Od odkritja restrikcijskih encimov je področje molekularne biologije hitro napredovalo zaradi edinstvene sposobnosti teh proteinov, da na poseben način cepijo DNA. Ti preprosti encimi so močno vplivali na raziskave po vsem svetu; nenavadno je, da imamo za to znanstveno darilo bakterije.
Omejitvene lastnosti in vrste encimov
Restrikcijski encimi, imenovani tudi restrikcijski endonukleazi, se vežejo na DNA in cepijo dvojno verigo in tvorijo manjše koščke DNA. Obstajajo tri vrste restrikcijskih encimov; Restrikcijski encimi tipa I prepoznajo zaporedje DNA in verigo naključno prerežejo več kot tisoč baznih parov stran od mesta. Restrikcijski encimi tipa II, najbolj uporabni za molekularne biološke laboratorije, prepoznajo in razrežejo verigo DNA predvidljivo v določenem zaporedju, ki je običajno dolgo manj kot deset baznih parov. Restrikcijski encimi tipa III so podobni tipu I, vendar ti odrežejo DNA približno trideset baznih parov iz prepoznavnega zaporedja.
Viri
Bakterijske vrste so glavni vir komercialnih restrikcijskih encimov. Ti encimi služijo za obrambo bakterijskih celic pred invazijo tuje DNA, kot so zaporedja nukleinskih kislin, ki jih virusi uporabljajo za replikacijo znotraj gostiteljske celice. V bistvu bo encim sekal DNA na veliko manjše koščke, ki predstavljajo majhno nevarnost za celico. Encimi so poimenovani za vrsto in sev bakterij, ki jih proizvajajo. Na primer, prvi restrikcijski encim, ekstrahiran iz seva Escherichia coli RY13, se imenuje EcoRI, peti encim, ekstrahiran iz iste vrste, pa EcoRV.
Udobje v laboratoriju
Uporaba restrikcijskih encimov tipa II je skoraj univerzalna v laboratorijih po vsem svetu. Molekule DNA so izredno dolge in jih je težko pravilno upravljati, še posebej, če raziskovalca zanima le en ali dva gena. Restrikcijski encimi omogočajo znanstveniku, da zanesljivo razreže DNA na veliko manjše dele. Ta sposobnost manipulacije z DNK je omogočila napredek pri kartiranju restrikcij in molekularnem kloniranju.
Kartiranje omejitev
V laboratoriju je natančno vedeti, kje so določena mesta omejevanja na verigi DNA, zelo koristno in priročno. Če je zaporedje DNA znano, lahko preslikavo restrikcij opravimo z računalnikom, ki lahko hitro preslika vsa možna zaporedja prepoznavanja restrikcijskih encimov. Če zaporedje DNK ni znano, lahko raziskovalec še vedno ustvari splošni zemljevid tako, da sam uporabi različne encime in skupaj z drugimi encimi za cepitev molekule. Z uporabo deduktivnega sklepanja je mogoče ustvariti splošni zemljevid omejitev. Pri kloniranju genov je ključnega pomena razpoložljiv zemljevid omejitev.
Molekularno kloniranje
Molekularno kloniranje je laboratorijska tehnika, pri kateri gen iz restrikcijskih encimov izrežemo iz ciljne molekule DNA, ki jo običajno ekstrahiramo iz organizma. Nato se gen vstavi v molekulo, imenovano vektor, ki so običajno majhni koščki krožna DNA, imenovana plazmidi, ki je bila spremenjena tako, da nosi več tarč restrikcijskega encima zaporedja. Vektor se odcepi z restrikcijskimi encimi, nato pa se gen vstavi v krožno DNA. Encim, imenovan DNA ligaza, lahko nato preoblikuje krog in vključi ciljni gen. Ko je gen tako "kloniran", lahko vektor vstavimo v bakterijsko celico, da gen lahko proizvaja beljakovine.