Fungsi Enzim Pembatasan, Jenis dan Contoh

Itu Enzim pembatasan Mereka adalah endonuklease yang digunakan oleh lengkungan dan bakteri tertentu untuk menghambat atau "membatasi" penyebaran virus di dalamnya. Mereka sangat umum pada bakteri dan merupakan bagian dari sistem pertahanan DNA asing mereka yang dikenal sebagai sistem pembatasan/modifikasi.

Enzim ini mengkatalisasi potongan DNA pita ganda di tempat -tempat tertentu, dapat direproduksi dan tanpa menggunakan energi tambahan. Sebagian besar membutuhkan keberadaan kofaktor seperti magnesium atau kation divalen lainnya, meskipun beberapa juga membutuhkan ATP atau S-adenosyl metionine.

Skema Reaksi Enzim Pembatasan Hindii (Sumber: Helixitta [CC BY-SA 4.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)] via Wikimedia Commons)

Pembatasan endonucleases ditemukan pada tahun 1978 oleh Daniel Nathans, Arber Werner dan Hamilton Smith, yang menerima Hadiah Nobel dalam Kedokteran untuk penemuan mereka. Namanya umumnya berasal dari organisme di mana mereka pertama kali diamati.

Enzim seperti itu banyak digunakan dalam pengembangan metode kloning DNA dan biologi molekuler lainnya dan strategi rekayasa genetika. Karakteristik pengakuan sekuens spesifik dan kapasitas pemotongan sekuens yang dekat dengan situs pengakuan menjadikannya alat yang kuat dalam eksperimen genetik.

Fragmen yang dihasilkan oleh enzim restriksi yang telah bertindak pada molekul DNA tertentu dapat digunakan untuk menciptakan kembali "peta" dari molekul asli dengan menggunakan informasi di situs di mana enzim memotong DNA.

Beberapa enzim pembatasan dapat memiliki situs pengakuan yang sama dalam DNA, tetapi mereka tidak perlu memotongnya dengan cara yang sama. Dengan demikian, ada enzim yang membuat pemotongan meninggalkan romo dan enzim yang memotong meninggalkan kohesif ekstrem, yang memiliki aplikasi yang berbeda dalam biologi molekuler.

Saat ini ada ratusan enzim pembatasan yang berbeda tersedia secara komersial, ditawarkan oleh berbagai rumah komersial; Enzim ini berfungsi sebagai gunting molekuler "disesuaikan" untuk tujuan yang berbeda.

[TOC]

Fungsi

Enzim restriksi memenuhi fungsi yang berlawanan dari polimerase, karena mereka dihidrolisis atau mematahkan ikatan ester dalam ikatan fosfodi antara nukleotida yang berdekatan dalam rantai nukleotida.

Dalam biologi molekuler dan rekayasa genetika mereka adalah alat yang banyak digunakan untuk konstruksi ekspresi dan vektor kloning, serta untuk identifikasi urutan spesifik. Mereka juga berguna untuk pembangunan genom rekombinan dan memiliki potensi bioteknologi yang hebat.

Kemajuan terbaru dalam terapi gen membuat penggunaan enzim pembatasan saat ini untuk pengenalan gen yang ditentukan dalam vektor yang merupakan kendaraan untuk pengangkutan gen tersebut ke sel yang hidup, dan bahwa mereka mungkin memiliki kemampuan untuk memasukkan diri ke dalam genom sel untuk melakukan perubahan permanen.

Mekanisme aksi

Enzim restriksi dapat mengkatalisasi potongan DNA pita ganda, meskipun beberapa mampu mengenali sekuens DNA pita sederhana dan bahkan RNA. Pemotongan terjadi setelah pengakuan urutan.

Dapat melayani Anda: siklus glioxylate: karakteristik, reaksi, regulasi, fungsi

Mekanisme aksi terdiri dari hidrolisis hubungan fosfodiéster antara gugus fosfat dan deoksiribosa dalam kerangka masing -masing DNA DNA. Banyak enzim yang mampu memotong ke tempat yang sama yang mereka kenali, sementara yang lain memotong antara 5 dan 9 pasangan basa sebelum atau setelah hal yang sama.

Biasanya enzim -enzim ini dipotong pada ujung 5 'dari gugus fosfat, menimbulkan fragmen DNA dengan ujung fosforil 5' dan terminal hidroksil ujung 3 '.

Karena protein tidak bersentuhan langsung dengan situs pengakuan DNA, ini harus ditranslokasi waktu berturut -turut sampai situs tertentu tercapai, mungkin melalui mekanisme "geser" pada untai DNA.

Selama pemotongan enzimatik, tautan fosfodiéster dari masing -masing untai DNA diposisikan dalam salah satu situs aktif enzim restriksi. Saat enzim meninggalkan tempat pengakuan dan pemotongan, ia melakukannya melalui asosiasi sementara yang tidak spesifik.

