Magdalena Wiślańska

XXXV LO z Oddziałami dwujęzycznymi im. Bolesława Prusa w Warszawie
Koło Naukowe Biologii Molekularnej UW

Enzymy są specjalną grupą białek zmieniających szybkość reakcji w komórkach, jednocześnie same nie ulegając zmianom. Charakteryzują się wysoką specyficznością i możliwością regulacji ich aktywności. Kilkadziesiąt lat temu naukowcy zaobserwowali u bakterii system obrony przed obcym DNA polegający na rozcinaniu go przy użyciu grupy enzymów, które nazwali restrykcyjnymi. Kiedy patogenne DNA wniknie do ich komórki, rozcinają je na fragmenty, obie nici jednocześnie. Gospodarz chroni swoje DNA przed degeneracją przy pomocy procesu nazwanego metylacją. Działanie restryktaz opiera się na katalizie hydrolizy wiązań, czyli rozbijaniu ich w obrębie łańcucha. Rozpoznawane sekwencje są bardzo specyficzne i zazwyczaj składają się z 4-8 par zasad azotowych. Zawsze przecinane są obie nici, co oznacza degradację DNA na dwuniciowe fragmenty, jak na rysunku.

W zależności od użytego enzymu i miejsca rozcięcia wyróżnia się lepkie lub tępe końce. Te pierwsze dzielą się na lepkie od strony 5’ (wystający fragment ma grupę fosforanową) lub od strony 3’ (zakończony odcinek posiada na wystającym fragmencie grupę OH^-). Oba typy mają zdolność do ligacji, oznacza to, że z łatwością używając enzymu ligazy przyłączają do siebie nukleotydy. Różnią się tym, że końce 3’ hamują naprawczą syntezę DNA. Tępe końce aby ulec ligacji wymagają enzymów i substratów w wyższych stężeniach.

Ryc. Działanie endonukleazy restrykcyjnej EcoRI na genom wirusa SV40 

Nazwy restryktaz są tworzone według specyficznego schematu: od łacińskiej nazwy bakterii pochodzą pierwsze trzy litery pisane kursywą, następna litera i cyfra pochodzi od laboratorium, w którym po raz pierwszy zostały wyizolowane. Znane jest ponad tysiąc enzymów restrykcyjnych, więc aby uprościć ich katalogowanie wyodrębniono trzy klasy (I, II, III). Stworzone zostały całe katalogi restryktaz zacznie usprawniające pracę naukowców.

Endonukleazy mają szerokie zastosowanie w inżynierii genetycznej. Są wykorzystywane m.in. w genomice, gdzie ułatwiają sekwencjonowanie długich odcinków materiału genetycznego w sposób powtarzalny. Podzielone fragmenty DNA tworzą biblioteki DNA. Dzięki nim późniejsze szukanie konkretnych sekwencji na zasadzie porównywania fragmentów po przeprowadzeniu elektroforezy jest znacznie prostsze.

Popularną restryktazą jest EcoRI, zostawiająca lepki koniec 5’. Rozpoznaje ona jedynie palindromową, czyli czytaną tak samo od początku jak i od końca, sekwencję z sześciu par zasad azotowych przedstawionych na rysunku. Przykładami restryktaz 5’ są również AvaII oraz MacII. Lepkie końce 3’ tworzą KpnI, PssI, PvuI, PstL. Tępe końce uzyskane zostaną dzięki SwaI, SmaI, EcoRV, AluI.

Bakterie wytworzyły genialny sposób na wykrywanie konkretnych sekwencji nukleotydów, które dzisiaj jest powszechnie stosowane przez biologów molekularnych i biotechnologów. Restryktazy otwierają drzwi do modyfikacji genetycznej organizmów i rozwoju biotechnologii, chociaż nadal poszukiwane są te idealne.