제한 효소 기능, 작용 메커니즘, 유형 및 예

그 제한 효소 그들은 특정 고세균 및 박테리아가 바이러스의 확산을 억제하거나 "제한"하기 위해 사용하는 엔도 뉴 클레아 제입니다. 그들은 박테리아에서 특히 일반적이며 제한 / 수정 시스템으로 알려진 외래 DNA에 대한 방어 시스템의 일부입니다.

이러한 효소는 특정 부위의 이중 가닥 DNA 절단을 재연 가능하게하고 추가 에너지를 사용하지 않고 촉매 역할을합니다. 대부분은 마그네슘 또는 다른 2가 양이온과 같은 보조 인자의 존재를 필요로하지만 일부는 ATP 또는 S- 아데노 실 메티오닌을 필요로한다.

제한 endonucleases는 1978 년 Daniel Nathans, Arber Werner 및 Hamilton Smith에 의해 발견되었으며, 그들은 발견을 위해 노벨 의학상을 수상했습니다. 그 이름은 대개 그들이 처음 관찰 된 유기체에서 파생됩니다.

이러한 효소는 DNA 복제 방법 및 기타 분자 생물학 및 유전 공학 전략 개발에 널리 사용됩니다. 특정 서열에 대한 인식과 인식 부위에 가까운 서열 절단 능력은 유전 실험에서 강력한 도구가된다.

특정 DNA 분자에 작용 한 제한 효소에 의해 생성 된 단편은 효소가 DNA를 절단하는 부위에 대한 정보를 사용하여 원래 분자의 "맵"을 재현하는 데 사용할 수 있습니다.

일부 제한 효소는 DNA에서 동일한 인식 부위를 가질 수 있지만 반드시 동일한 방식으로 절단하지는 않습니다. 따라서, 분자 생물학에서 다른 응용을 갖는 뭉툭한 말단을 제거하는 효소 및 응집성을 제거하는 효소가 존재한다.

현재 상업적으로 이용 가능한 수백 가지의 다른 제한 효소가 존재하며, 각기 다른 상업 시설에 의해 제공되고있다. 이 효소는 다른 목적을 위해 "맞춤"분자 가위처럼 작동합니다..

색인

1 함수
2 행동의 메커니즘
3 가지 유형
- 3.1 I 형 제한 효소
- 3.2 Type II 제한 효소
- 3.3 Type III 제한 효소
- 3.4 Type IV 제한 효소
- 3.5 형 V 제한 효소
4 예
5 참고

기능들

이러한 가수 분해 또는 염기 체인의 인접 뉴클레오티드 사이의 포스 포디 에스테르 결합에 에스테르 결합을 파괴 이후, 제한 효소는 중합 효소의 반대 기능을 수행.

분자 생물학 및 유전 공학에서 이들은 발현 및 클로닝 벡터의 구축뿐만 아니라 특정 서열 식별을위한 도구로 널리 사용됩니다. 그들은 또한 재조합 게놈의 건설에 유용하며 훌륭한 생물 공학 잠재력을 가지고있다..

최근 유전자 치료법의 진보는 특정 유전자를 살아있는 세포로 운반하는 매개체 인 벡터에 도입하기 위해 제한 효소를 현재 사용하고 있으며, 아마도 세포 게놈에 삽입하여 수행 할 수있는 능력을 가지고있다 영구적 인 변화.

행동 메커니즘

제한 효소는 이중 가닥 DNA의 절단을 촉매 할 수 있지만, 일부는 단일 가닥 DNA 서열 및 심지어 RNA를 인식 할 수있다. 시퀀스가 인식 된 후 절단됩니다..

작용 메카니즘은 DNA의 각 가닥의 주쇄에서 인산기와 데 옥시 리보오스 사이의 포스 포디 에스테르 결합의 가수 분해에있다. 대부분의 효소는 그들이 인식하는 동일한 장소에서 절단 할 수 있고, 다른 효소는 그 전후에 5 ~ 9 쌍의 염기를 절단합니다..

일반적으로이 효소는 인산기의 5 '말단을 절단하여 5'포스 포릴 말단과 말단 3 '히드 록실 말단을 갖는 DNA 단편을 생성시킨다.

단백질이 DNA의 인식 부위와 직접 접촉하지 않기 때문에 DNA 가닥에 "미끄러지는"메커니즘을 통해 특정 부위에 도달 할 때까지 계속 전좌해야합니다..

효소 절단 동안, DNA 가닥 각각의 포스 포디 에스테르 결합은 제한 효소의 활성 부위 중 하나 내에 위치한다. 효소가 인식 및 절단 부위를 떠날 때, 비특이적 인 일시적인 결합.

유형

현재 5 종류의 제한 효소가 알려져있다. 아래에는 각각에 대한 간략한 설명이 나와 있습니다.

I 형 제한 효소

이 효소들은 3 개의 서브 유닛, 제한, 메틸화 및 DNA 서열의 인식을위한 큰 5 량체 단백질이다. 이러한 엔도 뉴 클레아 제는 제한 효소 및 변형 반응을 촉매 할 수있는 다기능 단백질이며 ATPase 활성을 가지며 DNA 토포 이소 머라 아제.

이 유형의 효소는 발견 된 최초의 엔도 뉴 클레아 제이며, 1960 년대에 처음으로 정제되었으며, 그 이후 그들은 매우 깊이 연구되어 왔습니다.

