Znanstvenici trebaju manipulirati DNA kako bi identificirali gene, proučavali i razumjeli kako stanice rade i proizvode proteine koji imaju medicinsku ili komercijalnu važnost. Među najvažnijim alatima za manipulaciju DNK su restrikcijski enzimi - enzimi koji režu DNA na određenim mjestima. Inkubiranjem DNA zajedno s restrikcijskim enzimima, znanstvenici je mogu izrezati na komade koji se kasnije mogu "spojiti" zajedno s drugim segmentima DNA.
Porijeklo
Restrikcijski enzimi nalaze se u bakterijama, koje ih koriste kao oružje protiv bakteriofaga, virusa koji zaraze bakterije. Kad se virusna DNA probije u stanicu, restrikcijski enzimi usitne je na komade. Te bakterije obično imaju i druge enzime koji kemijski modificiraju određena mjesta na svojoj DNK; ove modifikacije štite bakterijsku DNA od usitnjavanja restrikcijskim enzimom.
Restrikcijski enzimi uglavnom su nazvani prema bakteriji iz koje su izolirani. HindII i HindIII, na primjer, potječu od vrste koja se naziva Haemophilus influenzae.
Slijed prepoznavanja
Svaki restrikcijski enzim ima vrlo specifičan oblik, tako da se može držati samo određenih slijedova slova u DNK kodu. Ako je prisutan njegov "slijed prepoznavanja", moći će se zalijepiti za DNK i na tom mjestu napraviti rez. Restrikcijski enzim Sac I, na primjer, ima prepoznatljivu sekvencu GAGCTC, tako da će napraviti rez na bilo kojem mjestu u kojoj se taj slijed pojavi. Ako se taj slijed pojavi na desecima različitih mjesta u genomu, učinit će rez na desecima različitih mjesta.
Specifičnost
Neke su sekvence prepoznavanja specifičnije od drugih. Enzim HinfI, na primjer, napravit će rez u bilo kojem slijedu koji započinje s GA, završava s TC i ima još jedno slovo u sredini. Suprotno tome, Sac I rezat će samo slijed GAGCTC.
DNA je dvolančana. Neki restrikcijski enzimi čine ravni rez koji ostavlja dva dvolančana dijela DNA s tupim krajevima. Ostali enzimi čine "kose" rezove koji ostavljaju svaki komad DNA s kratkim jednolančanim krajem.
Spajanje
Ako uzmete dva komada DNA s podudarnim ljepljivim krajevima i inkubirate ih s drugim enzimom zvanim ligaza, možete ih spojiti ili spojiti. Ova je tehnika vrlo važna za molekularne biologe jer često trebaju uzeti DNK i umetnuti je u bakterije kako bi stvorili proteine poput inzulina koji imaju medicinsku uporabu. Ako odsjeku DNA iz uzorka i dijela bakterijske DNA s istim restrikcijskim enzimom, obje bakterije DNA i DNK uzorka sada će imati odgovarajuće ljepljive krajeve, a biolog može koristiti ligazu da ih spoji.