Biologia
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Biologia > Genetyka > Podstawy genetyki 
  Indeks
Genetyka
Historia odkryć . . .
Podstawy genetyki
Podstawy budowy . . .
Przepływ informacji . .
Metody poznawania
genów
Wstęp
Transformacja . . .
Koniugacja
Transdukcja
Klonowanie i . . .
Enzymy . . .
Genetyka molekularna
Geny i ewolucja
Świat wirusów i . . .
Inżynieria genetyczna
Słowniczek
  Źródło
Wybrane fragmenty pochodzą z książki
Język genów autorstwa Paul'a Berg'a i Maxine Singer


  Enzymy restrykcyjne
 
Molekularne nożyce
 
C
zęsto nie docenia się wielkiego odkrycia dokonanego w wyjątkowym dla rozwoju biochemii i genetyki okresie (w latach pięćdziesiątych), jakim była identyfikacja wielu enzymów działających na kwasy nukleinowe. Ich wyodrębnienie i poznanie ich właściwości znacznie uprościło analizę sekwencji i funkcji kwasów nukleinowych. Co więcej, dzięki dysponowaniu nimi możliwe było opracowanie technik rekombinacji DNA. Jednym z tych enzymów jest polimeraza DNA, inne to: polimeraza RNA, odwrotna transkryptaza oraz ligaza DNA. Jest ich jednak znacznie więcej, łącznie z dużym zbiorem nukleaz – enzymów, które katalizują przecięcie wiązań chemicznych łączących nici DNA lub RNA. Niektóre nukleazy działają tylko na DNA, inne na RNA, jeszcze inne na oba typy kwasów nukleinowych. Niektóre nukleazy przecinają łańcuch kwasu nukleinowego w środku. Inne odcinają po jednym nukleotydzie, zaczynając od jednego z końców nici. Niektóre przecinają tylko łańcuchy dwuniciowe, inne – tylko pojedyncze nici. Istnieją nawet takie enzymy, które przecinają nić RNA tylko wtedy, gdy tworzy ona podwójną helisę z DNA, nić DNA pozostawiając nie naruszoną.
       Niektóre z tych enzymów, jak polimerazy i ligazy, są wszechobecne. Geny kodujące te białka i, oczywiście, same białka występują w komórkach wszystkich organizmów. Inne enzymy są zakodowane i syntetyzowane tylko w niektórych typach organizmów lub tylko w komórkach zainfekowanych przez fagi. Wszystkie enzymy używane do celów doświadczalnych najpierw izoluje się z komórek i oczyszcza. Badanie chemii kwasów nukleinowych, a także manipulowanie czystym DNA poza komórką stało się możliwe dopiero z chwilą poznania tych właśnie enzymów, które tną, modyfikują i łączą cząsteczki DNA w określony sposób. Żadne czysto chemiczne (nieenzymatyczne) metody nie zapewniają takiej wybiórczości, tak szerokiego zakresu zastosowań i takiej precyzji, jak enzymatyczne metody przebudowy DNA. Interesujące, że większość tych enzymów odkryto niejako przypadkowo, podczas badań zupełnie nie związanych z ich późniejszym zastosowaniem w eksperymentach ze zrekombinowanym DNA. Każdy z tych enzymów odgrywa ważną rolę w procesach genetycznych organizmu, z którego pochodzi.
       Wśród najbardziej niezwykłych enzymów używanych w czasie manipulowania kwasami nukleinowymi są tak zwane nukleazy restrykcyjne1, których poznanie jest jednym z najważniejszych odkryć genetyki bakterii. Każdy enzym restrykcyjny rozpoznaje i wiąże się z określoną krótką sekwencją par zasad w cząsteczce DNA i przecina obie nici podwójnej helisy w miejscu wiązania lub niedaleko od niego.
       Najważniejszych obserwacji, które doprowadziły do odkrycia enzymów restrykcyjnych, dokonano około 30 lat temu. Stwierdzono wówczas, że fagi, dobrze rosnące na pewnym szczepie bakteryjnym, rosną dużo gorzej, gdy zainfekują inny szczep tego samego gatunku. Co więcej, te nieliczne fagi, które powstały podczas infekcji drugiego szczepu bakterii, mogą namnażać się w nim bardzo dobrze, ale w szczepie wyjściowym namnażają się słabiej. Zjawisko to, zwane restrykcją (ograniczeniem) było najwyraźniej efektem jakiegoś oddziaływania komórek gospodarza na fagi. Wywnioskowano, że jeden ze składników faga, konieczny do replikacji, musi być modyfikowany przez komórki gospodarza w sposób swoisty dla danego szczepu. Przypuszczano, że to właśnie ta modyfikacja pozwala fagom zakażać ponownie ten sam szczep gospodarza, ale ogranicza2 wzrost w szczepach, w których system modyfikacji jest odmienny.
       Okazało się, że modyfikowanym składnikiem fagów jest DNA. Dzięki analizie genetycznej i biochemicznej ustalono, że modyfikacja polega na przyłączeniu grupy metylowej (–CH3) do pewnych zasad, a restrykcja spowodowana jest przecinaniem nie zmodyfikowanego DNA. Metylacja zachodzi tylko w krótkich, specyficznych sekwencjach nukleotydowych (na przykład na pierwszej adeninie w sekwencji 5'–GAATTC–3'). „Restrykcja” jest wynikiem przecięcia przez enzymy restrykcyjne wiązania między G i A, ale zachodzi ono tylko wtedy, gdy A jest nie zmetylowany. Restrykcja, czyli ograniczenie wzrostu faga w nowym szczepie jest zatem spowodowana tym, że jego nie zmetylowany DNA zostaje pocięty na fragmenty. Jeśli jakaś część cząsteczek fagowego DNA ulegnie metylacji, zanim rozpocznie się degradacja, to może to dać początek nowej infekcji. Niewielka ilość potomstwa fagowego po takiej infekcji wynika więc z niewielkiej ilości infekcyjnego DNA, który (dzięki uprzedniej metylacji) uniknął fragmentacji restrykcyjnej. Ponieważ DNA wszystkich fagów potomnych jest odpowiednio zmetylowany przez enzymy gospodarza, może on powielać się z łatwością, gdy zawierające go fagi zainfekują ponownie ten sam szczep E. coli. Ponieważ jednak różne szczepy wykorzystują odmienne sekwencje do metylacji i cięcia, wzrost fagów na jednym szczepie nie chroni ich przed pocięciem w drugim. Podobny rodzaj metylacji chroni DNA komórki bakteryjnej przed degradacją przez jej własne enzymy restrykcyjne.

1 W języku polskim częściej używa się określenia enzymy restrykcyjne (przyp. tłum.)
2 Po angielsku ograniczać to restrict, stąd nazwa: enzymy restrykcyjne (przyp. tłum.)
góra strony
poprzedni esej
  
[1]
  
[2]
  
następny esej
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach