MGA PAGHIHIGPIT SA MGA ENZYME: MGA FUNCTION, URI, AT MGA HALIMBAWA - BIOLOGY - 2026

Ang mga paghihigpit na mga enzyme ay mga endonucleases na ginagamit ng ilang mga archaea at bakterya upang mapigilan o "higpitan" ang pagkalat ng mga virus sa loob. Lalo na ang mga ito sa mga bakterya at bahagi ng kanilang sistema ng pagtatanggol laban sa dayuhang DNA na kilala bilang ang paghihigpit / pagbabago ng sistema.

Ang mga enzymes na ito ay nagpapagana ng pag-iwas ng dobleng-band na DNA sa mga tukoy na lokasyon, muling maaaring gawin at nang walang paggamit ng karagdagang enerhiya. Karamihan ay nangangailangan ng pagkakaroon ng mga cactactors tulad ng magnesium o iba pang mga divalent cations, bagaman ang ilan ay nangangailangan din ng ATP o S-adenosyl methionine.

HindIII na paghihigpit sa enzyme na pamamaraan ng reaksyon (Pinagmulan: Helixitta sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang mga endonucleases ng paghihigpit ay natuklasan noong 1978 nina Daniel Nathans, Arber Werner at Hamilton Smith, na nakatanggap ng Nobel Prize sa gamot para sa kanilang natuklasan. Ang kanilang pangalan sa pangkalahatan ay nagmula sa organismo kung saan una silang naobserbahan.

Ang ganitong mga enzyme ay malawakang ginagamit sa pagbuo ng mga pamamaraan ng cloning ng DNA at iba pang molekular na biology at mga diskarte sa inhinyeriya ng genetic. Ang kanilang tiyak na pagkilala sa pagkakasunud-sunod na pagkilala sa pagkakasunud-sunod at ang kakayahang i-cut ang mga pagkakasunud-sunod na malapit sa mga site ng pagkilala ay nagbibigay sa kanila ng mga makapangyarihang tool sa eksperimentong genetic.

Ang mga pagkabigo na nabuo ng mga paghihigpit na mga enzyme na kumilos sa isang partikular na molekula ng DNA ay maaaring magamit upang muling likhain ang isang "mapa" ng orihinal na molekula sa pamamagitan ng paggamit ng impormasyon tungkol sa mga site kung saan pinutol ng enzyme ang DNA.

Ang ilang mga enzyme ng paghihigpit ay maaaring magkaroon ng parehong site ng pagkilala sa DNA, ngunit hindi nila kinakailangang i-cut ito sa parehong paraan. Sa gayon, may mga enzyme na pinipigilan ang pag-iiwan ng mga blunt dulo at ang mga enzymes na pinutol ang nag-iiwan ng mga cohesive na dulo, na may iba't ibang mga aplikasyon sa molekular na biology.

Sa kasalukuyan mayroong daan-daang iba't ibang mga komersyal na magagamit na paghihigpit na mga enzyme, na inaalok ng iba't ibang mga komersyal na bahay; Ang mga enzymes na ito ay gumagana bilang "pasadyang" molekulang gunting para sa iba't ibang mga layunin.

Mga Tampok

Ang mga paghihigpit sa mga enzyme ay nagagampanan ng kabaligtaran na pag-andar ng mga polymerases, dahil ang hydrolyze nila o sinira ang bond ng ester sa loob ng bond na phosphodiester sa pagitan ng mga katabing nucleotide sa isang chain ng nucleotide.

Sa molekular na biyolohiya at genetic engineering malawak na ginagamit nila ang mga tool para sa pagtatayo ng expression at cloning vectors, pati na rin para sa pagkilala ng mga tiyak na pagkakasunud-sunod. Kapaki-pakinabang din ang mga ito para sa pagtatayo ng mga rekomendant na genom at may mahusay na potensyal na biotechnological.

Ang mga kamakailang pagsulong sa therapy sa gene ay gumagawa ng kasalukuyang paggamit ng mga paghihigpit na mga enzymes para sa pagpapakilala ng mga partikular na gen sa mga vectors na mga sasakyan para sa transportasyon ng mga genes na ito sa mga buhay na selula, at marahil ay may kakayahang magpasok sa cellular genome upang maisagawa permanenteng pagbabago.

