Функції і типи ендонуклеаз

The ендонуклеази є ферментами, які розрізають фосфодіефірні зв'язки, розташовані всередині нуклеотидної ланцюга. Сайти рестрикції ендонуклеаз дуже різноманітні. Деякі з цих ферментів ріжуть ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота, наш генетичний матеріал) практично в будь-якому місці, тобто вони неспецифічні.

Навпаки, існує інша група ендонуклеаз, які дуже специфічні в регіоні або послідовності, яку вони збираються виділяти. Ця група ферментів відома як рестрикційні ферменти, і вони дуже корисні в молекулярній біології. У цій групі ми маємо відомі ферменти Bam HI, Eco RI і Alu I.

На відміну від ендонуклеаз, існує інший тип каталітичних білків - екзонуклеаз - які відповідають за порушення фосфодіестерного зв'язку в кінці ланцюга.

Індекс

• 1 Рестрикційні ендонуклеази
• 2 Функції та застосування ендонуклеотидів обмеження
  • 2.1 Поліморфізм довжини рестрикційних фрагментів (RFLP)
• 3 Типи ендонуклеаз рестрикції
  • 3.1 Тип I
  • 3.2 Тип II
  • 3.3 Тип III
  • 3.4 Тип IV
• 4 Посилання

Рестрикційні ендонуклеази

Рестрикційні ендонуклеази або рестрикційні ферменти є каталітичними білками, які відповідають за розщеплення фосфодіефірних зв'язків всередині ДНК ланцюга в дуже специфічних послідовностях.

Ці ферменти можуть бути придбані в декількох біотехнологічних компаніях, і їх використання є практично необхідним в рамках існуючих методів маніпулювання ДНК..

Ендонуклеази рестрикції названі з використанням перших літер біноміальної наукової назви організму, з якого вони приходять, за якими слідує штам (це необов'язково) і закінчується групою ферментів рестрикції, до яких вони належать. Наприклад, Bam HI і Eco RI широко використовуються эндонуклеазами.

Область ДНК, яку розпізнає фермент, називається сайтом рестрикції і є унікальною для кожної ендонуклеази, хоча кілька ферментів можуть збігатися на сайтах рестрикції. Цей сайт, як правило, складається з короткої паліндромної послідовності довжиною від 4 до 6 пар основ, наприклад AGCT (для Alu I) і GAATTC для Eco RI.

Палиндромние послідовності є послідовностями, які, хоча читаються в напрямку 5 'до 3' або 3 'до 5', є ідентичними. Наприклад, у разі Eco RI, палиндромной послідовністю є: GAATTC і CTTAAG.

Функції та застосування ендонуклеаз рестрикції

На щастя для молекулярних біологів, бактерії розробили в ході еволюції ряд рестрикційних ендонуклеаз, які внутрішньо фрагментують генетичний матеріал.

У природі ці ферменти розвивалися - імовірно - як систему бактеріального захисту від інвазії чужорідних молекул ДНК, таких як ті з фагів..

Для того, щоб розрізняти власний і чужий генетичний матеріал, ці ендонуклеази рестрикції можуть розпізнавати специфічні нуклеотидні послідовності. Таким чином, ДНК, яка не має цієї послідовності, може бути непорушеною всередині бактерії.

Навпаки, коли ендонуклеаза розпізнає сайт рестрикції, вона зв'язується з ДНК і розрізає її.

Біологи зацікавлені в вивченні генетичного матеріалу живих істот. Однак ДНК складається з декількох мільйонів пар основ у довжину. Ці молекули надзвичайно довгі і їх слід аналізувати невеликими фрагментами.

Для досягнення цієї мети в різні протоколи молекулярної біології інтегруються ендонуклеази рестрикції. Наприклад, окремий ген може бути захоплений і відтворений для подальшого аналізу. Цей процес називається "клонуванням" гена.

