W tym artykule zbadamy ekscytujący świat Enzymy restrykcyjne, od jego początków po dzisiejsze znaczenie. Enzymy restrykcyjne był tematem zainteresowania wielu ludzi na przestrzeni dziejów, a jego wpływ rozciąga się na różne obszary codziennego życia. Od samego początku Enzymy restrykcyjne wywołał debaty i refleksje, generując różnorodne opinie i punkty widzenia. Na tych stronach zagłębimy się w najważniejsze aspekty Enzymy restrykcyjne, analizując jego wpływ, implikacje i możliwy przyszły rozwój. Przygotuj się na fascynującą podróż po świecie Enzymy restrykcyjne!
Enzymy restrykcyjne, restryktazy – endonukleazy przecinające nić DNA w miejscu wyznaczanym przez specyficzną sekwencję DNA. Rozpoznawana sekwencja z reguły ma charakter symetryczny o długości od 4 do 8 par zasad (pz), choć zdarzają się częste wyjątki. Restryktazy wraz z metylazami DNA stanowią system restrykcji i modyfikacji DNA, który w organizmach prokariotycznych stanowi mechanizm obronny zapobiegający włączeniu DNA bakteriofaga do genomu bakterii. Niespecyficzność enzymów restrykcyjnych w niektórych warunkach nazywa się aktywnością star.
Enzymy restrykcyjne naturalnie występują u bakterii, stanowiąc element systemu restrykcji–modyfikacji, chroniącego komórkę przed wnikaniem obcego DNA (na przykład DNA bakteriofagów).
System ten zakłada istnienie w komórce mikroorganizmów dwóch rodzajów enzymów:
Modyfikacja taka chroni DNA przed atakiem własnych enzymów restrykcyjnych.
Wyróżnia się następujące typy enzymów restrykcyjnych:
Nazwy enzymów z reguły są tworzone od pierwszej litery nazwy rodzajowej i dwóch pierwszych liter nazwy gatunkowej, pisanymi kursywą. Po nich może wystąpić kilka liter lub cyfr arabskich oznaczających szczep bakterii. Nazwa zakończona jest rzymską cyfrą oznaczającą, jako który kolejny enzym został on wyizolowany z danego szczepu.
Enzym | Pochodzenie | Rozpoznawana sekwencja | Cięcie |
---|---|---|---|
EcoRI | Escherichia coli |
5'GAATTC 3'CTTAAG |
5'---G AATTC---3' 3'---CTTAA G---5' |
EcoRII | Escherichia coli |
5'CCWGG 3'GGWCC |
5'--- CCWGG---3' 3'---GGWCC ---5' |
BamHI | Bacillus amyloliquefaciens |
5'GGATCC 3'CCTAGG |
5'---G GATCC---3' 3'---CCTAG G---5' |
HindIII | Haemophilus influenzae |
5'AAGCTT 3'TTCGAA |
5'---A AGCTT---3' 3'---TTCGA A---5' |
TaqI | Thermus aquaticus |
5'TCGA 3'AGCT |
5'---T CGA---3' 3'---AGC T---5' |
NotI | Nocardia otitidis |
5'GCGGCCGC 3'CGCCGGCG |
5'---GC GGCCGC---3' 3'---CGCCGG CG---5' |
HinfI | Haemophilus influenzae |
5'GANTC 3'CTNAG |
5'---G ANTC---3' 3'---CTNA G---5' |
Sau3A | Staphylococcus aureus |
5'GATC 3'CTAG |
5'--- GATC---3' 3'---CTAG ---3' |
PovII* | Proteus vulgaris |
5'CAGCTG 3'GTCGAC |
5'---CAG CTG---3' 3'---GTC GAC---5' |
SmaI* | Serratia marcescens |
5'CCCGGG 3'GGGCCC |
5'---CCC GGG---3' 3'---GGG CCC---5' |
HaeIII* | Haemophilus aegyptius |
5'GGCC 3'CCGG |
5'---GG CC---3' 3'---CC GG---5' |
AluI* | Arthrobacter luteus |
5'AGCT 3'TCGA |
5'---AG CT---3' 3'---TC GA---5' |
EcoRV* | Escherichia coli |
5'GATATC 3'CTATAG |
5'---GAT ATC---3' 3'---CTA TAG---5' |
KpnI | Klebsiella pneumoniae |
5'GGTACC 3'CCATGG |
5'---GGTAC C---3' 3'---C CATGG---5' |
PstI | Providencia stuartii |
5'CTGCAG 3'GACGTC |
5'---CTGCA G---3' 3'---G ACGTC---5' |
SacI | Streptomyces achromogenes |
5'GAGCTC 3'CTCGAG |
5'---GAGCT C---3' 3'---C TCGAG---5' |
SalI | Streptomyces albus |
5'GTCGAC 3'CAGCTG |
5'---G TCGAC---3' 3'---CAGCT G---5' |
ScaI | Streptomyces caespitosus |
5'AGTACT 3'TCATGA |
5'---AGT ACT---3' 3'---TCA TGA---5' |
SphI | Streptomyces phaeochromogenes |
5'GCATGC 3'CGTACG |
5'---G CATGC---3' 3'---CGTAC G---5' |
XbaI | Xanthomonas badrii |
5'TCTAGA 3'AGATCT |
5'---T CTAGA---3' 3'---AGATC T---5' |
* = końce tępe | |||
N – dowolny nukleotyd (A, C, G, T) | |||
W = A lub T |
Pierwszym wyizolowanym enzymem restrykcyjnym był enzym EcoRI. Wyizolowany został z bakterii Escherichia coli szczepu RY13. EcoRI rozpoznaje następującą sekwencją DNA:
5' G|A A T T C 3' 3' C T T A A|G 5'
gdzie: 5' – koniec 5′ DNA, 3' – koniec 3′ DNA, | – miejsce cięcia przez aktywność nukleazy. Produktem reakcji enzymatycznej katalizowanej przez EcoRI są wystające końce 5′, tak zwane końce lepkie:
5' G 3' 3' C T T A A 5'
Aktywność EcoRI jest blokowana przez aktywność metylazy M.EcoRI, która specyficznie metyluje DNA w obszarze rozpoznawanym przez EcoRI:
# 5' G A A T T C 3' 3' C T T A A G 5' #
gdzie # oznacza grupę metylową.
Rozpoznawanie przez restryktazy specyficznej sekwencji DNA, połączone ze specyficznym cięciem, spowodowało, że wraz z ligazami DNA, używa się ich w biologii molekularnej do manipulacji fragmentami DNA. Samych restryktaz używa się m.in. do tworzenia map restrykcyjnych cząsteczek DNA (na przykład map plazmidów).