Mekanismo ng pagkilos

Ang mga paghihiganti sa mga enzyme ay maaaring mapabagal ang pag-clear ng double-band na DNA, bagaman ang ilan ay may kakayahang kilalanin ang mga pagkakasunud-sunod ng solong-banda na DNA at kahit RNA. Ang pagputol ay nangyayari pagkatapos pagkilala sa mga pagkakasunud-sunod.

Ang mekanismo ng pagkilos ay binubuo ng hydrolysis ng bond na phosphodiester sa pagitan ng isang pangkat na pospeyt at isang deoxyribose sa balangkas ng bawat strand ng DNA. Marami sa mga enzyme ang may kakayahang i-cut sa parehong site na kinikilala nila, habang ang iba ay pinutol sa pagitan ng 5 at 9 na mga pares ng base bago o pagkatapos nito.

Ang mga enzymes na ito ay karaniwang pinutol sa pagtatapos ng 5 'ng pangkat na pospeyt, na nagbibigay ng pagtaas sa mga fragment ng DNA na may pagtatapos ng 5' phosphoryl at isang 3 'terminal hydroxyl end.

Dahil ang mga protina ay hindi dumarating sa direktang pakikipag-ugnay sa site ng pagkilala sa DNA, dapat silang isalin nang sunud-sunod hanggang sa makamit ang tukoy na site, marahil sa pamamagitan ng mga mekanismo ng "pagdulas" sa strand ng DNA.

Sa panahon ng pag-cleavage ng enzymatic, ang bono ng phosphodiester ng bawat isa sa mga strand ng DNA ay nakaposisyon sa loob ng isa sa mga aktibong site ng paghihigpit sa mga enzyme. Kapag iniwan ng enzyme ang site ng pagkilala at cleavage, ginagawa ito sa pamamagitan ng mga di-tiyak na mga samahan na lumilipas.

Mga Uri

Limang uri ng mga enzyme ng paghihigpit ang kasalukuyang kilala. Narito ang isang maikling paglalarawan ng bawat isa:

Uri ng paghihigpit ng mga enzymes

Ang mga enzymes na ito ay malaking protina na pentameric na may tatlong mga subunits, isa para sa paghihigpit, isa para sa methylation, at isa para sa pagkilala sa pagkakasunud-sunod sa DNA. Ang mga endonucleases ay mga multifunctional protein na may kakayahang catalyzing paghihigpit at pagbabago ng reaksyon, mayroon silang aktibidad na ATPase at din ang top topomomerase ng DNA.

Ang mga Enzymes ng ganitong uri ay ang unang mga endonucleases na natuklasan, una silang nalinis noong 1960s at napag-aralan nang napakalalim mula pa.

Ang mga type na enzyme ay hindi malawak na ginagamit bilang isang tool na biotechnological, dahil ang site ng cleavage ay maaaring sa isang variable na distansya ng hanggang sa 1,000 mga pares ng base mula sa site ng pagkilala, na ginagawang hindi maaasahan sa mga tuntunin ng eksperimentong muling paggawa.

Mga Uri ng paghihigpit ng Uri ng II

Ang mga ito ay mga enzyme na binubuo ng mga homodimer o tetramer na pinutol ang DNA sa tinukoy na mga site sa pagitan ng 4 at 8 bp ang haba. Ang mga site ng cleavage na ito ay karaniwang palindromic, iyon ay, nakikilala nila ang mga pagkakasunud-sunod na binabasa sa parehong paraan sa parehong direksyon.

Marami sa mga uri ng paghihigpit ng uri II sa mga bakterya ay pinutol ang DNA kapag nakilala nila ang dayuhang katangian nito, dahil wala itong karaniwang mga pagbabago na dapat magkaroon ng sarili nitong DNA.

Ito ang pinakasimpleng mga paghihigpit na mga enzyme dahil hindi nila hinihiling ang anumang cofactor maliban sa magnesium (Mg +) na makilala at gupitin ang mga pagkakasunud-sunod ng DNA.

Ang katumpakan ng mga uri ng paghihigpit ng uri II sa pagkilala at pagputol ng mga simpleng pagkakasunud-sunod sa DNA sa mga tumpak na posisyon ay gumagawa ng mga ito ng isa sa pinaka-malawak na ginagamit at kailangang-kailangan sa karamihan ng mga sanga ng molekular na biyolohiya.

Sa loob ng pangkat ng mga uri ng paghihigpit ng type II mayroong maraming mga subclass na naiuri ayon sa ilang mga katangian na natatangi sa bawat isa. Ang pag-uuri ng mga enzymes na ito ay ginagawa sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga titik ng alpabeto, mula A hanggang Z na sumusunod sa pangalan ng enzyme.

