III
    • 3.4 Typ IV
  • 4 odniesienia

Endonukleazy restrykcyjne

Endonukleazy restrykcyjne lub enzymy restrykcyjne są białkami katalitycznymi, które są odpowiedzialne za cięcie wiązań fosfodiestrowych w łańcuchu DNA w bardzo specyficznych sekwencjach.

Enzymy te można uzyskać w wielu firmach biotechnologicznych, a ich stosowanie jest niemal niezbędne w ramach obecnych technik manipulacji DNA.

Endonukleazy restrykcyjne są nazywane przy użyciu pierwszych liter dwumianowej nazwy naukowej organizmu, z którego pochodzą, a następnie szczepu (jest to opcjonalne) i kończy się grupą enzymów restrykcyjnych, do których należą. Na przykład, Bam HI i Eco RI są szeroko stosowanymi endonukleazami.

Region DNA rozpoznawany przez enzym nazywany jest miejscem restrykcyjnym i jest unikalny dla każdej endonukleazy, chociaż kilka enzymów może pokrywać się w miejscach restrykcyjnych. Miejsce to zazwyczaj składa się z krótkiej sekwencji palindromicznej o długości około 4 do 6 par zasad, takiej jak AGCT (dla Alu I) i GAATTC dla Eco RI.

Sekwencje palindromiczne są sekwencjami, które chociaż odczytane w kierunku 5 'do 3' lub 3 'do 5', są identyczne. Na przykład w przypadku Eco RI sekwencją palindromiczną jest: GAATTC i CTTAAG.

Funkcje i zastosowania endonuceli restrykcyjnych

Na szczęście dla biologów molekularnych bakterie rozwinęły w trakcie ewolucji szereg endonukleaz restrykcyjnych, które wewnętrznie fragmentują materiał genetyczny.

W naturze enzymy te ewoluowały - przypuszczalnie - jako system ochrony bakteryjnej przed inwazją obcych cząsteczek DNA, takich jak te z fagów.

W celu rozróżnienia między własnym i obcym materiałem genetycznym te endonukleazy restrykcyjne mogą rozpoznawać specyficzne sekwencje nukleotydowe. Zatem DNA, które nie ma tej sekwencji, może być niezakłócone wewnątrz bakterii.

Natomiast gdy endonukleaza rozpoznaje miejsce restrykcyjne, wiąże się z DNA i tnie je.

Biolodzy są zainteresowani badaniem materiału genetycznego istot żywych. Jednak DNA składa się z kilku milionów par zasad długości. Cząsteczki te są niezwykle długie i powinny być analizowane małymi fragmentami.

Aby osiągnąć ten cel, endonukleazy restrykcyjne są zintegrowane z różnymi protokołami biologii molekularnej. Na przykład, pojedynczy gen może być wychwytywany i replikowany do przyszłej analizy. Ten proces nazywa się „klonowaniem” genu.

Polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych (RFLP)

Polimorfizmy długości fragmentów restrykcyjnych dotyczą wzorca specyficznych sekwencji nukleotydowych w DNA, które endonukleazy restrykcyjne są w stanie rozpoznać i wyciąć.

Dzięki specyficzności enzymów każdy organizm charakteryzuje się specyficznym wzorem cięcia w DNA, pochodzącym fragmentem o zmiennej długości.

Typy endonukleaz restrykcyjnych

Historycznie endonukleazy restrykcyjne zostały sklasyfikowane w trzech typach enzymów oznaczonych cyframi rzymskimi. Ostatnio opisano czwarty rodzaj endonukleazy.

Typ I

Najważniejszą cechą endonukleaz typu I jest to, że są to białka utworzone przez kilka podjednostek. Każda z nich funkcjonuje jako pojedynczy kompleks białkowy i zazwyczaj ma dwie podjednostki zwane R, dwie M i jedną S.

Część S jest odpowiedzialna za rozpoznawanie miejsca restrykcyjnego w DNA. Z drugiej strony podjednostka R jest niezbędna do rozszczepienia, a M jest odpowiedzialna za katalizowanie reakcji metylacji.

Istnieją cztery podkategorie enzymów typu I, znane z liter A, B, C i D, które są powszechnie używane. Ta klasyfikacja opiera się na komplementacji genetycznej.

Enzymy typu I były pierwszymi endonukleazami restrykcyjnymi, które zostały odkryte i oczyszczone. Jednak najbardziej przydatne w biologii molekularnej są te typu II, które zostaną opisane w następnej sekcji.

Typ II

Endonukleazy restrykcyjne typu II rozpoznają specyficzne sekwencje DNA i przeprowadzają cięcie w stałej pozycji w pobliżu sekwencji, która wytwarza 5 'fosforany i 3' hydroksyl. Jony magnezu są zwykle wymagane jako kofaktory (Mg2+), ale są takie, które mają znacznie bardziej specyficzne wymagania.

Strukturalnie mogą występować jako monomery, dimery, a nawet tetramery. Technologia rekombinacji wykorzystuje endonukleazy typu II iz tego powodu scharakteryzowano ponad 3500 enzymów.

Typ III

Te układy enzymatyczne składają się z dwóch genów, zwanych mod i res, które kodują podjednostki, które rozpoznają DNA oraz modyfikacje lub ograniczenia. Obie podjednostki są niezbędne do ograniczenia, procesu całkowicie zależnego od hydrolizy ATP.

Aby rozszczepić cząsteczkę DNA, enzym musi oddziaływać z dwiema kopiami nie palindromicznej sekwencji rozpoznawania, a miejsca muszą znajdować się w odwrotnej orientacji na podłożu. Rozszczepienie poprzedzone jest translokacją DNA.

Typ IV

Ostatnio zidentyfikowano dodatkową grupę. System składa się z dwóch lub więcej genów kodujących białka, które przecinają tylko zmodyfikowane sekwencje DNA, czy to metylowanej, hydroksymetylowanej czy hydrosylowanej glikozylu.

Na przykład, enzym EckKMcrBC rozpoznaje dwa dinukleotydy postaci ogólnej RmC; purynę, a następnie metylowaną cytozynę, którą można rozdzielić kilkoma parami zasad - od 40 do prawie 3000. Rozszczepienie zachodzi około 30 par zasad po miejscu rozpoznawanym przez enzym.

Referencje

  1. Burrell, M. M. (red.). (1993). Enzymy biologii molekularnej. Totowa, NJ: Humana Press.
  2. Loenen, W. A., Dryden, D. T., Raleigh, E. A. i Wilson, G. G. (2013). Enzymy restrykcyjne typu I i ich rodziny. Badania kwasów nukleinowych, 42(1), 20-44.
  3. Murray, P.R., Rosenthal, K.S. i Pfaller, M.A. (2017). Medical Microbiology + StudentConsult w języku hiszpańskim + StudentConsult. Elsevier Health Sciences.
  4. Nathans, D. i Smith, H. O. (1975). Endonukleazy restrykcyjne w analizie i restrukturyzacji cząsteczek DNA. Roczny przegląd biochemii, 44(1), 273-293.
  5. Pingoud, A., Fuxreiter, M., Pingoud, V. i Wende, W. (2005). Endonukleazy restrykcyjne typu II: struktura i mechanizm. Komórkowe i molekularne nauki o życiu, 62(6), 685.