Endonukleaser funktioner, typer och exempel

1585
Alexander Pearson

De endonukleaser de är enzymer som skär fosfodiesterbindningarna belägna inuti nukleotidkedjan. Endonukleasrestriktionsställen är mycket varierade. Några av dessa enzymer skär DNA (deoxiribonukleinsyra, vårt genetiska material) nästan var som helst, det vill säga de är ospecifika.

Däremot finns det en annan grupp endonukleaser som är mycket specifika i den region eller sekvens som de ska klyva. Denna grupp av enzymer är känd som restriktionsenzymer och de är mycket användbara inom molekylärbiologi. I denna grupp har vi de välkända enzymerna Bam HI, Eco RI och Alu I.

Endonukleaser skär DNA internt.
Källa: Pixabay.com

I motsats till endonukleaser finns det en annan typ av katalytiska proteiner - exonukleaser - som är ansvariga för att bryta fosfodiesterbindningarna i slutet av kedjan.

Artikelindex

  • 1 Begränsningsendonukleaser
  • 2 Funktioner och tillämpningar av restriktionsendonukler
    • 2.1 Begränsningsfragmentlängdspolymorfism (RFLP)
  • 3 Typer av restriktionsendonukleaser
    • 3.1 Typ I
    • 3.2 Typ II
    • 3.3 Typ III
    • 3.4 Typ IV
    • 3.5 Endonukleaser typ V
  • 4 Exempel
  • 5 Referenser

Begränsningsendonukleaser

Restriktionsendonukleaser eller restriktionsenzymer är katalytiska proteiner som är ansvariga för att klyva fosfodiesterbindningarna inuti DNA-kedjan i mycket specifika sekvenser.

Dessa enzymer kan köpas från flera bioteknikföretag och deras användning är nästan nödvändig inom nuvarande DNA-manipulationstekniker..

Restriktionsendonukleaser namnges med de första bokstäverna i det binomiala vetenskapliga namnet på organismen de kommer från, följt av stammen (detta är valfritt) och slutar med gruppen av restriktionsenzymer som de tillhör. Till exempel är BamHI och EcoRI allmänt använda endonukleaser..

Den region av DNA som enzymet känner igen kallas restriktionsstället och är unik för varje endonukleas, även om flera enzymer kan sammanfalla vid restriktionsställena. Denna plats består i allmänhet av en kort palindrom sekvens som är ungefär 4 till 6 baspar i längd, såsom AGCT (för Alu I) och GAATTC för Eco RI..

Palindromiska sekvenser är sekvenser som, även om de läses i 5 'till 3' eller 3 'till 5' riktning, är identiska. Till exempel, för fallet med EcoRI, är den palindromiska sekvensen: GAATTC och CTTAAG.

Funktioner och tillämpningar av restriktionsendukler

Lyckligtvis för molekylärbiologer har bakterier under utvecklingen utvecklat en serie restriktionsendonukleaser som internt fragmenterar genetiskt material.

I naturen har dessa enzymer utvecklats - antagligen - som ett bakterieskyddssystem mot invasionen av främmande DNA-molekyler, såsom de från fager.

För att skilja mellan nativt och främmande genetiskt material kan dessa restriktionsendonukleaser känna igen specifika nukleotidsekvenser. Således kan DNA som inte har denna sekvens vara störd inuti bakterien..

Däremot, när endonukleaset känner igen restriktionsstället, binder det till DNA och skär det..

Biologer är intresserade av att studera det genetiska materialet hos levande saker. DNA består dock av flera miljoner baspar i längd. Dessa molekyler är extremt långa och måste analyseras i små fragment..

För att uppnå detta mål är restriktionsendonukleaser integrerade i olika molekylärbiologiska protokoll. Till exempel kan en enskild gen fångas upp och replikeras för framtida analys. Denna process kallas "kloning" av en gen..

Restriktionsfragment längd polymorfism (RFLP)

Restriktionsfragmentlängdspolymorfier avser mönstret för specifika nukleotidsekvenser i DNA som restriktionsendonukleaser kan känna igen och klippa.

Tack vare enzymernas specificitet kännetecknas varje organism av ett specifikt skärmönster i DNA, med ursprung i fragment med olika längder.

Typer av restriktionsendonukleaser

Historiskt har restriktionsendonukleaser klassificerats i tre typer av enzymer, betecknade med romerska siffror. På senare tid har en fjärde typ av endonukleas beskrivits.

