Como as enzimas de restrição cortam seqüências de DNA?

Na natureza, organismos constantemente precisam se proteger de invasores estrangeiros, mesmo no nível microscópico. Nas bactérias, existe um grupo de enzimas bacterianas que funcionam desmantelando DNA. Esse processo de desmontagem é chamado de restrição e as enzimas que realizam esse processo são chamadas de enzimas de restrição.

As enzimas de restrição são muito importantes na tecnologia de DNA recombinante. As enzimas de restrição têm sido usadas para ajudar a produzir vacinas, produtos farmacêuticos, culturas resistentes a insetos e uma série de outros produtos.

Principais Takeaways

As enzimas de restrição são uma classe de enzimas que cortam o DNA em fragmentos com base no reconhecimento de uma sequência específica de nucleotídeos. As enzimas de restrição também são conhecidas como endonucleases de restrição.

Embora existam centenas de diferentes enzimas de restrição, todas elas funcionam essencialmente da mesma maneira. Cada enzima tem o que é conhecido como uma sequência ou site de reconhecimento. Uma sequência de reconhecimento é tipicamente um nucleotídeo sequência no DNA. As enzimas cortam em certos pontos da sequência reconhecida. Por exemplo, uma enzima de restrição pode reconhecer uma sequência específica de guanina, adenina, adenina, timina, timina, citosina. Quando esta sequência está presente, a enzima pode fazer cortes escalonados no esqueleto de açúcar e fosfato na sequência.

Mas se as enzimas de restrição são cortadas com base em uma determinada sequência, como células como bactérias protegem seu próprio DNA de serem cortadas por enzimas de restrição? Em uma célula típica, grupos metil (CH₃) são adicionados às bases na sequência para impedir o reconhecimento pelas enzimas de restrição. Este processo é realizado por enzimas complementares que reconhecem a mesma sequência de bases nucleotídicas que as enzimas de restrição. A metilação do DNA é conhecida como modificação. Com os processos de modificação e restrição, as células podem cortar o DNA estranho que representa um perigo para a célula, preservando o DNA importante da célula.

Com base na configuração de dupla fita do DNA, as seqüências de reconhecimento são simétricas nos diferentes suportes, mas correm em direções opostas. Lembre-se de que o DNA tem "direção" indicada pelo tipo de carbono no final da fita. A extremidade 5 'tem um grupo fosfato ligado enquanto a outra extremidade 3' tem um grupo hidroxila ligado. Por exemplo:

5 'final -... guanina, adenina, adenina, timina, timina, citosina... 3 'final

3 'final -... citosina, timina, timina, adenina, adenina, guanina... - final de 5 '

Se, por exemplo, a enzima de restrição corta dentro da sequência entre a guanina e a adenina, faria isso com ambas as seqüências, mas em extremidades opostas (já que a segunda sequência é executada no lado oposto direção). Como o DNA é cortado nos dois filamentos, haverá extremidades complementares que podem se ligar ao hidrogênio. Esses fins geralmente são chamados de "pontos difíceis".

As extremidades pegajosas dos fragmentos produzidos pelas enzimas de restrição são úteis em um ambiente de laboratório. Eles podem ser usados ​​para unir fragmentos de DNA de diferentes fontes e diferentes organismos. Os fragmentos são mantidos juntos por ligações de hidrogênio. Do ponto de vista químico, as ligações de hidrogênio são atrações fracas e não são permanentes. No entanto, usando outro tipo de enzima, as ligações podem ser permanentes.

A DNA ligase é uma enzima muito importante que funciona tanto no replicação e reparo do DNA de uma célula. Funciona ajudando a união das cadeias de DNA. Ele funciona catalisando uma ligação fosfodiéster. Esse vínculo é um ligação covalente, muito mais forte que a ligação de hidrogênio acima mencionada e capaz de manter os diferentes fragmentos unidos. Quando fontes diferentes são usadas, o DNA recombinante resultante produzido tem uma nova combinação de genes.

Existem quatro grandes categorias de enzimas de restrição: enzimas tipo I, enzimas tipo II, enzimas tipo III e enzimas tipo IV. Todos têm a mesma função básica, mas os diferentes tipos são classificados com base em seu reconhecimento sequência, como se separam, sua composição e os requisitos de substância (a necessidade e o tipo de cofatores). Geralmente, as enzimas do tipo I cortam o DNA em locais distantes da sequência de reconhecimento; DNA cortado do tipo II dentro ou próximo da sequência de reconhecimento; DNA cortado tipo III próximo a sequências de reconhecimento; e Tipo IV clivam DNA metilado.

• Biolabs, Nova Inglaterra. "Tipos de endonucleases de restrição". New England Biolabs: Reagentes para a indústria de ciências da vida, www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonucleases/types-of-restriction-endonucleases.
• Reece, Jane B. e Neil A. Campbell. Campbell Biology. Benjamin Cummings, 2011.