Ang ilan sa mga subclass na pinaka kilala sa kanilang pagiging kapaki-pakinabang ay:

Subclass IIA

Ang mga ito ay mga dimer ng iba't ibang mga subunits. Kinikilala nila ang mga pagkakasunud-sunod ng simetriko at ginagamit bilang mainam na mga paunang-panahon para sa henerasyon ng pagputol ng mga enzyme.

Subclass IIB

Ang mga ito ay binubuo ng isa o higit pang mga dimer at gupitin ang DNA sa magkabilang panig ng pagkakasunud-sunod ng pagkilala. Pinutol nila ang parehong mga hibla ng DNA ng isang pagitan ng pagitan ng pares ng unahan sa lugar ng pagkilala.

Subclass IIC

Ang mga enzyme ng ganitong uri ay polypeptides na may mga pag-andar ng paghahati at pagbabago ng mga strand ng DNA. Ang mga enzymes ay pinutol ang parehong mga strands asymmetrically.

Subclass IIE

Ang mga enzyme ng subclass na ito ay ang pinaka ginagamit sa genetic engineering. Mayroon silang isang catalytic site at sa pangkalahatan ay nangangailangan ng isang allosteric effector. Ang mga enzymes na ito ay kailangang makipag-ugnay sa dalawang kopya ng pagkakasunud-sunod ng pagkilala upang maisagawa ang mahusay na cleavage. Sa loob ng subclass na ito ay ang mga enzymes EcoRII at EcoRI.

I-type ang III mga paghihigpit na mga enzyme

Ang mga endonucleases ng paghihigpit ng type ay binubuo lamang ng dalawang mga subunits, ang isa ay responsable para sa pagkilala at pagbabago ng DNA, habang ang iba ay responsable para sa pagkakasunud-sunod ng pagkakasunud-sunod.

Ang mga enzymes na ito ay nangangailangan ng dalawang cofactors para sa kanilang pag-andar: ATP at magnesiyo. Ang mga paghihigpit na enzyme ng ganitong uri ay nagtataglay ng dalawang mga site na pagkilala sa simetriko, isalin ang DNA sa isang paraan na umaasa sa ATP at gupitin ito sa pagitan ng 20-30 bp na katabi ng site ng pagkilala.

I-type ang mga paghihigpit ng IV na mga enzyme

Ang mga uri ng mga enzyme ng IV ay madaling matukoy habang pinuputol nila ang DNA na may mga marka ng methylation, binubuo sila ng maraming iba't ibang mga subunits na responsable sa pagkilala at pagputol ng pagkakasunud-sunod ng DNA. Ang mga enzymes na ito ay gumagamit ng GTP at divalent magnesium bilang cofactors.

Ang mga tukoy na site ng cleavage ay kinabibilangan ng mga strand ng nucleotide na may mga residue ng methylated o hydroxymethylated cytosine sa isa o parehong mga hibla ng mga nucleic acid.

Mga Uri ng paghihigpit ng Uri V

Ang pangkat na ito ay nagkaklase ng mga CRISPER-Cas type enzymes, na nagpapakilala at pinutol ang mga tiyak na pagkakasunud-sunod ng DNA mula sa pagsalakay sa mga organismo. Ang mga enzyme ng Cas ay gumagamit ng isang strand ng CRISPER synthesized na gabay na RNA upang makilala at atake ang mga nagsasalakay na mga organismo.

Ang mga Enzymes na inuri bilang uri V ay polypeptides na nakaayos ayon sa uri I, II at II na mga enzyme. Maaari nilang kunin ang mga seksyon ng DNA ng halos anumang organismo at may malawak na haba. Ang kanilang kakayahang umangkop at kadalian ng paggamit ay gumagawa ng mga enzymes na ito na isa sa mga pinaka-malawak na ginagamit na tool sa genetic engineering ngayon, kasama ang mga type II enzymes.

Mga halimbawa

Ang mga paghihiganti sa mga enzyme ay ginamit para sa pagtuklas ng mga DNA polymorphism, lalo na sa populasyon ng genetic na pag-aaral at ebolusyonaryong pag-aaral gamit ang mitochondrial DNA, upang makakuha ng impormasyon tungkol sa mga rate ng mga nucleotide substitutions.

