Οι επιστήμονες πρέπει να χειριστούν το DNA προκειμένου να εντοπίσουν γονίδια, να μελετήσουν και να κατανοήσουν πώς λειτουργούν τα κύτταρα και παράγουν πρωτεΐνες που έχουν ιατρική ή εμπορική σημασία. Μεταξύ των πιο σημαντικών εργαλείων για το χειρισμό του DNA είναι τα ένζυμα περιορισμού - ένζυμα που κόβουν το DNA σε συγκεκριμένες τοποθεσίες. Με την επώαση του DNA μαζί με τα ένζυμα περιορισμού, οι επιστήμονες μπορούν να το κόψουν σε κομμάτια που μπορούν αργότερα να «ματιστούν» μαζί με άλλα τμήματα DNA.
Προέλευση
Τα ένζυμα περιορισμού βρίσκονται σε βακτήρια, τα οποία τα χρησιμοποιούν ως όπλο κατά του βακτηριοφάγου, ιών που μολύνουν βακτήρια. Όταν το ιικό DNA μπαίνει στο κύτταρο, τα ένζυμα περιορισμού το τεμαχίζουν σε κομμάτια. Αυτά τα βακτήρια έχουν επίσης συνήθως άλλα ένζυμα που κάνουν χημικές τροποποιήσεις σε συγκεκριμένες θέσεις στο DNA τους. Αυτές οι τροποποιήσεις προστατεύουν το βακτηριακό DNA από το τεμαχισμό του ενζύμου περιορισμού.
Τα ένζυμα περιορισμού γενικά ονομάζονται από το βακτήριο από το οποίο απομονώθηκαν. Τα HindII και HindIII, για παράδειγμα, προέρχονται από ένα είδος που ονομάζεται Haemophilus influenzae.
Ακολουθίες αναγνώρισης
Κάθε ένζυμο περιορισμού έχει ένα πολύ ειδικό σχήμα, έτσι μπορεί να κολλήσει μόνο σε ορισμένες ακολουθίες γραμμάτων στον κώδικα DNA. Εάν υπάρχει η «ακολουθία αναγνώρισης», θα είναι σε θέση να κολλήσει στο DNA και να κάνει μια κοπή σε αυτό το σημείο. Το περιοριστικό ένζυμο Sac I, για παράδειγμα, έχει την ακολουθία αναγνώρισης GAGCTC, οπότε θα κόψει οπουδήποτε εμφανίζεται αυτή η ακολουθία. Εάν αυτή η ακολουθία εμφανιστεί σε δεκάδες διαφορετικά μέρη στο γονιδίωμα, θα κάνει περικοπή σε δεκάδες διαφορετικά μέρη.
Ειδικότητα
Ορισμένες ακολουθίες αναγνώρισης είναι πιο συγκεκριμένες από άλλες. Το ένζυμο HinfI, για παράδειγμα, θα κάνει μια περικοπή σε οποιαδήποτε ακολουθία που ξεκινά με GA και τελειώνει με TC και έχει ένα άλλο γράμμα στη μέση. Αντίθετα, το Sac I θα κόψει την ακολουθία GAGCTC.
Το DNA είναι διπλόκλωνο. Μερικά περιοριστικά ένζυμα κάνουν μια ευθεία τομή που αφήνει δύο δίκλωνα κομμάτια DNA με αμβλύ άκρα. Άλλα ένζυμα κάνουν "κεκλιμένες" περικοπές που αφήνουν κάθε κομμάτι DNA με ένα κοντό μονόκλωνο άκρο.
Σύνδεση
Εάν πάρετε δύο κομμάτια DNA με ταιριαστά κολλώδη άκρα και τα επωάσετε με ένα άλλο ένζυμο που ονομάζεται λιγάση, μπορείτε να τα συγχωνεύσετε ή να τα συνδέσετε μαζί. Αυτή η τεχνική είναι πολύ σημαντική για τους μοριακούς βιολόγους επειδή συχνά χρειάζεται να πάρουν DNA και να το εισαγάγουν σε βακτήρια για να κάνουν πρωτεΐνες όπως η ινσουλίνη που έχουν ιατρικές χρήσεις. Εάν κόψουν το DNA από ένα δείγμα και ένα κομμάτι βακτηριακού DNA με το ίδιο ένζυμο περιορισμού, και τα δύο βακτήρια Το DNA και το δείγμα DNA θα έχουν πλέον ταιριαστά κολλώδη άκρα και ο βιολόγος μπορεί να χρησιμοποιήσει λιγάση για να τα μαζέψει μαζί.