ENDONUCLEASES: PAG-ANDAR, URI AT HALIMBAWA - BIOLOGY - 2025

Ang mga endonucleases ay mga enzymes na pinutol ang mga bono ng phosphodiester na matatagpuan sa loob ng chain chain. Ang mga site ng paghihigpit ng Endonuclease ay lubos na naiiba. Ang ilan sa mga enzymes ay pinutol ang DNA (deoxyribonucleic acid, ang aming genetic material) halos kahit saan, iyon ay, sila ay walang saysay.

Sa kaibahan, mayroong isa pang pangkat ng mga endonucleases na napaka-tiyak sa rehiyon o pagkakasunod-sunod na mai-clear. Ang pangkat ng mga enzyme na ito ay kilala bilang mga paghihigpit na mga enzyme, at sila ay lubhang kapaki-pakinabang sa molekular na biyolohiya. Sa pangkat na ito mayroon kaming kilalang mga enzymes na Bam HI, Eco RI at Alu I.

Ang mga endonucleases ay pinutol ang DNA sa loob.
Pinagmulan: pixabay.com

Taliwas sa mga endonucleases, mayroong isa pang uri ng mga catalytic protein - exonucleases - na responsable sa pagsira sa mga bono ng phosphodiester sa dulo ng chain.

Mga paghihigpit ng endonucleases

Ang paghihigpit sa mga endonucleases o paghihigpit sa mga enzymes ay mga catalytic protein na responsable sa pag-alis ng mga bono ng phosphodiester sa loob ng chain ng DNA sa napaka-tiyak na mga pagkakasunud-sunod.

Ang mga enzymes na ito ay maaaring mabili mula sa maraming mga kumpanya ng biotechnology at ang kanilang paggamit ay halos mahalaga sa loob ng kasalukuyang mga pamamaraan sa pagmamanipula ng DNA.

Ang mga endonucleases ng paghihigpit ay pinangalanan gamit ang mga unang titik ng binomial na pang-agham na pangalan ng organismo kung saan sila nanggaling, na sinusundan ng pilay (ito ay opsyonal) at nagtatapos sa pangkat ng mga paghihigpit na mga enzymes kung saan sila nabibilang. Halimbawa, ang Bam HI at Eco RI ay malawakang ginagamit na mga endonucleases.

Ang rehiyon ng DNA na kinikilala ng enzyme ay tinawag na site ng paghihigpit at natatangi sa bawat endonuclease, bagaman maraming mga enzyme ang maaaring nag-tutugma sa mga site ng paghihigpit. Ang site na ito sa pangkalahatan ay binubuo ng isang maikling pagkakasunud-sunod ng palindromic na halos 4 hanggang 6 na mga pares ng haba na haba, tulad ng AGCT (para sa Alu I) at GAATTC para sa Eco RI.

Ang mga pagkakasunud-sunod ng Palindromic ay mga pagkakasunud-sunod na, bagaman binasa sa direksyon na 5 'hanggang 3' o 3 'hanggang 5', ay magkapareho. Halimbawa, para sa kaso ng Eco RI, ang pagkakasunud-sunod ng palindromic ay: GAATTC at CTTAAG.

Mga function at aplikasyon ng mga endonucles sa paghihigpit

Sa kabutihang palad para sa mga molekular na biologist, ang bakterya ay binuo sa kurso ng ebolusyon ng isang serye ng mga paghihigpit na mga endonucleases na panloob na fragment genetic material.

Sa likas na katangian, ang mga enzymes na ito ay nagbago - siguro - bilang isang sistema ng proteksyon ng bakterya laban sa pagsalakay ng mga dayuhang molekula ng DNA, tulad ng mga mula sa phages.

Upang makilala ang pagitan ng katutubong at dayuhang genetic na materyal, ang mga paghihigpit na endonucleases ay maaaring makilala ang mga tiyak na pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide. Kaya, ang DNA na walang pagkakasunud-sunod na ito ay maaaring hindi maistorbo sa loob ng bakterya.

