След откриването на рестрикционните ензими, областта на молекулярната биология бързо напредва поради уникалната способност на тези протеини да разцепват ДНК по специфичен начин. Тези прости ензими оказаха дълбоко въздействие върху изследванията по целия свят; Колкото и да е странно, имаме бактерии, на които да благодарим за този научен дар.
Ограничение Свойства и типове ензими
Рестрикционните ензими, наричани още рестрикционни ендонуклеази, се свързват с ДНК и разцепват двойната верига, образувайки по-малки парчета ДНК. Има три вида рестрикционни ензими; Рестрикционните ензими от тип I разпознават ДНК последователност и нарязват нишката на случаен принцип на повече от хиляда базови двойки от мястото. Рестрикционните ензими тип II, най-полезните за лабораториите за молекулярна биология, разпознават и отрязват ДНК веригата предсказуемо при определена последователност, която обикновено е по-малка от десет базови двойки. Рестрикционните ензими тип III са подобни на тип I, но те отрязват ДНК около тридесет базови двойки от разпознавателната последователност.
Източници
Бактериалните видове са основният източник на търговски рестрикционни ензими. Тези ензими служат за защита на бактериалните клетки от инвазия от чужда ДНК, като последователности на нуклеинови киселини, използвани от вирусите, за да се репликират в клетката гостоприемник. По принцип ензимът ще нарязва ДНК на много по-малки парчета, които представляват малка опасност за клетката. Ензимите са кръстени на вида и щама на бактериите, които го произвеждат. Например, първият рестрикционен ензим, извлечен от щам Escherichia coli RY13, се нарича EcoRI, а петият ензим, извлечен от същия вид, се нарича EcoRV.
Лабораторно удобство
Използването на рестрикционни ензими тип II е почти универсално в лабораториите по целия свят. ДНК молекулите са изключително дълги и трудно се управляват правилно, особено ако изследователят се интересува само от един или два гена. Рестрикционните ензими позволяват на учения надеждно да разреже ДНК на много по-малки порции. Тази способност да се манипулира ДНК позволи напредъкът на картографирането на рестрикции и молекулярното клониране.
Картиране на ограничения
В лабораторни условия е много полезно и удобно да се знае къде точно се намират определени рестрикционни места на ДНК веригата. Ако ДНК последователността е известна, рестрикционното картографиране може да се извърши чрез компютър, който може бързо да картографира всички възможни рестрикционни ензимни разпознаващи последователности. Ако ДНК последователността не е известна, изследователят все още може да създаде обща карта, като използва различни ензими сами по себе си и заедно с други ензими, за да разцепи молекулата. Използвайки дедуктивно разсъждение, може да се създаде общата карта на ограниченията. Наличието на карта с ограничения е критично при клонирането на гени.
Молекулярно клониране
Молекулярното клониране е лабораторна техника, при която ген се изрязва от целевата ДНК молекула, обикновено извлечена от организма, чрез рестрикционни ензими. След това генът се вмъква в молекула, наречена вектор, които обикновено са малки парченца кръгова ДНК, наречена плазмиди, които са модифицирани да носят няколко рестрикционни ензимни мишени последователности. Векторът се разцепва от рестрикционни ензими и след това генът се вкарва в кръговата ДНК. След това ензим, наречен ДНК лигаза, може да реформира кръга, за да включи целевия ген. След като генът е „клониран“ по такъв начин, векторът може да бъде вмъкнат в бактериална клетка, така че генът да може да произвежда протеин.