Typ I

Det viktigaste kännetecknet för typ I-endonukleaser är att de är proteiner som består av flera underenheter. Var och en av dessa fungerar som ett enda proteinkomplex och har vanligtvis två underenheter som kallas R, två M och en S.

S-delen är ansvarig för igenkännandet av restriktionsstället i DNA. R-underenheten är å sin sida väsentlig för klyvning och M är ansvarig för att katalysera metyleringsreaktionen..

Det finns fyra underkategorier av typ I-enzymer, kända med bokstäverna A, B, C och D, som är vanliga. Denna klassificering är baserad på genetisk komplement.

Typ I-enzymer var de första restriktionsendonukleaserna som upptäcktes och renades. De mest användbara inom molekylärbiologi är dock typ II, som kommer att beskrivas i nästa avsnitt..

Typ II

Typ II-restriktionsendonukleaser känner igen specifika DNA-sekvenser och klyvning vid en konstant position nära en sekvens som producerar 5'-fosfater och 3'-hydroxyler. De kräver i allmänhet magnesiumjoner (Mgtvå+), men det finns några som har mycket mer specifika krav.

Strukturellt kan de framstå som monomerer, dimerer eller till och med tetramerer. Rekombinant teknik använder endonukleaser av typ II och av denna anledning har mer än 3 500 enzymer karakteriserats.

Typ III

Dessa enzymsystem består av två gener, kallade mod Y nötkött, den koden för de underenheter som känner igen DNA och för modifieringar eller begränsningar. Båda delstäderna är nödvändiga för begränsning, en process helt beroende av ATP-hydrolys..

För att klyva DNA-molekylen måste enzymet interagera med två kopior av den icke-palindroma igenkänningssekvensen och platserna måste vara i omvänd riktning på substratet. Klyvning föregås av en DNA-translokation.

Typ IV

En ytterligare grupp har identifierats nyligen. Systemet består av två eller flera gener som kodar för proteiner som endast klyver modifierade DNA-sekvenser, antingen metylerad, hydroximetylerad eller hydrometylerad glukosyl.

Exempelvis känner enzymet EckKMcrBC igen två dinukleotider av den allmänna formen RmC; en purin följt av en metylerad cytosin, som kan separeras av flera baspar - från 40 till nästan 3000. Klyvning sker cirka 30 baspar bakom det ställe som enzymet känner igen.

Endonukleaser av typ V

Endonukleaser av denna typ är också kända som endonukleaser "sökning”. Dessa enzymer känner igen och skär mål-DNA-sekvensen vid unika platser i genomet från 14 till 40 bp.

Dessa enzymer kodas ofta i introner och deras funktion antas vara att främja horisontell överföring av skärsekvenserna. Efter kapning sker en nedbrytningsreparation i DNA-dubbelspiralen baserat på den komplementära sekvensen.

Exempel

Endonukleas I av E coli det fungerar som ett försvarssystem mot fager och parasiter. Det är främst beläget mellan det cytoplasmiska membranet och cellväggen. Producerar dubbelsträngade pauser i det främmande DNA som det interagerar med i det periplasmiska utrymmet.

CRISPR-Cas-endonukleaser är enzymer som verkar på försvarsmekanismen för många typer av bakterier. Dessa identifierar och skär specifika DNA-sekvenser från invaderande organismer, som i allmänhet är virus.

Nyligen upptäckte forskare från Massachusetts Institute of Technology (MIT) CRISPR-Cas12bm genomredigeringssystemet med hög precision för modifiering av mänskliga celler.

Referenser

  1. Burrell, M. M. (red.). (1993). Enzymer av molekylärbiologi. Totowa, NJ: Humana Press.
  2. Loenen, W. A., Dryden, D. T., Raleigh, E. A., & Wilson, G. G. (2013). Typ I restriktionsenzymer och deras släktingar. Forskning om nukleinsyror42(1), 20-44.
  3. Murray, P. R., Rosenthal, K. S. och Pfaller, M. A. (2017). Medicinsk mikrobiologi + Studentkonsult på spanska + Studentkonsult. Elsevier Health Sciences.
  4. Nathans, D., & Smith, H. O. (1975). Restriktionsendonukleaser vid analys och omstrukturering av DNA-molekyler. Årlig granskning av biokemi44(1), 273-293.
  5. Pingoud, A., Fuxreiter, M., Pingoud, V., & Wende, W. (2005). Typ II-restriktionsendonukleaser: struktur och mekanism. Cell- och molekylär biovetenskap62(6), 685.

Ingen har kommenterat den här artikeln än.