เอนโดนิวคลีเอส: ฟังก์ชันประเภทและตัวอย่าง - ชีววิทยา - 2026

endonucleasesเอนไซม์ที่ตัดพันธบัตร phosphodiester ที่อยู่ในห่วงโซ่เบื่อหน่าย ไซต์ข้อ จำกัด ของ Endonuclease มีความหลากหลายมาก เอนไซม์เหล่านี้บางตัวตัด DNA (กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกซึ่งเป็นสารพันธุกรรมของเรา) ได้เกือบทุกที่นั่นคือไม่เฉพาะเจาะจง

ในทางตรงกันข้ามยังมีเอนโดนิวคลีเอสอีกกลุ่มหนึ่งที่มีความเฉพาะเจาะจงมากในภูมิภาคหรือลำดับที่ต้องแยกออก เอนไซม์กลุ่มนี้เรียกว่าเอนไซม์ จำกัด และมีประโยชน์อย่างมากในอณูชีววิทยา ในกลุ่มนี้เรามีเอนไซม์ Bam HI, Eco RI และ Alu I ที่รู้จักกันดี

เอนโดนิวคลีเอสตัดดีเอ็นเอภายใน
ที่มา: pixabay.com

ตรงกันข้ามกับเอนโดนิวคลีเอสมีโปรตีนตัวเร่งปฏิกิริยาอีกประเภทหนึ่งคือเอ็กโซนิวคลีเอสซึ่งมีหน้าที่ทำลายพันธะฟอสโฟดิสเตอร์ที่ส่วนท้ายของโซ่

เอ็นโดนิวคลีเอส จำกัด

เอ็นโดนิวคลีเอสข้อ จำกัด หรือเอ็นไซม์ จำกัด เป็นโปรตีนเร่งปฏิกิริยาที่มีหน้าที่ในการตัดพันธะฟอสโฟดิสเตอร์ภายในสายดีเอ็นเอในลำดับที่เฉพาะเจาะจงมาก

เอนไซม์เหล่านี้สามารถซื้อได้จาก บริษัท เทคโนโลยีชีวภาพหลายแห่งและการใช้งานนั้นแทบจะเป็นสิ่งสำคัญในเทคนิคการจัดการดีเอ็นเอในปัจจุบัน

เอ็นโดนิวคลีเอสข้อ จำกัด ถูกตั้งชื่อโดยใช้ตัวอักษรตัวแรกของชื่อวิทยาศาสตร์ทวินามของสิ่งมีชีวิตที่มาจากสิ่งมีชีวิตตามด้วยความเครียด (เป็นทางเลือก) และลงท้ายด้วยกลุ่มของเอนไซม์ จำกัด ที่อยู่ ตัวอย่างเช่น Bam HI และ Eco RI เป็นเอนโดนิวคลีเอสที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

บริเวณของดีเอ็นเอที่เอนไซม์รู้จักเรียกว่าพื้นที่ จำกัด และมีลักษณะเฉพาะสำหรับเอนโดนิวคลีเอสแต่ละชนิดแม้ว่าเอนไซม์หลายชนิดอาจเกิดขึ้นพร้อมกันที่บริเวณข้อ จำกัด โดยทั่วไปไซต์นี้ประกอบด้วยลำดับ palindromic สั้น ๆ ประมาณ 4 ถึง 6 คู่ฐานที่มีความยาวเช่น AGCT (สำหรับ Alu I) และ GAATTC สำหรับ Eco RI

ลำดับ Palindromic เป็นลำดับที่แม้ว่าอ่านในทิศทาง 5 'ถึง 3' หรือ 3 'ถึง 5' จะเหมือนกัน ตัวอย่างเช่นในกรณีของ Eco RI ลำดับ palindromic คือ: GAATTC และ CTTAAG

หน้าที่และการใช้ endonucles จำกัด

โชคดีสำหรับนักชีววิทยาระดับโมเลกุลแบคทีเรียได้พัฒนาชุดของเอ็นโดนิวคลีเอสที่มีข้อ จำกัด ซึ่งแยกส่วนของสารพันธุกรรมภายใน

โดยธรรมชาติแล้วเอนไซม์เหล่านี้มีการพัฒนาโดยสันนิษฐานว่าเป็นระบบป้องกันแบคทีเรียจากการรุกรานของโมเลกุล DNA จากต่างประเทศเช่นจาก phages

เพื่อที่จะแยกแยะระหว่างสารพันธุกรรมพื้นเมืองและสิ่งแปลกปลอมเอนโดนิวคลีเอสที่มีข้อ จำกัด เหล่านี้สามารถจดจำลำดับนิวคลีโอไทด์ที่เฉพาะเจาะจงได้ ดังนั้นดีเอ็นเอที่ไม่มีลำดับนี้จึงไม่ถูกรบกวนภายในแบคทีเรีย