Sa kaibahan, kapag kinikilala ng endonuclease ang site ng paghihigpit, nakakagapos ito sa DNA at pinuputol ito.

Ang mga biologist ay interesado na pag-aralan ang genetic na materyal ng mga bagay na may buhay. Gayunpaman, ang DNA ay binubuo ng ilang milyong mga pares ng base na haba. Ang mga molekulang ito ay napakahaba at dapat na masuri sa maliit na mga fragment.

Upang matugunan ang layuning ito, ang paghihigpit ng mga endonucleases ay isinama sa iba't ibang mga protocol na mololohiya ng molekula. Halimbawa, ang isang indibidwal na gene ay maaaring makuha at kopyahin para sa pagsusuri sa hinaharap. Ang prosesong ito ay tinatawag na "cloning" isang gene.

Paghihigpit ng fragment haba polymorphism (RFLP)

Ang paghihigpit ng haba ng fragment polymorphism ay tumutukoy sa pattern ng mga tiyak na pagkakasunud-sunod ng nucleotide sa DNA na ang paghihigpit sa mga endonucleases ay makikilala at gupitin.

Salamat sa pagiging tiyak ng mga enzymes, ang bawat organismo ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na pattern ng pagputol sa DNA, na nagmula sa mga fragment ng mga variable na haba.

Mga uri ng mga endonucleases ng paghihigpit

Sa kasaysayan, ang mga paghihigpit na endonucleases ay naiuri sa tatlong uri ng mga enzyme, na itinalaga ng mga Romanong numero. Kamakailan lamang, isang pang-apat na uri ng endonuclease ang inilarawan.

Uri ng I

Ang pinakamahalagang katangian ng uri ng endonucleases ko ay ang mga ito ay mga protina na binubuo ng ilang mga subunits. Ang bawat isa sa mga pag-andar na ito bilang isang solong kumplikadong protina at karaniwang mayroong dalawang mga subunits na tinatawag na R, dalawang M at isang S.

Ang bahaging S ay responsable para sa pagkilala sa site ng paghihigpit sa DNA. Ang R subunit, para sa bahagi nito, ay mahalaga para sa cleavage at ang M ay may pananagutan sa pag-catrydate ng reaksyon ng methylation.

Mayroong apat na mga subkategorya ng mga uri ng I enzymes, na kilala ng mga titik A, B, C, at D, na karaniwang ginagamit. Ang pag-uuri na ito ay batay sa pagpuno ng genetic.

Ang mga type na enzyme ay ang unang mga paghihigpit na endonucleases na natuklasan at linisin. Gayunpaman, ang pinaka kapaki-pakinabang sa molekular na biology ay ang uri II, na ilalarawan sa susunod na seksyon.

Uri ng II

Ang mga endonucleases ng Uri ng paghihigpit ay kinikilala ang mga tiyak na pagkakasunud-sunod ng DNA at pag-cleavage sa isang palaging posisyon na malapit sa isang pagkakasunud-sunod na gumagawa ng 5 'phosphates at 3' hydroxyls. Kadalasan ay nangangailangan sila ng mga ion ng magnesium (Mg ²⁺ ) bilang mga cactactors , ngunit mayroong ilang mga mas tiyak na mga kinakailangan.

Sa istruktura, maaari silang lumitaw bilang mga monomer, dimer o kahit na mga tetramer. Ang teknolohiyang recombinant ay gumagamit ng type II endonucleases at sa kadahilanang ito higit sa 3,500 mga enzim na nailalarawan.

Uri ng III

Ang mga sistemang enzymatic na ito ay binubuo ng dalawang gen, na tinatawag na mod at res, kung aling code para sa mga subunits na kinikilala ang DNA at para sa mga pagbabago o paghihigpit. Ang parehong mga subunit ay kinakailangan para sa paghihigpit, isang proseso na lubos na nakasalalay sa ATP hydrolysis.

