Kilde til begrænsningsenzymer

Siden opdagelsen af ​​restriktionsenzymer er molekylærbiologisk felt hurtigt avanceret på grund af disse proteins unikke evne til at spalte DNA på en bestemt måde. Disse enkle enzymer har haft en dybtgående effekt på forskning over hele verden; mærkeligt nok har vi bakterier at takke for denne videnskabelige gave.

Restriktionsenzymer, også kaldet restriktionsendonukleaser, binder til DNA og spalter dobbeltstrengen og danner mindre stykker DNA. Der er tre typer restriktionsenzymer; Type I-restriktionsenzymer genkender en DNA-sekvens og skærer strengen tilfældigt mere end tusind basepar væk fra stedet. Type II-restriktionsenzymer, de mest nyttige til molekylærbiologilaboratorier, genkender og klipper DNA-strengen forudsigeligt ved en specifik sekvens, der sædvanligvis er mindre end ti basepar lange. Type III-restriktionsenzymer svarer til Type I, men disse skærer DNA'et ca. tredive basepar fra genkendelsessekvensen.

Bakteriearter er den største kilde til kommercielle restriktionsenzymer. Disse enzymer tjener til at forsvare bakteriecellerne mod invasion af fremmed DNA, såsom nukleinsyresekvenser anvendt af vira til at replikere sig inde i en værtscelle. Dybest set vil enzymet hugge DNA i meget mindre stykker, som udgør en lille fare for cellen. Enzymerne er opkaldt efter arten og stammen af ​​bakterier, der producerer den. For eksempel kaldes det første restriktionsenzym ekstraheret fra Escherichia coli-stamme RY13 EcoRI, og det femte enzym ekstraheret fra den samme art kaldes EcoRV.

Brugen af ​​type II-begrænsningsenzymer er næsten universel i laboratorier over hele verden. DNA-molekyler er ekstremt lange og vanskelige at håndtere korrekt, især hvis en forsker kun er interesseret i et eller to gener. Restriktionsenzymer giver videnskabsmanden mulighed for pålideligt at skære DNA'et i meget mindre portioner. Denne evne til at manipulere DNA har gjort det muligt at fremme restriktionskortlægning og molekylær kloning.

I laboratorieindstillinger er det ekstremt nyttigt og praktisk at vide nøjagtigt, hvor visse restriktionssteder er på en DNA-streng. Hvis DNA-sekvensen er kendt, kan restriktionskortlægning udføres via computer, som hurtigt kan kortlægge alle mulige restriktionsenzymgenkendelsessekvenser. Hvis DNA-sekvensen ikke er kendt, kan en forsker stadig oprette et generelt kort ved at bruge forskellige enzymer alene og sammen med andre enzymer til at spalte molekylet. Ved hjælp af deduktiv ræsonnement kan det generelle begrænsningskort oprettes. At have et restriktionskort tilgængeligt er kritisk, når man kloner gener.

Molekylær kloning er en laboratorieteknik, hvor et gen er skåret fra et mål-DNA-molekyle, normalt ekstraheret fra en organisme, ved hjælp af restriktionsenzymer. Derefter indsættes genet i et molekyle kaldet en vektor, som normalt er små stykker af cirkulært DNA kaldet plasmider, som er blevet modificeret til at bære adskillige restriktionsenzymmål sekvenser. Vektoren spaltes åben af ​​restriktionsenzymer, og derefter indsættes genet i det cirkulære DNA. Et enzym kaldet DNA ligase kan derefter reformere cirklen for at inkludere målgenet. Når genet først er 'klonet' på en sådan måde, kan vektoren indsættes i en bakteriecelle, så genet kan producere protein.