A restrikciós enzimek felfedezése óta a molekuláris biológia területe gyorsan fejlődött, mivel ezek a fehérjék egyedülállóan képesek hasítani a DNS-t meghatározott módon. Ezek az egyszerű enzimek mély hatással voltak a kutatásra az egész világon; furcsa módon baktériumokat köszönhetünk ezért a tudományos ajándékért.
Korlátozó enzim tulajdonságai és típusai
A restrikciós enzimek, más néven restrikciós endonukleázok, kötődnek a DNS-hez, és hasítják a kettős szálat, kisebb DNS-darabokat alkotva. Három típusú restrikciós enzim létezik; Az I. típusú restrikciós enzimek felismernek egy DNS-szekvenciát, és véletlenszerűen több mint ezer bázispárt vágnak el a száltól a helytől. A II. Típusú restrikciós enzimek, amelyek a molekuláris biológiai laboratóriumok számára a leghasznosabbak, kiszámíthatóan felismerik és elvágják a DNS-szálat egy meghatározott szekvenciánál, amely általában tíz bázispárnál rövidebb. A III. Típusú restrikciós enzimek hasonlóak az I. típushoz, de ezek mintegy harminc bázispárt vágnak le a DNS-ről a felismerési szekvenciából.
Források
A baktériumfajok jelentik a kereskedelmi restrikciós enzimek fő forrását. Ezek az enzimek arra szolgálnak, hogy megvédjék a baktériumsejteket az idegen DNS inváziójától, például olyan nukleinsav-szekvenciáktól, amelyeket a vírusok használnak a gazdasejt belsejében történő szaporodáshoz. Alapvetően az enzim sokkal kisebb darabokra aprítja a DNS-t, amelyek kevés veszélyt jelentenek a sejtre. Az enzimeket az azt termelő baktériumok faja és törzse alapján nevezik el. Például az Escherichia coli RY13 törzsből kivont első restrikciós enzimet EcoRI-nek, az azonos fajból kivont ötödik enzimet EcoRV-nek nevezzük.
Laboratóriumi kényelem
A II. Típusú restrikciós enzimek használata szinte univerzális a laboratóriumokban az egész világon. A DNS-molekulák rendkívül hosszúak és nehezen kezelhetők, különösen, ha a kutatót csak egy vagy két gén érdekli. A restrikciós enzimek lehetővé teszik a tudós számára, hogy megbízhatóan sokkal kisebb részekre vágja a DNS-t. Ez a DNS-manipulációs képesség lehetővé tette a restrikciós térképezés és a molekuláris klónozás előrehaladását.
Korlátozás feltérképezése
Laboratóriumi körülmények között rendkívül hasznos és kényelmes tudni, hogy bizonyos restrikciós helyek pontosan hol vannak a DNS-szálon. Ha a DNS-szekvencia ismert, a restrikciós leképezést számítógéppel lehet elvégezni, amely gyorsan feltérképezi az összes lehetséges restrikciós enzim-felismerési szekvenciát. Ha a DNS-szekvencia nem ismert, a kutató továbbra is létrehozhat egy általános térképet úgy, hogy különböző enzimeket használnak önmagukban és más enzimekkel együtt a molekula hasításához. Deduktív érvelés segítségével elkészíthető az általános korlátozási térkép. A gének klónozásakor kritikus fontosságú a rendelkezésre álló restrikciós térkép.
Molekuláris klónozás
A molekuláris klónozás olyan laboratóriumi technika, amelynek során egy gént egy cél-DNS-molekulából vágnak le, amelyet általában egy szervezetből vonnak ki restrikciós enzimekkel. Ezután a gént beillesztik egy vektor nevű molekulába, amely általában apró darab cirkuláris plazmidnak nevezett DNS, amelyet több restrikciós enzim cél hordozására módosítottak szekvenciák. A vektort restrikciós enzimek hasítják fel, majd a gént a kör alakú DNS-be inszertálják. A DNS-ligáz nevű enzim ezután megreformálhatja a kört, hogy tartalmazza a célgént. Miután a gént ilyen módon „klónozták”, a vektor beilleszthető egy bakteriális sejtbe, hogy a gén fehérjét termelhessen.