Fungsi, Jenis dan Contoh Enzim Batasan

The enzim sekatan Mereka adalah endonukleases yang digunakan oleh gerbang dan bakteria tertentu untuk menghalang atau "menyekat" penyebaran virus di dalamnya. Mereka sangat biasa dalam bakteria dan merupakan sebahagian daripada sistem pertahanan DNA asing mereka yang dikenali sebagai sistem sekatan/pengubahsuaian.

Enzim -enzim ini memangkin pemotongan DNA dua -dalam di tempat tertentu, boleh dihasilkan dan tanpa menggunakan tenaga tambahan. Kebanyakan memerlukan kehadiran cofactors seperti magnesium atau kation divalen lain, walaupun ada juga yang memerlukan ATP atau S-adenosil metionin.

Skim Reaksi Enzim Sekatan Hindii (Sumber: Helixitta [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)] melalui Wikimedia Commons)

Endonucleases sekatan ditemui pada tahun 1978 oleh Daniel Nathans, Arber Werner dan Hamilton Smith, yang menerima Hadiah Nobel dalam Perubatan untuk penemuan mereka. Namanya umumnya berasal dari organisma di mana mereka mula -mula diperhatikan.

Enzim sedemikian digunakan secara meluas dalam pembangunan kaedah pengklonan DNA dan strategi kejuruteraan molekul dan genetik lain. Ciri -ciri pengiktirafan urutan tertentu dan keupayaan pemotongan urutan yang dekat dengan tapak pengiktirafan menjadikan mereka alat yang berkuasa dalam eksperimen genetik.

Serpihan yang dihasilkan oleh enzim sekatan yang bertindak pada molekul DNA tertentu boleh digunakan untuk mencipta "peta" molekul asal dengan menggunakan maklumat di tapak di mana enzim memotong DNA.

Beberapa enzim sekatan boleh mempunyai tapak pengiktirafan yang sama di DNA, tetapi mereka tidak semestinya memotongnya dengan cara yang sama. Oleh itu, terdapat enzim yang membuat luka meninggalkan romos dan enzim yang memotong meninggalkan ekstrem kohesif, yang mempunyai aplikasi yang berbeza dalam biologi molekul.

Pada masa ini terdapat beratus -ratus enzim sekatan yang berbeza yang tersedia secara komersil, yang ditawarkan oleh rumah komersial yang berbeza; Enzim ini berfungsi sebagai gunting molekul "disesuaikan" untuk tujuan yang berbeza.

[TOC]

Fungsi

Enzim sekatan memenuhi fungsi bertentangan polimerase, kerana ia dihidrolisiskan atau memecahkan ikatan ester dalam ikatan phosphodiéster antara nukleotida bersebelahan dalam rantai nukleotida.

Dalam Biologi Molekul dan Kejuruteraan Genetik, mereka digunakan secara meluas untuk pembinaan ekspresi dan pengklonan vektor, serta untuk mengenal pasti urutan tertentu. Mereka juga berguna untuk pembinaan genom rekombinan dan mempunyai potensi bioteknologi yang hebat.

Kemajuan terkini dalam terapi gen menjadikan penggunaan enzim sekatan semasa untuk pengenalan gen yang ditentukan dalam vektor yang merupakan kenderaan untuk pengangkutan gen tersebut kepada sel -sel yang hidup, dan mereka mungkin mempunyai keupayaan untuk memasukkan diri mereka ke dalam genom sel untuk melakukan perubahan kekal.

Mekanisme tindakan

Enzim Sekatan boleh memangkinkan pemotongan DNA band berganda, walaupun ada yang mampu mengenali urutan DNA band mudah dan juga RNA. Potongan berlaku selepas pengiktirafan urutan.

Boleh melayani anda: kitaran glioksilat: ciri, tindak balas, peraturan, fungsi

Mekanisme tindakan terdiri daripada hidrolisis hubungan fosfodiéster antara kumpulan fosfat dan deoxyribose dalam rangka setiap DNA DNA. Banyak enzim mampu memotong ke tempat yang sama yang mereka kenali, sementara yang lain memotong antara 5 dan 9 pasangan asas sebelum atau selepas yang sama.

Biasanya enzim -enzim ini dipotong pada akhir 5 'kumpulan fosfat, yang menimbulkan serpihan DNA dengan akhir fosforil 5' dan terminal akhir hidroksil.

Oleh kerana protein tidak bersentuhan langsung dengan tapak pengiktirafan DNA, ini mesti diterjemahkan masa berturut -turut sehingga tapak tertentu dicapai, mungkin melalui mekanisme "gelongsor" pada helai DNA.

Semasa pemotongan enzimatik, pautan phosphodiéster setiap helai DNA diletakkan di dalam salah satu tapak aktif enzim sekatan. Apabila enzim meninggalkan tapak pengiktirafan dan pemotongan, ia melakukannya melalui persatuan sementara yang tidak spesifik.

Lelaki

Pada masa ini lima jenis enzim sekatan dikenali. Seterusnya, penerangan ringkas setiap satu:

Taipkan enzim sekatan

Enzim ini adalah protein pentamerik yang besar dengan tiga subunit, salah satu sekatan, metilasi dan satu lagi untuk pengiktirafan urutan DNA. Endonucleases ini adalah protein pelbagai fungsi yang mampu memangkinkan tindak balas sekatan dan pengubahsuaian, mempunyai ATPASA dan juga aktiviti topoisomera DNA.

Enzim -enzim jenis ini adalah endonucleases pertama yang ditemui, mereka telah disucikan untuk kali pertama pada tahun 1960 -an dan sejak itu mereka telah dikaji dengan kedalaman yang besar.

Enzim jenis I tidak digunakan secara meluas sebagai alat bioteknologi, kerana tapak pemotongan boleh berada pada jarak yang berubah -ubah sehingga 1.000 pasangan asas mengenai tapak pengiktirafan, yang menjadikan mereka tidak boleh dipercayai dari segi kebolehulangan eksperimen.

Enzim sekatan jenis II

Mereka adalah enzim yang terdiri daripada homodimer atau tetramer yang memotong DNA ke tapak yang ditakrifkan antara 4 dan 8 bp panjang. Laman pemotongan ini biasanya palindromik, iaitu, mereka mengenali urutan yang dibaca dengan cara yang sama di kedua -dua arah.

Banyak enzim sekatan jenis II dalam bakteria memotong DNA apabila mereka mengenali watak asing mereka, kerana ia tidak mempunyai pengubahsuaian tipikal yang harus dimiliki oleh DNA sendiri.

Ini adalah enzim sekatan yang lebih mudah kerana mereka tidak memerlukan sebarang cofactor selain magnesium (mg+) untuk mengenali dan memotong urutan DNA.

Ketepatan enzim sekatan jenis II dalam mengiktiraf dan memotong urutan mudah dalam DNA dalam kedudukan yang tepat menjadikannya salah satu yang paling banyak digunakan dan tidak diperlukan di kebanyakan cabang biologi molekul.

Boleh melayani anda: mutualisme: ciri, jenis, contoh

Di dalam kumpulan enzim sekatan jenis II adalah subclass berganda yang diklasifikasikan mengikut sifat tertentu yang unik untuk masing -masing. Klasifikasi enzim ini dijalankan dengan menambahkan huruf abjad, dari A hingga Z mengikut nama enzim.

Beberapa subkelas yang paling terkenal untuk kegunaannya ialah:

Subclass IIA

Mereka adalah subunit dímeros yang berbeza. Mereka mengiktiraf urutan asimetrik dan digunakan sebagai prekursor yang ideal untuk penjanaan enzim pemotongan.

Subclass IIB

Mereka terdiri daripada satu lagi dimer dan memotong DNA di kedua -dua belah urutan pengiktirafan. Mereka memotong kedua -dua helai DNA dalam selang pasangan asas kemudian dari tapak pengiktirafan.

Subclass IIC

Enzim jenis ini adalah polipeptida dengan bahagian pembahagian dan pengubahsuaian helai DNA. Enzim -enzim ini memotong kedua -dua helai secara asimetrik.

Subclass iie

Enzim subkelas ini adalah yang paling banyak digunakan dalam kejuruteraan genetik. Mereka mempunyai tapak pemangkin dan secara amnya memerlukan effector alestro. Enzim -enzim ini perlu berinteraksi dengan dua salinan urutan pengiktirafan mereka untuk membuat pemotongan yang cekap. Di dalam subkelas ini ialah enzim ECORII dan ECORI.

Enzim sekatan jenis III

Endonukleases sekatan jenis III hanya terdiri daripada dua subunit, seseorang bertanggungjawab untuk pengiktirafan dan pengubahsuaian DNA, sementara yang lain bertanggungjawab untuk pemotongan urutan.

Enzim ini memerlukan dua cofactors untuk operasi mereka: ATP dan magnesium. Enzim sekatan jenis ini mempunyai dua tapak pengiktirafan asimetrik, menterjemahkan DNA dalam cara yang bergantung kepada ATP dan memotongnya antara 20 hingga 30 bp bersebelahan dengan tapak pengiktirafan.

Enzim sekatan jenis IV

Enzim Jenis IV mudah dikenal pasti kerana mereka memotong DNA dengan tanda metilasi, mereka terdiri daripada beberapa subunit yang berbeza yang bertanggungjawab untuk mengenali dan memotong urutan DNA. Enzim -enzim ini menggunakan gtp cofactors dan magnesium divalen.

Tapak pemotongan khusus termasuk rantai nukleotida dengan residu sitosin methylated atau hidroksimeted dalam satu atau kedua -dua helai asid nukleat.

Enzim sekatan jenis V

Klasifikasi ini kumpulan enzim jenis crisper-cas, yang mengenal pasti dan memotong urutan DNA tertentu untuk menyerang organisma. Enzim CAS Gunakan panduan sintesis RNA untuk crisper untuk mengenali dan menyerang organisma menyerang.

Enzim yang dikelaskan sebagai jenis V adalah polipeptida yang disusun mengikut enzim jenis I, II dan II. Mereka boleh memotong bahagian DNA hampir semua organisma dan dengan pelbagai panjang. Fleksibiliti dan kemudahan pekerjaan menjadikan enzim ini salah satu alat yang paling banyak digunakan dalam kejuruteraan genetik yang kini bersama -sama dengan enzim jenis II.

Dapat melayani anda: propionibacterium

Contoh

Enzim sekatan telah digunakan untuk mengesan polimorfisme DNA, terutamanya dalam kajian genetik penduduk dan kajian evolusi menggunakan DNA mitokondria, untuk mendapatkan maklumat mengenai kadar penggantian nukleotida.

Pada masa ini, vektor yang digunakan untuk transformasi bakteria dengan pelbagai tujuan mempunyai tapak multiclonage di mana tapak pengiktirafan untuk enzim sekatan pelbagai dijumpai.

Antara enzim yang paling popular ialah EcoRi, II, III, IV dan V, diperoleh dan diterangkan untuk kali pertama dari Dan. coli; Hindiii, dari H. influenzae dan Bamhi of B. Amyloliquefaciens.

Rujukan

1. Bikle, t. Ke., & Kruger, D. H. (1993). Biologi sekatan DNA. Kajian mikrobiologi, 57(2), 434-450.
2. Boyaval, ms., Moineau, s., Romero, d. Ke., & Horvath, p. (2007). CRISPR menyediakan pengambilalihan terhadap virus dalam prokariot. Sains, 315(Mac), 1709-1713.
3. Goodsell, d. (2002). Perspektif Molekul: Endonucleases Sekatan. Asas stem asas ubat kanser, dua puluh, 190-191.
4. Halford, s. Dan. (2001). Melompat, melompat dan gelung dengan enzim sekatan. Urus niaga masyarakat biokimia, 29, 363-373.
5. Jeltsch, a. (2003). Penyelenggaraan identiti spesies dan mengawal spesiasi bakteria: fungsi baru untuk sistem sekatan/pengubahsuaian? Gen, 317, 13-16.
6. Krebs, j., Goldstein, e., & Kilpatrick, s. (2018). Gen Lewin xii (12 ed.). Burlington, Massachusetts: Jones & Bartlett Learning.
7. Li, dan., Roti, s., Zhang, dan., Ren, m., Feng, m., Peng, n.,... dia, q. (2015). Memanfaatkan sistem jenis I dan jenis III CRISPR-CAS untuk penyuntingan genom. Penyelidikan Asid Nukleik, 1-12.
8. Loenen, w. Ke. M., Dryden, d. T. F., Raleight, e. Ke., & Wilson, g. G. (2013). Jenis I Enzim dan saudara mereka. Penyelidikan Asid Nukleik, 1-25.
9.  Nathans, d., & Smith, h. Sama ada. (1975). Sekatan endonukleases dalam analisis dan penstrukturan semula molekul DNA. Annu. REV. Biochem., 273-293.
10.  Nei, m., & Tajima, f. (1981). Polimorfisme DNA yang dapat dikesan oleh endonucleases sekatan. Genetik, 145-163.
11.  Pingoud, a., Fuxreiter, m., Pingoud, v., & Wende, w. (2005). Sains Kehidupan Selular dan Molekul Jenis II Tekanan Endonukleases: Struktur dan Mekanisme. CMLS Sains Kehidupan Selular dan Molekul, 62, 685-707.
12.  Roberts, r. (2005). Bagaimana enzim sekatan menjadi kerja biologi molekul. PNA, 102(17), 5905-5908.
13.  Roberts, r. J., & Murray, k. (1976). Sekatan endonucleases. Ulasan Kritikal dalam Biokimia, (November), 123-164.
14.  Stoddard, b. L. (2005). Struktur dan Fungsi Homing Endonuclease. Ulasan Suku Tahunan Biofizik, 1-47.
15.  TOCK, m. R., & Dryden, D. T. F. (2005). Biologi sekatan dan anti-ketahanan. Pendapat semasa dalam mikrobiologi, 8, 466-472. https: // doi.org/10.1016/j.B saya.2005.06.003
16.  Wilson, g. G., & Murray, n. Dan. (1991). Sistem sekatan dan pengubahsuaian. Annu. REV. Genet., 25, 585-627.
17.  Wu, z., & Mou, k. (2016). Wawasan Genomik ke Campylobacter Jejuni Virulence dan Genetik Penduduk. Infec. Dis. Trans. Med., 2(3), 109-19.
18.  Yuan, r. (1981). Struktur dan mekanisme endonucleases sekatan pelbagai fungsi. Annu. REV. Biochem., lima puluh, 285-315.