ในทางตรงกันข้ามเมื่อ endonuclease รู้จักจุด จำกัด มันจะจับกับ DNA และตัดมันออก

นักชีววิทยาสนใจศึกษาสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ตามดีเอ็นเอประกอบด้วยคู่เบสที่มีความยาวหลายล้านคู่ โมเลกุลเหล่านี้มีความยาวมากและต้องวิเคราะห์เป็นเศษเล็กเศษน้อย

เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้เอ็นโดนิวคลีเอสที่มีข้อ จำกัด ถูกรวมเข้ากับโปรโตคอลอณูชีววิทยาต่างๆ ตัวอย่างเช่นยีนแต่ละตัวสามารถจับและจำลองแบบเพื่อการวิเคราะห์ในอนาคต กระบวนการนี้เรียกว่า "การโคลน" ยีน

ความแตกต่างของความหลากหลายของข้อ จำกัด (RFLP)

ความแตกต่างของความยาวของข้อ จำกัด หมายถึงรูปแบบของลำดับนิวคลีโอไทด์ที่เฉพาะเจาะจงในดีเอ็นเอที่เอ็นโดนิวคลีเอส จำกัด สามารถรับรู้และตัดออกได้

ด้วยความจำเพาะของเอนไซม์สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจึงมีลักษณะเฉพาะด้วยรูปแบบการตัดเฉพาะในดีเอ็นเอซึ่งทำให้เกิดชิ้นส่วนที่มีความยาวผันแปรได้

ประเภทของเอ็นโดนิวคลีเอสที่มีข้อ จำกัด

ในอดีตเอ็นโดนิวคลีเอสที่มีข้อ จำกัด ถูกจำแนกออกเป็นเอนไซม์สามประเภทซึ่งกำหนดโดยเลขโรมัน เมื่อเร็ว ๆ นี้มีการอธิบาย endonuclease ประเภทที่สี่

พิมพ์ I

ลักษณะที่สำคัญที่สุดของเอนโดนิวคลีเอสประเภท 1 คือเป็นโปรตีนที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยหลายหน่วย แต่ละหน้าที่เหล่านี้เป็นโปรตีนเชิงซ้อนเดี่ยวและมักมีหน่วยย่อยสองหน่วยเรียกว่า R สอง M และหนึ่ง S

ส่วน S มีหน้าที่รับผิดชอบในการรับรู้สถานที่ จำกัด ใน DNA หน่วยย่อย R ในส่วนของมันมีความสำคัญต่อความแตกแยกและ M มีหน้าที่ในการเร่งปฏิกิริยาเมธิเลชัน

มีสี่ประเภทย่อยของเอนไซม์ประเภท I ซึ่งรู้จักกันในชื่อตัวอักษร A, B, C และ D ซึ่งใช้กันทั่วไป การจำแนกประเภทนี้ขึ้นอยู่กับการเติมเต็มทางพันธุกรรม

เอนไซม์ประเภทที่ 1 เป็นเอนโดนิวคลีเอสที่มีข้อ จำกัด กลุ่มแรกที่ถูกค้นพบและทำให้บริสุทธิ์ อย่างไรก็ตามสิ่งที่มีประโยชน์ที่สุดในอณูชีววิทยาคือ type II ซึ่งจะอธิบายไว้ในหัวข้อถัดไป

ประเภท II

เอ็นโดนิวคลีเอสข้อ จำกัด Type II รับรู้ลำดับดีเอ็นเอที่เฉพาะเจาะจงและความแตกแยกที่ตำแหน่งคงที่ใกล้เคียงกับลำดับที่สร้างไฮดรอกซิล 5 'ฟอสเฟตและ 3' โดยทั่วไปแล้วพวกเขาต้องการแมกนีเซียมไอออน (Mg ²⁺ ) เป็นปัจจัยร่วมแต่มีบางอย่างที่มีข้อกำหนดเฉพาะเจาะจงมากกว่านั้น

โครงสร้างสามารถปรากฏเป็นโมโนเมอร์ไดเมอร์หรือแม้แต่เตตระเมอร์ เทคโนโลยีรีคอมบิแนนต์ใช้เอนโดนิวคลีเอสประเภท II และด้วยเหตุนี้เอนไซม์มากกว่า 3,500 ชนิดจึงได้รับการจำแนก

