Enzymy restrykcyjne (restryktazy)

Jak działają enzymy restrykcyjne?

Enzym restrykcyjny inaczej nazywany restryktazą lub endonukleazą restrykcyjną to enzymy, które należą do grupy hydrolaz i przecinają nić DNA w miejscu występowania kilku charakterystycznych nukleotydowych sekwencji. Sekwencje te, rozpoznawane są przez poszczególne enzymy restrykcyjne. Rozpoznawana sekwencja przeważnie ma charakter symetryczny. Jest to para zasad o długości od 4 do 8 par, z niewielkimi wyjątkami. Restryktazy i metylazy DNA wchodzą w system restrykcji i modyfikacji DNA. Oznacza to, że w organizmach prokariotycznych są mechanizmem obronnym i zapobiegają włączeniu bakteriofaga DNA do genomu bakterii. U bakterii, enzymy restrykcyjne występują naturalnie. Dzięki restrykcji są ochroną dla komórki przed wnikaniem obcego DNA. Model ten, zakłada istnienie dwóch enzymów w komórce. Jeden z enzymów odpowiada za rozpoznawanie specyficznej sekwencji i przecięcia DNA. Drugi enzym odpowiada za jego modyfikacje.

Można wyróżnić kilka typów/klas enzymów restrykcyjnych:

Enzymy klasy I: są to kompleksy enzymatyczne, posiadające aktywności metylazy i restryktazy. Przecinają cząsteczkę DNA od wewnątrz, przez co nie rozpoznają określonych sekwencji. Uznawane są za mało specyficzne enzymy, ponieważ nie mają zdefiniowanego miejsca przecięcia cząsteczki, a tym samym, nie posiadają praktycznego zastosowania. Ich aktywność jest zależna od jonów Mg², ATP, S-adenozynometioniny (SAM).

Enzymy klasy II: są to enzymy, które rozpoznają specyficzne sekwencje w DNA. Przecinają cząsteczkę DNA w dwóch miejscach znajdujących się w obrębie sekwencji bądź w zbliżonym miejscu i odległości do tejże sekwencji. Ich aktywność jest zależna od jonów Mg², a ich skład opiera się na pojedynczych polipeptydach. Ze wszystkich enzymów restrykcyjnych mają największe zastosowanie i znaczenie praktyczne w biologii molekularnej.

Enzymy klasy III: są to enzymy, które rozpoznają określone sekwencje DNA. Należą do dużych kompleksów, które wymagają dwóch sekwencji możliwych do rozpoznania w bliskiej odległości od siebie. Nie posiadają konkretnego miejsca cięcia cząsteczki DNA. Ich aktywność jest zależna od jonów Mg2+ i ATP.

Enzymy klasy IV: są to enzymy zbliżone do klasy II. Ich aktywność jest zawarta w metylazie i restryktazie, które znajdują się w tym samym polipeptydzie. Przecięcie DNA następuje w obszarze poza sekwencją rozpoznania, ale w konkretnym, zdefiniowanym miejscu. W związku z tym, że metylaza i restryktazy nie działają jednocześnie, enzym zmienia swoje położenie, w zależności od substratu. Dzięki temu, wyodrębniają się 2 rodzaje enzymów restrykcyjnych – neoschizomery i izoschizomery.