Các chức năng và loại endonuclease



các endonuclease là các enzyme cắt liên kết phosphodiester nằm bên trong chuỗi nucleotide. Các trang web hạn chế của endonuclease rất đa dạng. Một số enzyme này cắt DNA (axit deoxyribonucleic, vật liệu di truyền của chúng tôi) ở hầu hết mọi nơi, nghĩa là chúng không đặc hiệu.

Ngược lại, có một nhóm các endonuclease khác rất đặc trưng trong vùng hoặc trình tự chúng sẽ bị loại bỏ. Nhóm enzyme này được gọi là enzyme hạn chế, và chúng rất hữu ích trong sinh học phân tử. Trong nhóm này, chúng tôi có các enzyme được biết đến Bam HI, Eco RI và Alu I.

Trái ngược với endonuclease, có một loại protein xúc tác khác - exonuclease - chịu trách nhiệm phá vỡ liên kết phosphodiester ở cuối chuỗi.

Chỉ số

  • 1 endonuclease hạn chế
  • 2 Chức năng và ứng dụng của endonucles hạn chế
    • 2.1 Đa hình đoạn giới hạn đoạn (RFLP)
  • 3 loại endonuclease hạn chế
    • 3,1 loại I
    • 3.2 Loại II
    • 3,3 loại III
    • 3,4 loại IV
  • 4 tài liệu tham khảo

Hạn chế endonuclease

Các endonuclease hạn chế hoặc enzyme hạn chế là các protein xúc tác chịu trách nhiệm cắt các liên kết phosphodiester bên trong chuỗi DNA theo trình tự rất cụ thể.

Những enzyme này có thể được mua trong nhiều công ty công nghệ sinh học và việc sử dụng chúng gần như không thể thiếu trong các kỹ thuật thao tác DNA hiện tại.

Các endonuclease giới hạn được đặt tên bằng cách sử dụng các chữ cái đầu tiên của tên khoa học nhị thức của sinh vật mà chúng đến, tiếp theo là chủng (đây là tùy chọn) và kết thúc bằng nhóm enzyme hạn chế mà chúng thuộc về. Ví dụ, Bam HI và Eco RI là các endonuclease được sử dụng rộng rãi.

Vùng DNA mà enzyme nhận ra được gọi là vị trí hạn chế và là duy nhất cho mỗi endonuclease, mặc dù một số enzyme có thể trùng khớp tại các vị trí hạn chế. Trang web này thường bao gồm một chuỗi palindromic ngắn có độ dài khoảng 4 đến 6 cặp cơ sở, chẳng hạn như AGCT (cho Alu I) và GAATTC cho Eco RI.

Trình tự Palindromic là trình tự, mặc dù đọc theo hướng 5 'đến 3' hoặc 3 'đến 5', giống hệt nhau. Ví dụ: trong trường hợp Eco RI, chuỗi palindromic là: GAATTC và CTTAAG.

Chức năng và ứng dụng của endonucles hạn chế

May mắn cho các nhà sinh học phân tử, vi khuẩn đã phát triển trong quá trình tiến hóa một loạt các endonuclease hạn chế phân chia bên trong vật liệu di truyền.

Trong tự nhiên, các enzyme này đã phát triển - có lẽ là một hệ thống bảo vệ vi khuẩn chống lại sự xâm nhập của các phân tử DNA ngoại lai, chẳng hạn như các enzyme từ các phage.

Để phân biệt giữa vật liệu di truyền riêng và ngoại lai, các endonuclease hạn chế này có thể nhận ra các chuỗi nucleotide cụ thể. Do đó, DNA không có trình tự này có thể không bị xáo trộn bên trong vi khuẩn.

Ngược lại, khi endonuclease nhận ra vị trí hạn chế, nó liên kết với DNA và cắt nó.

Các nhà sinh học quan tâm đến việc nghiên cứu vật liệu di truyền của sinh vật sống. Tuy nhiên, DNA được tạo thành từ vài triệu cặp cơ sở dài. Các phân tử này rất dài và cần được phân tích thành các mảnh nhỏ.

Để đáp ứng mục tiêu này, endonuclease hạn chế được tích hợp vào các giao thức sinh học phân tử khác nhau. Ví dụ, một gen riêng lẻ có thể được nắm bắt và sao chép để phân tích trong tương lai. Quá trình này được gọi là "nhân bản" một gen.

Đa hình đoạn giới hạn đoạn (RFLP)

Các đa hình chiều dài đoạn giới hạn đề cập đến mô hình của các chuỗi nucleotide cụ thể trong DNA mà các endonuclease hạn chế có thể nhận ra và cắt.

