آنزیم‌های محدودکننده

یکی از کشفیات مهمی که در پیشرفت مهندسی ژنتیک نقش مهمی داشت و تولید DNA نوترکیب را ممکن ساخت شناخت آنزیم‌های محدود کننده بود. اولین آنزیم محدودکننده در 1950 کشف گردید.

تصوير 3بعدي آنزيم ecorv  در حال برش dna

این آنزیم‌ها وسیله‌ی دفاعی باکتری‌ها در مقابل باکتریوفاژها می‌باشند و آنها را با مکانیسمی تحت عنوان «محدود کردن کنترل شده‌ی میزبان» (host controlling restriction ) از ابتلا به عفونت‌های باکتریوفاژی مصون می‌دارد. این مکانیسم به ‌این صورت است که باکتری با تولید آنزیم محدود کننده،  DNA فاژ را قبل از آنکه فرصت همانندسازی و تکثیر یابند، تجزیه می‌کند. اما سوالی که در اینجا وجود دارد این است که آیا ماده‌ی ژنتیک باکتری توسط آنزیم محدود کننده‌ای که خود تولید کرده تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد؟ تجزیه‌ی DNA باکتری سبب مرگ سلول و تخریب آن می‌شود از این رو سلول برای مصون ماندن در مقابل حمله‌ی آنزیمی که خود تولید می‌کند مکانیسم متیلاسیون DNA را به کار می‌برد به این ترتیب آنزیم، دیگر قادر به شناسایی توالی‌های DNA و حمله به آن نمی‌باشد.

آنزیم‌های محدود کننده از گروه آنزیم‌های اندونوکلئاز می‌باشند و همانند قیچی DNA را در محل‌های ویژه‌ای با ترتیب بازی خاص قطع می‌کنند و برای آنکه  DNAقابل برش با آنزیم باشد لازم است که دارای این ترتیب ویژه باشد . توالی‌هایی از DNA که به وسیله‌ی آنزیم شناسایی می‌شوند را « جایگاه شناسایی» (recognition sites) می‌گویند که معمولاً 4-8 جفت نوکلئوتید دارد و عمدتاً «پالیندرومی» می‌باشند، یعنی هر دو رشته دارای توالی یکسان ولی عکس یکدیگر اند:

 توالي پاليندرومي و انتهاي چسبنده

این آنزیم‌ها توسط اکثر باکتری‌ها تولید می‌شوند و تاکنون بیش از 1200 نوع از آنها شناسایی شده اند. اندونوکلئازها را از نظر شیوه‌ی عملکردشان در سه گروه قرار می‌دهند که از آن میان نوع II در کلونینگ ژن کابرد و اهمیت دارد چراکه آنزیم‌های نوع II انتهای چسبنده تولید می‌کنند.

بسیاری از اندونکلئاز‌های محدود کننده برش ساده‌ای را در میان جایگاه شناسایی بر روی DNA دو رشته‌ای ایجاد می‌کنند و نتیجه‌ی آن ایجاد دو « انتهای صاف» یا blunt end می‌باشد. این آنزیم‌ها نوع I محدود کننده‌ها هستند. از جمله این آنزیم‌ها می‌توان به AluI که از باکتری Arthrobakter luteus استخراج می‌شود و توالی شناسایی آن «AGCT« است، اشاره کرد.

در «انتهای چسبنده » یا stiky end ،که آنزیم‌های نوع II آن را ایجاد می‌کنند، در انتهای هر قطعه‌ی حاصل از برش، 2 تا 4 نوکلئوتید تک رشته‌ای و بدون مکمل باقی می‌مانند و از آنجا که می‌تواند با قطعه‌ی مکمل خود جفت شود به آن انتهای چسبنده می‌گویند. از جمله آنزیم‌هایی که انتهای چسبنده ایجاد می‌کند می‌توان EcoRI با جایگاه شناسایی«GAATTC»  از باکتری اشرشیاکولی و HindIII با جایگاه شناسایی « AAGCTT » از باکتری Haemophilus influenzae را نام برد.

اگر دو مولکول DNA مختلف با آنزیم محدود کننده‌ی یکسانی برش داده شوند قطعاتی با انتهای چسبنده و مکمل ایجاد می‌‌شود و به این ترتیب می‌توان انتهای یک DNA را با انتهای  DNA دیگر جفت و متصل کرد و DNA نوترکیب ایجاد کرد. البته کاربرد انتهای چسبنده به تنهایی برای تولید DNA نوترکیب کفایت نمی‌کند چرا که پیوند بین ناحیه‌های تک رشته‌ای از نوع پیوند هیدروژنی  بین بازهای نیتروژنی DNA است و به اندازه‌ی کافی قوی نیست تا دو مولکول DNA را به همدیگر متصل نگاه دارد. برای رفع این مشکل باید پیوند کوالان فسفودی‌استر بین قطعات برقرار کرد که این عمل با به کاربردن آنزیم دیگری به نام «لیگاز» مقدور می‌گردد.

نحوه‌ی نامگذازی آنزیم‌های محدود کننده: حرف اول، که بزرگ نمایش داده می‌شود، از نام سرده‌ی باکتری گرفته می‌شود و 3 حرف بعدی از حروف اول گونه‌ی باکتری‌ای که آنزیم متعلق به آن است و عدد یونانی که در پایان ذکر می‌شود شماره‌ی آنزیم با توجه به اولویت کشف آنها است. به عنوان مثال  EcoRI اولین آنزیم کشف شده از اشرشیاکولی و EcoRV پنجمین آن می‌باشد.

+ نوشته شده در  دوشنبه چهارم خرداد 1388ساعت 18:17  توسط ناصر مستقيمي  |