Функции и типы эндонуклеаз



эндонуклеазы являются ферментами, которые разрывают фосфодиэфирные связи, расположенные внутри нуклеотидной цепи. Сайты рестрикции эндонуклеаз очень разнообразны. Некоторые из этих ферментов срезают ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту, наш генетический материал) практически везде, то есть они неспецифичны.

Напротив, существует другая группа эндонуклеаз, которые очень специфичны в области или последовательности, которую они собираются вырезать. Эта группа ферментов известна как ферменты рестрикции, и они очень полезны в молекулярной биологии. В этой группе у нас есть известные ферменты Bam HI, Eco RI и Alu I.

В отличие от эндонуклеаз, существует еще один тип каталитических белков - экзонуклеазы, которые ответственны за разрыв фосфодиэфирной связи в конце цепи..

индекс

  • 1 рестрикционные эндонуклеазы
  • 2 Функции и приложения рестрикционных эндонуклеусов
    • 2.1 Ограничительный фрагмент длины полиморфизма (RFLP)
  • 3 Типа рестрикционных эндонуклеаз
    • 3.1 Тип I
    • 3.2 Тип II
    • 3.3 Тип III
    • 3.4 Тип IV
  • 4 Ссылки

Рестрикционные эндонуклеазы

Эндонуклеазы рестрикции или ферменты рестрикции представляют собой каталитические белки, которые ответственны за расщепление фосфодиэфирных связей внутри цепи ДНК в очень специфических последовательностях..

Эти ферменты могут быть приобретены во многих биотехнологических компаниях, и их использование практически необходимо в современных методах манипулирования ДНК.

Эндонуклеазы рестрикции названы с использованием первых букв биномиального научного названия организма, из которого они происходят, за которым следует штамм (это необязательно) и заканчивается группой ферментов рестрикции, к которой они принадлежат. Например, Bam HI и Eco RI являются широко используемыми эндонуклеазами.

Область ДНК, которую распознает фермент, называется сайтом рестрикции и является уникальной для каждой эндонуклеазы, хотя несколько ферментов могут совпадать в сайтах рестрикции. Этот сайт обычно состоит из короткой палиндромной последовательности длиной от 4 до 6 пар оснований, такой как AGCT (для Alu I) и GAATTC для Eco RI.

Палиндромные последовательности представляют собой последовательности, которые, хотя и читаются в направлении от 5 'до 3' или от 3 'до 5', идентичны. Например, в случае Eco RI, палиндромная последовательность: GAATTC и CTTAAG.

Функции и приложения рестрикционных эндонуклеусов

К счастью для молекулярных биологов, в ходе эволюции бактерии разработали серию эндонуклеаз рестрикции, которые внутренне фрагментируют генетический материал..

В природе эти ферменты развивались - предположительно - как система бактериальной защиты от вторжения чужеродных молекул ДНК, таких как фаги.

Чтобы различать собственный и чужой генетический материал, эти эндонуклеазы рестрикции могут распознавать специфические нуклеотидные последовательности. Таким образом, ДНК, которая не имеет этой последовательности, может быть нарушена внутри бактерии..

Напротив, когда эндонуклеаза узнает сайт рестрикции, она связывается с ДНК и разрезает ее.

Биологи заинтересованы в изучении генетического материала живых существ. Тем не менее, ДНК состоит из нескольких миллионов пар оснований в длину. Эти молекулы чрезвычайно длинные и должны анализироваться небольшими фрагментами..

Для достижения этой цели эндонуклеазы рестрикции интегрированы в различные протоколы молекулярной биологии. Например, отдельный ген может быть захвачен и реплицирован для будущего анализа. Этот процесс называется «клонированием» гена.

Полиморфизм длины рестрикционных фрагментов (RFLP)

Полиморфизмы длины рестрикционных фрагментов относятся к паттерну специфических нуклеотидных последовательностей в ДНК, которые эндонуклеазы рестрикции способны распознавать и разрезать..

Благодаря специфичности ферментов каждый организм характеризуется специфическим рисунком разреза в ДНК, образующим фрагмент переменной длины.

Типы рестрикционных эндонуклеаз

Исторически рестрикционные эндонуклеазы были классифицированы на три типа ферментов, обозначенных римскими цифрами. В последнее время описан четвертый тип эндонуклеазы.

Тип I

Наиболее важной характеристикой эндонуклеаз типа I является то, что они представляют собой белки, образованные несколькими субъединицами. Каждый из них функционирует как единый белковый комплекс и обычно имеет две субъединицы, называемые R, две М и одну S.

S-часть отвечает за распознавание рестрикционного сайта в ДНК. С другой стороны, субъединица R необходима для расщепления, а М отвечает за катализирование реакции метилирования..

Существуют четыре подкатегории ферментов типа I, известные под буквами A, B, C и D, которые широко используются. Эта классификация основана на генетической комплементации.

Ферменты типа I были первыми эндонуклеазами рестрикции, которые были открыты и очищены. Тем не менее, наиболее полезными в молекулярной биологии являются те, которые типа II, которые будут описаны в следующем разделе.

Тип II

Эндонуклеазы рестрикции типа II распознают специфические последовательности ДНК и осуществляют расщепление в константном положении рядом с последовательностью, которая продуцирует 5'-фосфаты и 3'-гидроксилы. Ионы магния обычно требуются в качестве кофакторов (Mg2+), но есть некоторые, которые имеют гораздо более конкретные требования.

Структурно они могут появляться в виде мономеров, димеров или даже тетрамеров. В рекомбинантной технологии используются эндонуклеазы типа II, и по этой причине было охарактеризовано более 3500 ферментов..

Тип III

Эти ферментные системы состоят из двух генов, называемых модификация и говядина, какой код для субъединиц, которые распознают ДНК и для модификаций или ограничений. Обе субъединицы необходимы для ограничения, процесс полностью зависит от гидролиза АТФ.

Чтобы расщепить молекулу ДНК, фермент должен взаимодействовать с двумя копиями непалиндромной последовательности распознавания, и сайты должны иметь обратную ориентацию на субстрате. Расщеплению предшествует транслокация ДНК.

Тип IV

Дополнительная группа была определена в последнее время. Система состоит из двух или более генов, которые кодируют белки, которые расщепляют только модифицированные последовательности ДНК, будь то метилированный, гидроксиметилированный или гидросилированный гликозил.

Например, фермент EckKMcrBC распознает два динуклеотида общей формы RmC; пурин, за которым следует метилированный цитозин, который может быть разделен на несколько пар оснований - от 40 до почти 3000. Расщепление происходит примерно через 30 пар оснований после сайта, который распознает фермент..

ссылки

  1. Баррелл, М. М. (ред.). (1993). Ферменты молекулярной биологии. Тотова, Нью-Джерси: Humana Press.
  2. Loenen, W.A., Dryden, D.T., Raleigh, E.A. & Wilson, G.G. (2013). Ферменты рестрикции типа I и их родственники. Исследование нуклеиновых кислот, 42(1), 20-44.
  3. Murray, P.R., Rosenthal, K.S., & Pfaller, M.A. (2017). Медицинская микробиология + StudentConsult на испанском языке + StudentConsult. Elsevier Health Sciences.
  4. Натанс Д. и Смит Х. О. (1975). Рестрикционные эндонуклеазы в анализе и перестройке молекул ДНК. Ежегодный обзор биохимии, 44(1), 273-293.
  5. Pingoud, A., Fuxreiter, M., Pingoud, V. & Wende, W. (2005). Эндонуклеазы рестрикции II типа: структура и механизм. Клеточные и молекулярные науки о жизни, 62(6), 685.