Upang ma-clear ang molekula ng DNA, ang enzyme ay dapat makipag-ugnay sa dalawang kopya ng pagkakasunud-sunod na pagkakasunud-sunod na pagkilala sa di-palindromic at ang mga site ay dapat na sa isang reverse orientation sa substrate. Ang cleavage ay nauna sa isang pagsalin sa DNA.

Uri ng IV

Ang isang karagdagang grupo ay nakilala kamakailan. Ang system ay binubuo ng dalawa o higit pang mga gen na code para sa mga protina na naka-clear lamang na binagong mga pagkakasunud-sunod ng DNA, alinman sa methylated, hydroxymethylated, o hydromethylated glucosyl.

Halimbawa, kinilala ng enzyme na EckKMcrBC ang dalawang dinucleotides ng pangkalahatang form na RmC; isang purine na sinusundan ng isang methylated cytosine, na maaaring paghiwalayin ng maraming mga pares ng base - mula 40 hanggang halos 3000. Ang pag-cleavage ay naganap tungkol sa 30 mga pares ng base pagkatapos ng site na kinikilala ng enzyme.

Endonucleases type V

Ang mga endonucleases ng ganitong uri ay kilala rin bilang "homing" endonucleases. Kinikilala at pinuputol ng mga enzim na ito ang pagkakasunud-sunod ng target na DNA sa mga natatanging site sa genome mula 14 hanggang 40 bp.

Ang mga enzymes na ito ay madalas na naka-encode sa mga intron at ang kanilang pagpapaandar ay pinaniniwalaan upang maitaguyod ang pahalang na paglipat ng mga pagkakasunud-sunod ng hiwa. Pagkatapos ng pagputol, isang pagkumpuni ng break ay nangyayari sa dobleng helix ng DNA batay sa pagkakasunud-sunod na pagkakasunud-sunod.

Mga halimbawa

Ang Endonuclease I mula sa E. coli ay kumikilos bilang isang sistema ng pagtatanggol laban sa phage at mga parasito. Matatagpuan ito lalo na sa pagitan ng cytoplasmic membrane at ang cell wall. Gumagawa ito ng dobleng-stranded break sa dayuhang DNA na kung saan nakikipag-ugnay ito sa periplasmic space.

Ang CRISPR-Cas endonucleases ay mga enzyme na kumikilos sa mekanismo ng pagtatanggol ng maraming uri ng bakterya. Kinikilala at pinuputol ang mga tiyak na pagkakasunud-sunod ng DNA mula sa pagsalakay sa mga organismo, na sa pangkalahatan ay mga virus.

Kamakailan lamang, natuklasan ng mga mananaliksik sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) ang CRISPR-Cas12bm genome edit system na may mataas na katumpakan para sa pagbabago ng mga cell ng tao.

Mga Sanggunian

1. Burrell, MM (Ed.). (1993). Mga Enzim ng molekula na biyolohiya. Totowa, NJ: Humana Press.
2. Loenen, WA, Dryden, DT, Raleigh, EA, & Wilson, GG (2013). Uri ng paghihigpit ng mga enzyme at ang kanilang mga kamag-anak. Ang pananaliksik sa mga asidong nukleiko, 42 (1), 20-44.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS, & Pfaller, MA (2017). Medikal Microbiology + StudentConsult sa Spanish + StudentConsult. Elsevier Mga Agham sa Kalusugan.
4. Nathans, D., & Smith, HO (1975). Ang paghihigpit ng mga endonucleases sa pagsusuri at pagbubuo ng mga molekula ng DNA. Taunang pagsusuri ng biochemistry, 44 (1), 273-293.
5. Pingoud, A., Fuxreiter, M., Pingoud, V., & Wende, W. (2005). Mga endonucleases ng paghihigpit ng Uri ng II: istraktura at mekanismo. Mga agham sa buhay ng cellular at molekular, 62 (6), 685.