Поліморфізм довжини рестрикційних фрагментів (RFLP)

Поліморфізми довжини рестрикційних фрагментів відносяться до структури специфічних нуклеотидних послідовностей в ДНК, які здатні розпізнавати і розрізати ендонуклеази рестрикції..

Завдяки специфічності ферментів кожен організм характеризується специфічною схемою розрізу в ДНК, що породжує фрагмент змінної довжини.

Типи рестрикційних ендонуклеаз

Історично, ендонуклеази рестрикції були класифіковані на три типи ферментів, позначених римськими цифрами. Останнім часом описаний четвертий тип ендонуклеази.

Тип I

Найбільш важливою характеристикою ендонуклеаз типу I є те, що вони є білками, утвореними декількома субодиницями. Кожна з цих функцій є єдиним білковим комплексом і зазвичай має дві субодиниці, звані R, два M і один S.

S частина відповідальна за розпізнавання сайту рестрикції в ДНК. З іншого боку, субодиниця R є суттєвою для розщеплення, а M відповідає за каталізацію реакції метилювання..

Існують чотири підкатегорії ферментів типу I, відомі літерами A, B, C і D, які знаходяться в загальному користуванні. Ця класифікація ґрунтується на генетичній комплементарності.

Ферменти типу I були першими ендонуклеазами рестрикції, які необхідно було виявити і очистити. Тим не менш, найбільш корисними в молекулярній біології є ті типу II, які будуть описані в наступному розділі.

Тип II

Ендонуклеази рестрикції II типу розпізнають специфічні послідовності ДНК і виконують розщеплення в постійному положенні поблизу послідовності, яка продукує 5 'фосфати і 3' гідроксили. Як кофактори (Mg, як правило, потрібні іони магнію)²⁺), але є деякі, які мають набагато більш специфічні вимоги.

Структурно вони можуть з'являтися як мономери, димери або навіть тетрамери. Рекомбінантна технологія використовує ендонуклеази типу II і з цієї причини охарактеризовано більше 3500 ферментів.

Тип III

Ці ферментні системи складаються з двох генів, званих мод і res, який код для субодиниць, які розпізнають ДНК і для модифікацій або обмежень. Обидві субодиниці необхідні для обмеження, процес повністю залежить від гідролізу АТФ.

Для того, щоб розщепити молекулу ДНК, фермент повинен взаємодіяти з двома копіями послідовності розпізнавання, що не є паліндромом, і сайти повинні бути в зворотній орієнтації на підкладці. Розщепленню передує транслокація ДНК.

Тип IV

Останнім часом було визначено додаткову групу. Система складається з двох або більше генів, які кодують білки, які розщеплюють тільки модифіковані послідовності ДНК, будь то метильований, гідроксиметильований або гідросильований глікозил.

Наприклад, фермент EckKMcrBC розпізнає два динуклеотида загального виду RmC; пурином, за яким йде метильований цитозин, який може бути розділений кількома парами підстав - від 40 до майже 3000. Розщеплення відбувається близько 30 пар основ після ділянки, який розпізнає фермент..

Список літератури

1. Burrell, М. M. (ред.). (1993). Ферменти молекулярної біології. Totowa, NJ: Humana Press.
2. Loenen, W.A., Dryden, D.T., Raleigh, E.A., & Wilson, G.G. (2013). Ферменти рестрикції I типу та їх родичі. Дослідження нуклеїнових кислот, 42(1), 20-44.
3. Мюррей, П.Р., Розенталь, К.С., & Пфалер, М.А. (2017). Медична мікробіологія + студентська консультація іспанською мовою + студентський консультант. Elsevier Health Sciences.
4. Nathans, D., & Smith, H. O. (1975). Рестрикційні ендонуклеази в аналізі і перебудові молекул ДНК. Щорічний огляд біохімії, 44(1), 273-293.
5. Pingoud, A., Fuxreiter, M., Pingoud, V., & Wende, W. (2005). Ендонуклеази рестрикції II типу: структура і механізм. Клітинні та молекулярні науки про життя, 62(6), 685.