Teman-teman

Saat ini lima jenis enzim pembatasan diketahui. Selanjutnya, deskripsi singkat masing -masing:

Enzim pembatasan tipe I

Enzim ini adalah protein pentameric besar dengan tiga subunit, satu pembatasan, metilasi dan lainnya untuk pengakuan sekuens DNA. Endonuklease ini adalah protein multifungsi yang mampu membatasi pembatasan dan reaksi modifikasi, memiliki ATPASA dan juga aktivitas DNA topoisomera.

Enzim jenis ini adalah endonucleases pertama yang ditemukan, mereka dimurnikan untuk pertama kalinya pada 1960 -an dan sejak itu mereka telah dipelajari dengan sangat dalam.

Enzim tipe I tidak banyak digunakan sebagai alat bioteknologi, karena situs pemotongan dapat berada pada jarak variabel hingga 1.000 pasangan basa mengenai situs pengakuan, yang membuatnya tidak dapat diandalkan dalam hal reproduktifitas eksperimental.

Enzim pembatasan tipe II

Mereka adalah enzim yang terdiri dari homodimer atau tetramer yang memotong DNA menjadi situs yang didefinisikan antara 4 dan 8 bp panjangnya. Situs pemotongan ini biasanya palindromik, yaitu, mereka mengenali urutan yang dibaca dengan cara yang sama di kedua arah.

Banyak enzim pembatasan tipe II dalam bakteri memotong DNA ketika mereka mengenali karakter asing mereka, karena tidak memiliki modifikasi khas yang seharusnya dimiliki DNA sendiri.

Ini adalah enzim pembatasan yang lebih sederhana karena mereka tidak memerlukan kofaktor selain magnesium (Mg+) untuk mengenali dan memotong urutan DNA.

Ketepatan enzim pembatasan tipe II dalam mengenali dan memotong urutan sederhana dalam DNA pada posisi yang tepat menjadikannya salah satu yang paling banyak digunakan dan sangat diperlukan di sebagian besar cabang biologi molekuler.

Dapat melayani Anda: mutualisme: karakteristik, jenis, contoh

Dalam kelompok enzim pembatasan tipe II ada beberapa subclass yang diklasifikasikan menurut sifat tertentu yang unik untuk masing -masing. Klasifikasi enzim ini dilakukan dengan menambahkan huruf alfabet, dari A ke Z mengikuti nama enzim.

Beberapa subclass yang paling dikenal untuk kegunaannya adalah:

Subclass IIA

Mereka berbeda subunit dímeros. Mereka mengenali urutan asimetris dan digunakan sebagai prekursor yang ideal untuk generasi enzim pemotongan.

Subkelas iib

Mereka terdiri dari satu dimer lagi dan memotong DNA di kedua sisi urutan pengakuan. Mereka memotong kedua untaian DNA dalam interval pasangan basa nanti dari situs pengakuan.

Subkelas IIC

Enzim jenis ini adalah polipeptida dengan fungsi pembagian dan modifikasi untai DNA. Enzim ini memotong kedua untaian secara asimetris.

Subkelas iie

Enzim subkelas ini adalah yang paling banyak digunakan dalam rekayasa genetika. Mereka memiliki situs katalitik dan umumnya membutuhkan efektor alestro. Enzim ini perlu berinteraksi dengan dua salinan dari urutan pengakuan mereka untuk membuat pemotongan yang efisien. Di dalam subkelas ini ada enzim Ecorii dan Ecori.

Enzim pembatasan tipe III

Endonuklease pembatasan tipe III hanya terdiri dari dua subunit, satu bertanggung jawab atas pengakuan dan modifikasi DNA, sementara yang lain bertanggung jawab atas pemotongan urutan.

Enzim ini membutuhkan dua kofaktor untuk operasinya: ATP dan magnesium. Enzim restriksi jenis ini memiliki dua situs pengakuan asimetris, mentranslokasi DNA dengan cara yang bergantung pada ATP dan memotongnya antara 20 hingga 30 bp yang berdekatan dengan situs pengakuan.

Enzim pembatasan tipe IV

Enzim tipe IV mudah diidentifikasi karena mereka memotong DNA dengan tanda metilasi, mereka terdiri dari beberapa subunit berbeda yang bertanggung jawab untuk mengenali dan memotong urutan DNA. Enzim ini menggunakan kofaktor GTP dan magnesium divalen.

Situs pemotongan spesifik termasuk rantai nukleotida dengan residu sitosin teretilasi atau hidroksimetil dalam satu atau kedua untai asam nukleat.

Enzim pembatasan tipe V

Klasifikasi ini kelompok enzim tipe crisper-cas, yang mengidentifikasi dan memotong sekuens DNA spesifik dari organisme yang menyerang. Enzim CAS menggunakan panduan disintesis untai RNA untuk crisper untuk mengenali dan menyerang organisme yang menyerang.

Enzim yang diklasifikasikan sebagai tipe V adalah polipeptida yang disusun berdasarkan enzim tipe I, II dan II. Mereka dapat memotong bagian DNA dari hampir semua organisme dan dengan jangkauan yang besar. Fleksibilitas dan kemudahan kerja menjadikan enzim ini salah satu alat yang paling banyak digunakan dalam rekayasa genetika yang saat ini bersama dengan enzim tipe II.

Dapat melayani Anda: propionibacterium

Contoh

Enzim pembatasan telah digunakan untuk mendeteksi polimorfisme DNA, terutama dalam studi genetika populasi dan studi evolusi menggunakan DNA mitokondria, untuk mendapatkan informasi tentang tingkat substitusi nukleotida.

Saat ini, vektor yang digunakan untuk transformasi bakteri dengan berbagai tujuan memiliki situs multiklonase di mana situs pengakuan untuk enzim restriksi berganda ditemukan.

Di antara enzim -enzim yang paling populer adalah Ecori, II, III, IV dan V, diperoleh dan dijelaskan untuk pertama kalinya dari DAN. coli; Hindiii, dari H. influenzae dan Bamhi dari B. Amyloliquefaciens.

Referensi

1. Bikle, t. KE., & Kruger, D. H. (1993). Biologi Pembatasan DNA. Ulasan mikrobiologis, 57(2), 434-450.
2. Boaval, hlm., Moineau, s., Romero, d. KE., & Horvath, P. (2007). Crispr memberikan asstance terhadap virus di prokariota. Sains, 315(Maret), 1709-1713.
3. Goodsell, d. (2002). Perspektif Molekuler: Pembatasan Endonukleas. Sel induk dasar pengobatan kanker, dua puluh, 190-191.
4. Halford, s. DAN. (2001). Melompat, melompat dan melingkar dengan enzim restriksi. Transaksi Masyarakat Biokimia, 29, 363-373.
5. Jeltsch, a. (2003). Pemeliharaan Identitas Spesies dan Mengontrol Spesiasi Bakteri: Fungsi Baru untuk Sistem Pembatasan/Modifikasi? 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 CRISPR-CAS Tipe I dan Tipe III untuk Pengeditan Genome. Penelitian Asam Nukleat, 1-12.
8. Loenen, w. KE. M., Dryden, d. T. F., Raleight, e. KE., & Wilson, G. G. (2013). Enzim pembatasan tipe I dan kerabatnya. Penelitian Asam Nukleat, 1-25.
9.  Nathans, d., & Smith, h. SALAH SATU. (1975). Pembatasan endonuklease dalam analisis dan restrukturisasi molekul DNA. Annu. Putaran. Biochem., 273-293.
10.  Nei, m., & Tajima, f. (1981). DNA polimorfisme terdeteksi dengan pembatasan endonukleas. Genetika, 145-163.
11.  Pingoud, a., Fuxreiter, m., Pingoud, v., & Wende, W. (2005). Ilmu Kehidupan Seluler dan Molekuler Tipe II Pembatasan Endonuklease: Struktur dan Mekanisme. CMLS Ilmu Kehidupan Seluler dan Molekuler, 62, 685-707.
12.  Roberts, r. (2005). Bagaimana Enzim Pembatasan Menjadi Workhorses of Molecular Biology. PNA, 102(17), 5905-5908.
13.  Roberts, r. J., & Murray, k. (1976). Pembatasan endonucleases. Ulasan Kritis dalam Biokimia, (November), 123-164.
14.  Stoddard, b. L. (2005). Struktur dan fungsi endonuklease homing. Ulasan Triwulan Biofisika, 1-47.
15.  Tock, m. R., & Dryden, D. T. F. (2005). Biologi pembatasan dan anti-pembatasan. Pendapat saat ini dalam mikrobiologi, 8, 466-472. https: // doi.org/10.1016/j.B.2005.06.003
16.  Wilson, g. G., & Murray, n. DAN. (1991). Sistem pembatasan dan modifikasi. Annu. Putaran. Genet., 25, 585-627.
17.  Wu, z., & MoU, K. (2016). Wawasan Genomik tentang Virulensi Campylobacter Jejuni dan Genetika Populasi. Infec. Dis. Menerjemahkan. Med., 2(3), 109-19.
18.  Yuan, r. (1981). Struktur dan mekanisme endonuklease pembatasan multifungsi. Annu. Putaran. Biochem., lima puluh, 285-315.