ประเภท III

ระบบเอนไซม์เหล่านี้ประกอบด้วยยีนสองยีนที่เรียกว่า mod และ res ซึ่งเป็นรหัสสำหรับหน่วยย่อยที่จดจำ DNA และสำหรับการปรับเปลี่ยนหรือข้อ จำกัด หน่วยย่อยทั้งสองมีความจำเป็นสำหรับการ จำกัด กระบวนการขึ้นอยู่กับการย่อยสลาย ATP โดยสิ้นเชิง

ในการแยกโมเลกุลดีเอ็นเอเอนไซม์จะต้องโต้ตอบกับสำเนาสองชุดของลำดับการจดจำที่ไม่ใช่พาลินโดรมิกและไซต์จะต้องอยู่ในแนวย้อนกลับบนพื้นผิว ความแตกแยกนำหน้าด้วยการโยกย้ายดีเอ็นเอ

พิมพ์ IV

มีการระบุกลุ่มเพิ่มเติมเมื่อเร็ว ๆ นี้ ระบบนี้ประกอบด้วยยีนตั้งแต่สองยีนขึ้นไปซึ่งเป็นรหัสสำหรับโปรตีนที่แยกเฉพาะลำดับดีเอ็นเอที่ดัดแปลงไม่ว่าจะเป็น methylated, hydroxymethylated หรือ hydromethylated glucosyl

ตัวอย่างเช่นเอนไซม์ EckKMcrBC รู้จักไดนิวคลีโอไทด์ 2 ตัวในรูปแบบทั่วไป RmC purine ตามด้วย methylated cytosine ซึ่งสามารถแยกได้ด้วยคู่เบสหลายคู่ - ตั้งแต่ 40 ถึงเกือบ 3000 ความแตกแยกเกิดขึ้นประมาณ 30 คู่เบสหลังจากไซต์ที่เอนไซม์รับรู้

เอนโดนิวคลีเอสประเภท V

เอนโดนิวคลีเอสประเภทนี้เรียกอีกอย่างว่าเอนโดนิวคลีเอส "homing" เอนไซม์เหล่านี้รับรู้และตัดลำดับดีเอ็นเอเป้าหมายที่ตำแหน่งเฉพาะในจีโนมจาก 14 ถึง 40 bp

เอนไซม์เหล่านี้มักถูกเข้ารหัสเป็นอินตรอนและเชื่อว่าการทำงานของมันจะช่วยส่งเสริมการถ่ายโอนลำดับการตัดในแนวนอน หลังจากการตัดแล้วการซ่อมแซมรอยแตกจะเกิดขึ้นในเกลียวคู่ของ DNA ตามลำดับเสริม

ตัวอย่าง

Endonuclease I จาก E. coli ทำหน้าที่เป็นระบบป้องกัน phage และปรสิต ส่วนใหญ่อยู่ระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ไซโทพลาสซึมและผนังเซลล์ มันก่อให้เกิดการแบ่งเกลียวสองชั้นใน DNA ต่างประเทศที่มันมีปฏิสัมพันธ์ในปริภูมิ

CRISPR-Cas endonucleases เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ในกลไกการป้องกันของแบคทีเรียหลายชนิด สิ่งเหล่านี้ระบุและตัดลำดับดีเอ็นเอเฉพาะจากสิ่งมีชีวิตที่บุกรุกซึ่งโดยทั่วไปแล้วคือไวรัส

เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยจาก Massachusetts Institute of Technology (MIT) ได้ค้นพบระบบแก้ไขจีโนม CRISPR-Cas12bm ที่มีความแม่นยำสูงสำหรับการปรับเปลี่ยนเซลล์ของมนุษย์

อ้างอิง

1. Burrell, MM (Ed.). (1993) เอนไซม์ของอณูชีววิทยา Totowa, NJ: Humana Press
2. Loenen, WA, Dryden, DT, Raleigh, EA, & Wilson, GG (2013) เอนไซม์ จำกัด ประเภท I และญาติของพวกเขา การวิจัยกรดนิวคลีอิก, 42 (1), 20-44.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS และ Pfaller, MA (2017) จุลชีววิทยาทางการแพทย์ + StudentConsult in Spanish + StudentConsult. วิทยาศาสตร์สุขภาพเอลส์เวียร์
4. Nathans, D. , & Smith, HO (1975) เอ็นโดนิวคลีเอส จำกัด ในการวิเคราะห์และปรับโครงสร้างโมเลกุลของดีเอ็นเอ การทบทวนชีวเคมีประจำปี, 44 (1), 273-293
5. Pingoud, A. , Fuxreiter, M. , Pingoud, V. , & Wende, W. (2005). เอ็นโดนิวคลีเอสข้อ จำกัด Type II: โครงสร้างและกลไก วิทยาศาสตร์ชีวภาพระดับเซลล์และโมเลกุล, 62 (6), 685.