Trong tự nhiên, các sinh vật phải liên tục tự bảo vệ mình khỏi những kẻ xâm lược bên ngoài, ngay cả ở cấp độ vi mô. Ở vi khuẩn, có một nhóm enzym vi khuẩn hoạt động bằng cách phân hủy DNA ngoại lai . Quá trình phân hủy này được gọi là quá trình cắt giới hạn và các enzym thực hiện quá trình này được gọi là enzym giới hạn.
Enzyme giới hạn rất quan trọng trong công nghệ DNA tái tổ hợp . Các enzym giới hạn đã được sử dụng để giúp tạo ra vắc-xin, dược phẩm, cây trồng kháng côn trùng và nhiều sản phẩm khác.
điểm chính
- Enzyme giới hạn phá hủy DNA ngoại lai bằng cách cắt nó thành các đoạn. Quá trình tháo gỡ này được gọi là sự kiềm chế.
- Công nghệ DNA tái tổ hợp dựa vào các enzym cắt giới hạn để tạo ra các tổ hợp gen mới.
- Tế bào bảo vệ DNA của chính nó khỏi bị phân tách bằng cách bổ sung các nhóm metyl trong một quá trình gọi là sửa đổi.
- DNA ligase là một enzyme rất quan trọng giúp nối các sợi DNA lại với nhau thông qua liên kết cộng hóa trị.
Enzim giới hạn là gì?
Enzyme giới hạn là một loại enzyme cắt DNA thành các đoạn dựa trên sự nhận biết trình tự nucleotide cụ thể. Enzyme giới hạn còn được gọi là endonuclease giới hạn.
Mặc dù có hàng trăm enzym cắt giới hạn khác nhau nhưng về cơ bản chúng đều hoạt động theo cùng một cách. Mỗi enzyme có cái được gọi là vị trí hoặc trình tự nhận biết. Trình tự nhận dạng thường là một trình tự nucleotide ngắn, cụ thể trong DNA. Enzyme cắt tại các điểm nhất định trong trình tự được công nhận. Ví dụ, một enzyme giới hạn có thể nhận ra một trình tự cụ thể của guanine, adenine, adenine, thymine, thymine, cytosine. Khi trình tự này có mặt, enzyme có thể tạo ra các vết cắt so le trong xương sống đường-photphat của trình tự.
Nhưng nếu các enzym cắt giới hạn cắt dựa trên một trình tự nhất định, làm thế nào để các tế bào như vi khuẩn bảo vệ DNA của chính chúng khỏi bị cắt bởi các enzym giới hạn? Trong một tế bào điển hình, các nhóm metyl (CH 3 ) được thêm vào các bazơ trong trình tự để ngăn chặn sự nhận diện của các enzym cắt giới hạn. Quá trình này được thực hiện bởi các enzyme bổ sung nhận ra trình tự cơ sở nucleotide tương tự như các enzyme cắt giới hạn. Quá trình methyl hóa DNA được gọi là sửa đổi. Với các quy trình sửa đổi và hạn chế, các tế bào có thể cắt DNA ngoại lai gây nguy hiểm cho tế bào trong khi vẫn bảo tồn DNA quan trọng của tế bào.
Dựa trên cấu hình chuỗi kép của DNA, các trình tự nhận dạng đối xứng trên các giá đỡ khác nhau, nhưng chạy theo các hướng ngược nhau. Hãy nhớ rằng DNA có một “địa chỉ” được chỉ định bởi loại carbon ở cuối sợi. Đầu 5′ có một nhóm phốt phát được gắn vào nó trong khi đầu 3′ còn lại có một nhóm hydroxyl được gắn vào nó. Ví dụ:
Đầu 5′ – … guanine, adenine, adenine, thymine, thymine, cytosine … – đầu 3′
Đầu 3′ – … cytosine, thymine, thymine, adenine, adenine, guanine … – đầu 5′
Ví dụ, nếu enzyme cắt giới hạn cắt trong trình tự giữa guanine và adenine, thì nó sẽ làm như vậy với cả hai trình tự nhưng ở hai đầu đối diện (vì trình tự thứ hai đi theo hướng ngược lại). Vì DNA bị cắt trên cả hai sợi nên sẽ có các đầu bổ sung có thể liên kết hydro với nhau. Những đầu này thường được gọi là “đầu dính.”
Dây chằng DNA là gì?
Các đầu dính của các đoạn được tạo ra bởi các enzym giới hạn rất hữu ích trong môi trường phòng thí nghiệm. Chúng có thể được sử dụng để nối các đoạn DNA từ các nguồn khác nhau và các sinh vật khác nhau. Các mảnh được giữ với nhau bằng liên kết hydro . Từ góc độ hóa học, liên kết hydro là lực hấp dẫn yếu và không vĩnh viễn. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng một loại enzyme khác, các liên kết có thể được tạo thành vĩnh viễn.
DNA ligase là một enzyme rất quan trọng có chức năng sao chép và sửa chữa DNA của tế bào. Nó hoạt động bằng cách giúp hợp nhất các chuỗi DNA. Nó hoạt động bằng cách xúc tác một liên kết phosphodiester. Liên kết này là liên kết cộng hóa trị , mạnh hơn nhiều so với liên kết hydro đã nói ở trên và có khả năng giữ các mảnh khác nhau lại với nhau. Khi các nguồn khác nhau được sử dụng, kết quả là DNA tái tổ hợp được tạo ra có một tổ hợp gen mới.
Các loại enzym giới hạn
Có bốn loại enzyme giới hạn chính: enzyme loại I, enzyme loại II, enzyme loại III và enzyme loại IV. Tất cả chúng đều có chức năng cơ bản giống nhau, nhưng các loại khác nhau được phân loại dựa trên trình tự nhận biết, cách chúng được phân tách, thành phần và yêu cầu về chất của chúng (nhu cầu và loại đồng yếu tố). Nói chung, các enzyme loại I cắt DNA tại các vị trí cách xa trình tự nhận biết; DNA cắt loại II trong hoặc gần trình tự nhận biết; DNA loại III bị cắt gần trình tự nhận biết; và loại IV cắt DNA đã methyl hóa.
nguồn
- Phòng thí nghiệm sinh học, New England. “Các loại endonuclease hạn chế”. New England Biolabs: Thuốc thử cho ngành Khoa học Đời sống , www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonucleases/types-of-restriction-endonucleases.
- Reece, Jane B. và Neil A. Campbell. Sinh học Campbell . Benjamin Cummings, 2011.