Sa kasalukuyan, ang mga vectors na ginagamit para sa pagbabagong-anyo ng bakterya para sa iba't ibang mga layunin ay nagtataglay ng mga site na multicloning kung saan matatagpuan ang mga lugar ng pagkilala para sa maraming mga paghihigpit na mga enzyme.

Kabilang sa mga enzymes na ito ay pinakapopular ay ang EcoRI, II, III, IV at V, na nakuha at inilarawan sa kauna-unahang pagkakataon mula sa E. coli; HindIII mula sa H. influenzae at BamHI mula sa B. amyloliquefaciens.

Mga Sanggunian

1. Bickle, TA, & Kruger, DH (1993). Biology ng DNA Restriction. Mga Review sa Microbiological, 57 (2), 434–450.
2. Boyaval, P., Moineau, S., Romero, DA, & Horvath, P. (2007). Nagbibigay ang CRISPR Nakakuha ng pagtutol laban sa mga virus sa prokaryotes. Agham, 315 (Marso), 1709–1713.
3. Goodsell, D. (2002). Ang molekular na pananaw: Paghihigpit ng Endonucleases. Mga Batas ng Stem Cells ng Medicine sa cancer, 20, 190–191.
4. Halford, SE (2001). Pag-hulog, paglukso at pag-loop sa pamamagitan ng mga paghihigpit sa mga enzymes. Mga Transaksyon sa Lipunan ng Biochemical, 29, 363-373.
5. Jeltsch, A. (2003). Pagpapanatili ng pagkakakilanlan ng mga species at pagkontrol sa pagtutukoy ng mga bakterya: isang bagong function para sa paghihigpit / pagbabago ng mga sistema? Gene, 317, 13-16.
6. Krebs, J., Goldstein, E., & Kilpatrick, S. (2018). Lewin's Genes XII (12 ed.). Burlington, Massachusetts: Pag-aaral ng Jones at Bartlett.
7. Li, Y., Pan, S., Zhang, Y., Ren, M., Feng, M., Peng, N., … Siya, Q. (2015). Pag-abo ng Uri I at Type III CRISPR-Cas system para sa pag-edit ng genome. Pagsasaliksik sa Nukleikong Acid, 1–12.
8. Loenen, WAM, Dryden, DTF, Raleigh, EA, & Wilson, GG (2013). Uri ng paghihigpit ng mga enzyme at ang kanilang mga kamag-anak. Ang Nukleyar na Acid Research, 1–25.
9. Nathans, D., & Smith, HO (1975). Paghihigpit ng Endonucleases sa pagsusuri at pagsasaayos ng mga molekula ng DNA. Annu. Rev. Biochem. , 273–293.
10. Nei, M., & Tajima, F. (1981). Dna polymorphism na nakikita sa pamamagitan ng paghihigpit ng mga endonucleases. Mga Genetika, 145-163.
11. Pingoud, A., Fuxreiter, M., Pingoud, V., & Wende, W. (2005). Mga limitasyong endonucleases ng Cellular at Molecular Life Type Type II: istraktura at mekanismo. CMLS Cellular at Molecular Life Science, 62, 685-707.
12. Roberts, R. (2005). Paano ang mga paghihigpit sa mga enzyme ay naging mga workhorses ng molekular na biyolohiya. PNAS, 102 (17), 5905-5908.
13. Roberts, RJ, & Murray, K. (1976). Mga paghihigpit ng endonucleases. Mga Kritikal na Review sa Biochemistry, (Nobyembre), 123-164.
14. Stoddard, BL (2005). Homing endonuclease istraktura at pag-andar. Mga Quarterly Review ng Biophysics, 1–47.
15. Tock, MR, & Dryden, DTF (2005). Ang biology ng paghihigpit at anti-paghihigpit. Kasalukuyang Pagpapalagay sa Mikrobiolohiya, 8, 466–472. https://doi.org/10.1016/j.mib.2005.06.003
16. Wilson, GG, & Murray, NE (1991). Paghihigpit at Mga System sa Pagbabago. Annu. Rev. Genet. , 25, 585-627.
17. Wu, Z., & Mou, K. (2016). Ang mga pananaw sa genomic sa virulence ng Campylobacter jejuni at genetika ng populasyon. Infec. Dis. Isalin. Med., 2 (3), 109–119.
18. Yuan, R. (1981). Istraktura at Mekanismo ng Multifunctional Restriction Endonucleases. Annu. Rev. Biochem. , 50, 285-315.