Nhờ tính đặc hiệu của các enzyme, mỗi sinh vật được đặc trưng bởi một kiểu cắt cụ thể trong DNA, tạo ra các đoạn có độ dài thay đổi.

Các loại endonuclease hạn chế

Trong lịch sử, endonuclease hạn chế đã được phân loại thành ba loại enzyme, được chỉ định bằng chữ số La Mã. Gần đây, một loại endonuclease thứ tư đã được mô tả.

Loại I

Đặc tính quan trọng nhất của endonuclease loại I là chúng là các protein được hình thành bởi một số tiểu đơn vị. Mỗi chức năng này là một phức hợp protein đơn và thường có hai tiểu đơn vị gọi là R, hai M và một S.

Phần S chịu trách nhiệm công nhận vị trí hạn chế trong DNA. Mặt khác, tiểu đơn vị R rất cần thiết cho sự phân tách và M chịu trách nhiệm xúc tác cho phản ứng methyl hóa.

Có bốn loại con của enzyme loại I, được biết đến bởi các chữ cái A, B, C và D, được sử dụng phổ biến. Phân loại này dựa trên sự bổ sung di truyền.

Enzym loại I là endonuclease hạn chế đầu tiên được phát hiện và tinh chế. Tuy nhiên, hữu ích nhất trong sinh học phân tử là loại II sẽ được mô tả trong phần tiếp theo.

Loại II

Các endonuclease giới hạn loại II nhận ra các chuỗi DNA cụ thể và thực hiện phân cắt ở vị trí không đổi gần một chuỗi tạo ra 5 'photphat và 3' hydroxyl. Các ion magiê thường được yêu cầu như là đồng yếu tố (Mg2+), nhưng có một số yêu cầu cụ thể hơn nhiều.

Về mặt cấu trúc, chúng có thể xuất hiện dưới dạng monome, dimers hoặc thậm chí là tetramers. Công nghệ tái tổ hợp sử dụng endonuclease loại II và vì lý do này, hơn 3.500 enzyme đã được đặc trưng.

Loại III

Các hệ thống enzyme này bao gồm hai gen, được gọi là mod và độ phân giải, mã nào cho các tiểu đơn vị nhận ra DNA và sửa đổi hoặc hạn chế. Cả hai tiểu đơn vị đều cần thiết cho sự hạn chế, một quá trình hoàn toàn phụ thuộc vào quá trình thủy phân ATP.

Để phân tách phân tử DNA, enzyme phải tương tác với hai bản sao của trình tự nhận biết không phải là palindromic và các vị trí phải theo hướng ngược lại trên chất nền. Sự phân tách được đi trước bởi một sự dịch chuyển của DNA.

Loại IV

Một nhóm bổ sung đã được xác định gần đây. Hệ thống này bao gồm hai hoặc nhiều gen mã hóa cho các protein chỉ tách các trình tự DNA đã được sửa đổi, có thể là methyl hóa, hydroxymethylated hoặc hydrosylated glycosylated.

Ví dụ, enzyme EckKMcrBC nhận ra hai dinucleotide có dạng RmC chung; một purine theo sau là một cytosine bị methyl hóa, có thể được phân tách bằng nhiều cặp bazơ - từ 40 đến gần 3000. Sự phân tách diễn ra khoảng 30 cặp bazơ sau khi vị trí mà enzyme nhận ra.

Tài liệu tham khảo

  1. Burrell, M. M. (Ed.). (1993). Enzyme của sinh học phân tử. Totowa, NJ: Báo chí Humana.
  2. Loenen, W. A., Dryden, D. T., Raleigh, E. A., & Wilson, G. G. (2013). Enzim hạn chế loại I và họ hàng của chúng. Nghiên cứu axit nucleic, 42(1), 20-44.
  3. Murray, P.R., Rosenthal, K.S., & Pfaller, M.A. (2017). Vi sinh y học + StudentConsult bằng tiếng Tây Ban Nha + StudentConsult. Khoa học sức khỏe Elsevier.
  4. Nathans, D., & Smith, H. O. (1975). Hạn chế endonuclease trong phân tích và tái cấu trúc các phân tử DNA. Đánh giá hàng năm của hóa sinh, 44(1), 273-293.
  5. Pingoud, A., Fuxreiter, M., Pingoud, V., & Wende, W. (2005). Endonuclease hạn chế loại II: cấu trúc và cơ chế. Khoa học đời sống tế bào và phân tử, 62(6), 685.