Dalla scoperta degli enzimi di restrizione, il campo della biologia molecolare è progredito rapidamente grazie alla capacità unica di queste proteine di scindere il DNA in un modo specifico. Questi semplici enzimi hanno avuto un profondo effetto sulla ricerca in tutto il mondo; stranamente, dobbiamo ringraziare dei batteri per questo dono scientifico.
Proprietà e tipi degli enzimi di restrizione
Gli enzimi di restrizione, chiamati anche endonucleasi di restrizione, si legano al DNA e scindono il doppio filamento, formando pezzi più piccoli di DNA. Esistono tre tipi di enzimi di restrizione; Gli enzimi di restrizione di tipo I riconoscono una sequenza di DNA e tagliano il filamento in modo casuale a più di mille paia di basi lontano dal sito. Gli enzimi di restrizione di tipo II, i più utili per i laboratori di biologia molecolare, riconoscono e tagliano il filamento di DNA in modo prevedibile in corrispondenza di una sequenza specifica che di solito è lunga meno di dieci paia di basi. Gli enzimi di restrizione di tipo III sono simili a quelli di tipo I, ma tagliano il DNA di una trentina di coppie di basi dalla sequenza di riconoscimento.
fonti
Le specie batteriche sono la principale fonte di enzimi di restrizione commerciali. Questi enzimi servono a difendere le cellule batteriche dall'invasione di DNA estraneo, come le sequenze di acido nucleico utilizzate dai virus per replicarsi all'interno di una cellula ospite. Fondamentalmente, l'enzima taglierà il DNA in pezzi molto più piccoli che rappresentano un piccolo pericolo per la cellula. Gli enzimi prendono il nome dalla specie e dal ceppo di batteri che lo producono. Ad esempio, il primo enzima di restrizione estratto dal ceppo di Escherichia coli RY13 si chiama EcoRI e il quinto enzima estratto dalla stessa specie si chiama EcoRV.
Convenienza di laboratorio
L'uso degli enzimi di restrizione di tipo II è quasi universale nei laboratori di tutto il mondo. Le molecole di DNA sono estremamente lunghe e difficili da gestire correttamente, soprattutto se un ricercatore è interessato solo a uno o due geni. Gli enzimi di restrizione consentono allo scienziato di tagliare in modo affidabile il DNA in porzioni molto più piccole. Questa capacità di manipolare il DNA ha consentito l'avanzamento della mappatura delle restrizioni e della clonazione molecolare.
Mappatura delle restrizioni
In un ambiente di laboratorio, sapere esattamente dove si trovano determinati siti di restrizione su un filamento di DNA è estremamente utile e conveniente. Se la sequenza del DNA è nota, la mappatura di restrizione può essere eseguita dal computer, che può mappare rapidamente tutte le possibili sequenze di riconoscimento degli enzimi di restrizione. Se la sequenza del DNA non è nota, un ricercatore può comunque creare una mappa generale utilizzando enzimi diversi da soli e in combinazione con altri enzimi per scindere la molecola. Utilizzando il ragionamento deduttivo, è possibile creare la mappa delle restrizioni generali. Avere a disposizione una mappa di restrizione è fondamentale quando si clonano i geni.
Clonazione molecolare
La clonazione molecolare è una tecnica di laboratorio in cui un gene viene tagliato da una molecola di DNA bersaglio, solitamente estratta da un organismo, mediante enzimi di restrizione. Successivamente, il gene viene inserito in una molecola chiamata vettore, che di solito sono piccoli pezzi di DNA circolare chiamato plasmidi che sono stati modificati per trasportare diversi bersagli di enzimi di restrizione sequenze. Il vettore viene aperto dagli enzimi di restrizione e quindi il gene viene inserito nel DNA circolare. Un enzima chiamato DNA ligasi può quindi riformare il cerchio per includere il gene bersaglio. Una volta che il gene è stato "clonato" in questo modo, il vettore può essere inserito in una cellula batterica in modo che il gene possa produrre proteine.
