Ini adalah protein yang diproduksi oleh bakteri yang memotong DNA di situs tertentu.
Bakteri menggunakan enzim restriksi untuk mempertahankan diri terhadap virus bakteri yang disebut bakteriofag (atau fag).
Enzim restriksi bertindak seperti gunting biokimia. Disebut juga endonuklease restriksi. Itu dapat mengenali urutan basa spesifik dalam DNA dan memotong DNA di situs itu (situs restriksi).
Ketika fag menginfeksi bakteri, ia memasukkan DNA-nya ke dalam bakteri sehingga dapat direplikasi. Enzim restriksi mencegah replikasi DNA fag dengan memotongnya di banyak tempat.
Enzim restriksi diberi nama karena kemampuannya untuk membatasi atau membatasi jumlah strain bakteriofag yang dapat menginfeksi bakteri.
Enzim restriksi dapat diisolasi dari bakteri dan digunakan di laboratorium untuk memotong DNA. Mereka adalah alat yang sangat diperlukan dalam teknologi DNA rekombinan dan rekayasa genetika.
Setiap enzim restriksi mengenali urutan basa nukleotida yang pendek dan spesifik (empat subunit kimia dasar dari molekul DNA untai ganda linier: adenin, sitosin, timin, dan guanin).
Peregangan dalam DNA ini disebut sekuens pengenalan, dan mereka didistribusikan secara acak ke seluruh DNA. Spesies bakteri yang berbeda menghasilkan enzim restriksi yang mengenali urutan nukleotida yang berbeda.
Setelah endonuklease restriksi mengenali urutan, ia memotong molekul DNA yang mengkatalisis hidrolisis (pemecahan ikatan kimia dengan menambahkan molekul air) dari ikatan antara nukleotida yang berdekatan.
Bakteri mencegah DNA mereka sendiri terdegradasi dengan cara ini dengan menyamarkan urutan pengenalan mereka.
Enzim yang disebut metilase menambahkan gugus metil (-CH3) ke basa adenin atau sitosin dalam urutan pengenalan, yang dengan demikian dimodifikasi dan dilindungi dari endonuklease.
Enzim restriksi dan metilase yang sesuai merupakan sistem modifikasi restriksi spesies bakteri.
Semua enzim restriksi berbeda. Ada tiga kelas enzim restriksi, yang ditunjuk tipe I, II, dan III.
Enzim tipe I dan III serupa dalam hal aktivitas restriksi dan metilase dilakukan oleh kompleks enzim yang besar, berbeda dengan sistem tipe II, di mana enzim restriksi tidak bergantung pada metilasenya.
Enzim restriksi tipe II juga berbeda dari dua jenis lainnya dalam hal mereka membelah DNA di situs tertentu dalam situs pengenalan; yang lain membelah DNA secara acak, terkadang ratusan basa dari urutan pengenalan.
Enzim restriksi awalnya ditemukan dan dicirikan oleh ahli biologi molekuler Werner Arber, Hamilton O. Smith, dan Daniel Nathans, yang menerima Hadiah Nobel 1978 dalam bidang kedokteran.
Kemampuan enzim restriksi untuk memotong DNA di tempat yang tepat telah memungkinkan peneliti untuk mengisolasi fragmen yang mengandung gen dan menggabungkannya kembali dengan molekul DNA lainnya.
Lebih dari 2.500 enzim restriksi tipe II telah diidentifikasi dari berbagai spesies bakteri. Enzim-enzim ini mengenali sekitar 200 urutan berbeda, yang panjangnya empat hingga delapan basa.
Identitas enzim restriksi
Enzim restriksi diberi nama untuk organisme dari mana mereka pertama kali diisolasi.
Contohnya:
- Eco RI diisolasi dari E. coli strain RY13.
- Eco mengacu pada genus dan spesies (huruf pertama dari genus; dua huruf pertama dari julukan tertentu).
- R adalah galur E. coli.
- I (Angka Romawi) menunjukkan bahwa itu adalah enzim pertama yang diisolasi dari E. coli RY13.
- Bam HI diisolasi dari Bacillus amyloliquefaciens strain H.
- Sau3A diisolasi dari Staphylococcus aureas strain 3A.
Beberapa enzim restriksi juga memotong DNA untuk membentuk ujung “tumpul” (tidak ada ekor beruntai tunggal), yang juga dapat dimasukkan ke dalam DNA target melalui aksi DNA ligase.
DNA ligase tidak rewel, tidak dapat membedakan antara DNA inang dan inang (siapa yang akan membayangkan bahwa itu akan pernah terjadi?), Dan ini memungkinkan penciptaan DNA chimeric – DNA dari dua sumber yang berbeda.
Setiap enzim mengenali dan memotong urutan DNA tertentu. Misalnya, Bam HI mengenali urutan untai ganda:
- 5′- GGATCC – 3′
- 3′- CCTAGG – 5′
Sebagian besar enzim restriksi spesifik untuk situs restriksi tunggal. Situs pembatasan dikenali dari mana pun DNA berasal
Jumlah pemotongan DNA suatu organisme yang dibuat oleh enzim restriksi tertentu ditentukan oleh jumlah situs restriksi yang spesifik untuk enzim tersebut dalam DNA organisme tersebut.
Fragmen DNA yang dihasilkan oleh sepasang potongan yang berdekatan disebut fragmen restriksi.
Enzim restriksi tertentu biasanya akan memotong DNA organisme menjadi beberapa bagian, dari beberapa ribu hingga lebih dari satu juta.
Ada variasi besar di situs pembatasan bahkan dalam suatu spesies.
Meskipun variasi ini tidak memiliki ekspresi fenotipik di luar urutan basa itu sendiri, varian dapat dianggap molekul “alel” dan dapat dideteksi dengan teknik sekuensing.
Dengan demikian, mereka dapat digunakan dalam studi pemetaan yang mirip dengan cara gen sejati dengan efek fenotipik yang diketahui dapat digunakan, tetapi melewatkan langkah pemuliaan dan langsung menuju molekul.
“Alel molekul” ini adalah jenis penanda molekuler, karena dapat dideteksi dan ditemukan dengan probe berlabel.
Ujung lengket
Bidang bioteknologi yang sedang berkembang dimungkinkan oleh penemuan enzim restriksi pada awal 1950-an. Dengan mereka, DNA dapat dipotong ke tempat yang tepat.
Enzim kedua, DNA ligase, dapat digunakan untuk menyatukan kembali potongan-potongan itu dalam urutan yang diinginkan. Bersama-sama, kedua enzim ini memungkinkan peneliti untuk merakit genom khusus.
Misalnya, peneliti dapat membuat bakteri perancang yang memproduksi insulin atau hormon pertumbuhan atau menambahkan gen untuk ketahanan terhadap tanaman pertanian.
Sifat menarik dari enzim restriksi menyederhanakan pemotongan dan perekatan molekuler ini. Enzim restriksi biasanya mengenali urutan DNA simetris, seperti situs EcoRI.
Utas atas sama dengan utas bawah, baca mundur. Ketika enzim memotong rantai antara G dan A, ia meninggalkan rantai yang menonjol.
Ini disebut “ujung lengket” karena pasangan basa yang terbentuk di antara dua bagian yang menonjol akan merekatkan kedua bagian itu bersama-sama, bahkan jika tulang belakangnya terputus.
Ujung lengket adalah bagian penting dari rekayasa genetika, memungkinkan peneliti untuk memotong potongan-potongan kecil DNA dan menempatkannya di tempat-tempat tertentu, di mana ujung lengket bertemu.