Type I 효소는 절단 사이트가 인식 사이트에서 최대 1,000 쌍의 가변 거리에있을 수 있기 때문에 생명 공학 도구로 널리 사용되지 않아 실험 재현성 측면에서 신뢰할 수 없습니다.

타입 II 제한 효소

그들은 길이 4 ~ 8 bp 사이의 한정된 부위에서 DNA를 절단하는 동종이 량체 또는 사량 체로 구성된 효소입니다. 이 절단 부위는 전형적으로 회문색인데, 즉 양방향으로 동일한 방식으로 읽혀지는 염기 서열을 인식합니다.

박테리아에있는 II 형 제한 효소의 대부분은 DNA가 가지고 있어야하는 전형적인 변형을 가지고 있지 않기 때문에 외래성을 인식 할 때 DNA를 절단합니다..

이들은 DNA 서열을 인식하고 절단하기 위해 마그네슘 (Mg +) 이외의 보조 인자를 필요로하지 않기 때문에 가장 간단한 제한 효소입니다.

정확한 위치에서 DNA의 간단한 염기 서열을 인식하고 절단하는 II 형 제한 효소의 정확성은 분자 생물학의 대부분의 지점에서 가장 많이 사용되는 필수 불가결 한 요소 중 하나입니다.

유형 II의 그룹 내에서 제한 효소는 각각에 고유 한 특정 성질에 따라 분류 된 다중 하위 클래스이다. 이 효소의 분류는 효소의 이름 다음에 알파벳 A의 문자를 Z부터 Z까지 추가하여 이루어집니다.

그 유용성으로 가장 잘 알려진 서브 클래스는 다음과 같습니다.

하위 클래스 IIA

그들은 다른 하위 단위의 이량 체입니다. 그들은 비대칭 서열을 인식하고 절단 효소의 생성을위한 이상적인 전구 물질로 사용됩니다.

하위 클래스 IIB

그것들은 하나의 더 많은 이량 체로 구성되어 있으며 인식 서열의 양쪽에서 DNA를 절단합니다. 그들은 인식 사이트 너머에서 염기 쌍의 범위에서 DNA의 두 가닥을 절단합니다.

IIC 서브 클래스

이 유형의 효소는 DNA 가닥을 분열 및 변형시키는 기능을 갖는 폴리 펩타이드이다. 이 효소들은 두 가닥 모두 비대칭 적으로 절단합니다..

하위 클래스 IIE

이 하위 클래스의 효소는 유전 공학에서 가장 많이 사용됩니다. 그들은 촉매 사이트를 가지고 일반적으로 알로 스테 릭 효과기가 필요합니다. 이러한 효소는 효율적인 절단을하기 위해 인식 서열의 2 개의 사본과 상호 작용할 필요가있다. 이 서브 클래스 내에서 효소 EcoRII 및 EcoRI.

타입 III 제한 효소

타입 III 제한 엔도 뉴 클레아 제는 단지 두 개의 서브 유니트로 구성되며, 하나는 DNA 인식 및 변형에 책임이 있고, 다른 하나는 서열 절단에 대한 책임이있다.

이러한 효소는 ATP와 마그네슘의 기능을 위해 두 가지 보조 인자가 필요합니다. 이 유형의 제한 효소는 2 개의 비대칭 인식 부위를 가지고 있으며, DNA를 ATP- 의존적 방식으로 전이시키고, 인식 부위에 인접하여 20 내지 30 bp 사이로 절단한다..

타입 IV 제한 효소

Type IV 효소는 methylation tag로 DNA를 절단하기 때문에 쉽게 구별 할 수 있습니다. DNA sequence를 인식하고 절단하는 여러 가지 subunit으로 구성됩니다. 이들 효소는 보조 인자 GTP와 2가 마그네슘.

절단을위한 특정 부위는 핵산의 한 가닥 또는 두 가닥 모두에서 메틸화 또는 히드 록시 메틸화 된 시토신의 잔기를 가진 핵산 사슬을 포함한다.

타입 V 제한 효소

이 분류는 CRISPER-Cas 유형의 효소를 그룹화합니다.이 효소는 침입하는 생물체의 특정 DNA 서열을 식별하고 절단합니다. Cas 효소는 침입 한 생물체를 인식하고 공격하기 위해 CRISPER 합성 가이 딩 RNA의 가닥을 사용합니다.

타입 V로 분류되는 효소는 타입 I, II 및 II 효소에 의해 구조화 된 폴리펩티드이다. 그들은 거의 모든 유기체의 DNA 부분을 절단 할 수 있으며 길이가 아주 길 수 있습니다. 이 효소는 유연성과 사용 편의성으로 인해 오늘날 유전 공학에서 가장 일반적으로 사용되는 도구 중 하나입니다. 유형 II 효소.

예제들

제한 효소는 DNA 다형성의 검출, 특히 인구 유전학 및 미토콘드리아 DNA를 이용한 진화 연구에서 뉴클레오타이드 치환 속도에 관한 정보를 얻기 위해 사용되어왔다..

현재, 목적이 다른 박테리아의 형질 전환을 위해 사용 된 벡터는 다중 제한 효소에 대한 인식 사이트가있는 다중 클로나 사이트를 갖는다..

이들 효소 중 가장 많이 사용되는 효소는 EcoRI, II, III, IV 및 V이며, 처음으로 얻어지고 기술되었다 대장균; HindIII, from 인플루엔자 균 및 BamHI 's B. amyloliquefaciens.

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