Endonuklease

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Einführungen

Endonukleasen sind eine Klasse von Enzymen, die spezifische Nukleotidsequenzen erkennen und anheften können und die Phosphodiesterbindung zwischen zwei Desoxyribonukleotiden an spezifischen Stellen in jedem Strang spalten, die als Restriktionsenzyme bezeichnet werden. Je nach Struktur der Restriktionsenzyme, den erforderlichen Spaltstellen von Cofaktoren und der Wirkungsweise können Restriktionsenzyme in drei Typen unterteilt werden, nämlich Typ I, Typ II und Typ III. Typ I Restriktionsendonukleasen katalysieren sowohl die Methylierung von Wirts-DNA als auch die Hydrolyse von nicht-methylierter DNA, während Typ II Restriktionsendonukleasen nur die Hydrolyse von nicht-methylierter DNA katalysieren. Typ III Restriktionsendonukleasen haben sowohl modifizierende als auch kognitive Spaltfunktionen.

Verbreitung

Restriktionsendonukleasen sind weit verbreitet, und mindestens eine Restriktionsendonuklease ist in fast allen Gattungen und Arten von Bakterien zu finden, mit Dutzenden in einer Gattung, zum Beispiel wurden 22 in der Gattung Haemophilus (Haemophilus) gefunden. Einige Stämme haben einen sehr niedrigen Enzymgehalt, was die Isolierung und Charakterisierung erschwert; jedoch ist der Enzymgehalt in einigen Stämmen sehr hoch. Zum Beispiel sind pMB4 (EcoRI-Enzym) und H. aegyptius (Hal Ⅲ-Enzym) von E. coli hochproduzierende Stämme. Es wurde berichtet, dass aus 10 g Zellen von H. aegyptius die Menge an Enzym, die 10 g λ Phagen-DNA verdauen kann, isoliert und gereinigt werden konnte. Bakterien sind eine wichtige Quelle für Restriktionsendonukleasen, insbesondere für die sehr spezifischen Typ I Restriktionsendonukleasen.

Typen

Aufgrund der Struktur der Restriktionsenzyme, der erforderlichen Schnittstelle des Cofaktors und der Wirkungsweise können Restriktionsenzyme in drei Typen klassifiziert werden, nämlich Typ I, Typ II und Typ III.

• Typ I Restriktionsendonukleasen

Typ I Restriktionsenzyme haben sowohl Modifikations- als auch Restriktionsanerkennung; sie haben auch die Fähigkeit, spezifische Basensequenzen auf DNA zu erkennen, und normalerweise kann die Schnittstelle Tausende von Basen vom Erkennungsort entfernt sein.

• Typ II Restriktionsendonukleasen

Erkennen nur die Schnittstelle, die Modifikation erfolgt durch andere Enzyme. Die erkannte Stelle ist meist eine kurze Palindromsequenz; die Basensequenz, die geschnitten wird, ist normalerweise die erkannte Sequenz. Es ist ein äußerst nützliches Restriktionsenzym für die Gentechnik.

• Typ III Restriktionsendonukleasen

Ähnlich wie Typ I Restriktionsenzyme haben sie sowohl modifizierende als auch erkennbare Funktionen. Sie können kurze asymmetrische Sequenzen erkennen, und die Schnittstelle liegt etwa 24-26 Basenpaare vom Erkennungssequenz entfernt.

Anwendungen

• Für den Zusammenbau physischer Karten von DNA-Genomen, Lokalisierung von Genen und Genisolierung, Basensequenzanalyse von DNA-Molekülen, Vergleich verwandter DNA-Moleküle und Gentechnik, Durchführung von gentechnischen Bearbeitungen.
• Restriktionsendonukleasen werden von Bakterien produziert, und ihre physiologische Bedeutung besteht darin, ihre eigenen Abwehrfähigkeiten zu verbessern.
• Restriktionsenzyme schneiden im Allgemeinen nicht ihre eigenen DNA-Moleküle, sondern nur exogene DNA.

Physiologische Bedeutung

• Die Restriktion ist tatsächlich ein Schutzmechanismus, der den enzymatischen Abbau von exogener DNA einschränkt und die genetische Stabilität des Wirts aufrechterhält. Methylierung ist eine häufige modifizierende Wirkung, die durch Methylierung von Adenin A und Cytosin C schützt.
• Die Methylierung dient dem Zweck, eigenes genetisches Material und fremdes genetisches Material zu erkennen. Daher können Bakterien, die ein Restriktionsenzym zur Abwehr von Virusinfektionen produzieren, die Sequenz, die vom Enzym in ihrem eigenen Genom erkannt wird, haben, nur dass die Erkennungssequenz oder die Schnittstelle des Enzyms methyliert ist.
• Die Fähigkeit, methyliertes DNA zu spalten, ist eine intrinsische und unvorhersehbare Eigenschaft von Restriktionsenzymen, daher müssen sowohl die DNA-Methylierung als auch die Empfindlichkeit des Restriktionsenzym zu dieser Art von Methylierung für eine effiziente Spaltung von DNA berücksichtigt werden.