Gli scienziati devono manipolare il DNA per identificare i geni, studiare e capire come funzionano le cellule e producono proteine che hanno importanza medica o commerciale. Tra gli strumenti più importanti per manipolare il DNA ci sono gli enzimi di restrizione, enzimi che tagliano il DNA in punti specifici. Incubando il DNA insieme agli enzimi di restrizione, gli scienziati possono tagliarlo in pezzi che possono essere successivamente "uniti" insieme ad altri segmenti di DNA.
Origini
Gli enzimi di restrizione si trovano nei batteri, che li usano come arma contro i batteriofagi, virus che infettano i batteri. Quando il DNA virale si fa strada nella cellula, gli enzimi di restrizione lo fanno a pezzi. Questi batteri in genere hanno anche altri enzimi che apportano modifiche chimiche a siti specifici sul loro DNA; queste modifiche proteggono il DNA batterico dall'essere sminuzzato dall'enzima di restrizione.
Gli enzimi di restrizione prendono generalmente il nome dal batterio da cui sono stati isolati. HindII e HindIII, per esempio, provengono da una specie chiamata Haemophilus influenzae.
Sequenze di riconoscimento
Ogni enzima di restrizione ha una forma altamente specifica, quindi può aderire solo a determinate sequenze di lettere nel codice del DNA. Se è presente la sua "sequenza di riconoscimento", sarà in grado di attaccarsi al DNA e fare un taglio in quel punto. L'enzima di restrizione Sac I, per esempio, ha la sequenza di riconoscimento GAGCTC, quindi effettuerà un taglio ovunque appaia questa sequenza. Se quella sequenza appare in dozzine di posti diversi nel genoma, farà un taglio in dozzine di posti diversi.
Specificità
Alcune sequenze di riconoscimento sono più specifiche di altre. L'enzima HinfI, per esempio, effettuerà un taglio in qualsiasi sequenza che inizia con GA e finisce con TC e ha un'altra lettera nel mezzo. Sac I, al contrario, taglierà solo la sequenza GAGCTC.
Il DNA è a doppia elica. Alcuni enzimi di restrizione effettuano un taglio dritto che lascia due pezzi di DNA a doppio filamento con estremità smussate. Altri enzimi effettuano tagli "inclinati" che lasciano ogni pezzo di DNA con una breve estremità a singolo filamento.
giuntura
Se prendi due pezzi di DNA con estremità appiccicose corrispondenti e li incuba con un altro enzima chiamato ligasi, puoi fonderli o unirli insieme. Questa tecnica è molto importante per i biologi molecolari perché spesso hanno bisogno di prendere il DNA e inserirlo nei batteri per produrre proteine come l'insulina che hanno usi medici. Se tagliano il DNA da un campione e da un pezzo di DNA batterico con lo stesso enzima di restrizione, entrambi i batteri Il DNA e il DNA campione avranno ora estremità adesive corrispondenti e il biologo può usare la ligasi per unirli insieme.