¿Cómo cortan las secuencias de ADN las enzimas de restricción?

En naturaleza, organismos constantemente tienen que protegerse de los invasores extranjeros, incluso a nivel microscópico. En las bacterias, hay un grupo de enzimas bacterianas que funcionan desmantelando ADN. Este proceso de desmantelamiento se llama restricción y las enzimas que llevan a cabo este proceso se llaman enzimas de restricción.

Las enzimas de restricción son muy importantes en tecnologia de ADN recombinante. Las enzimas de restricción se han utilizado para ayudar a producir vacunas, productos farmacéuticos, cultivos resistentes a insectos y una gran cantidad de otros productos.

Para llevar clave

Las enzimas de restricción son una clase de enzimas que cortan el ADN en fragmentos basándose en el reconocimiento de una secuencia específica de nucleótidos. Las enzimas de restricción también se conocen como endonucleasas de restricción.

Si bien hay cientos de enzimas de restricción diferentes, todas funcionan esencialmente de la misma manera. Cada enzima tiene lo que se conoce como secuencia o sitio de reconocimiento. Una secuencia de reconocimiento es típicamente un corto específico nucleótido secuencia en el ADN. Las enzimas cortan en ciertos puntos dentro de la secuencia reconocida. Por ejemplo, una enzima de restricción puede reconocer una secuencia específica de guanina, adenina, adenina, timina, timina, citosina. Cuando esta secuencia está presente, la enzima puede hacer cortes escalonados en el esqueleto de azúcar-fosfato en la secuencia.

Pero si las enzimas de restricción se cortan según una determinada secuencia, ¿cómo protegen las células como las bacterias su propio ADN de las enzimas de restricción? En una celda típica, grupos metilo (CH₃) se agregan a las bases en la secuencia para evitar el reconocimiento por parte de las enzimas de restricción. Este proceso se lleva a cabo mediante enzimas complementarias que reconocen la misma secuencia de bases de nucleótidos que las enzimas de restricción. La metilación del ADN se conoce como modificación. Con los procesos de modificación y restricción, las células pueden cortar el ADN extraño que representa un peligro para la célula al tiempo que preserva el ADN importante de la célula.

Basado en la configuración de doble cadena del ADN, las secuencias de reconocimiento son simétricas en los diferentes soportes pero se ejecutan en direcciones opuestas. Recuerde que el ADN tiene "dirección" indicada por el tipo de carbono al final de la cadena. El extremo 5 'tiene un grupo fosfato unido mientras que el otro extremo 3' tiene un grupo hidroxilo unido. Por ejemplo:

5 'final -... guanina, adenina, adenina, timina, timina, citosina... - extremo 3 '

3 'final -... citosina, timina, timina, adenina, adenina, guanina... - 5 'final

Si, por ejemplo, la enzima de restricción se corta dentro de la secuencia entre la guanina y la adenina, lo haría con ambas secuencias pero en extremos opuestos (ya que la segunda secuencia se ejecuta en el opuesto dirección). Dado que el ADN se corta en ambas cadenas, habrá extremos complementarios que pueden unirse por hidrógeno entre sí. Estos extremos a menudo se llaman "extremos adhesivos".

Los extremos adhesivos de los fragmentos producidos por las enzimas de restricción son útiles en un entorno de laboratorio. Se pueden usar para unir fragmentos de ADN de diferentes fuentes y diferentes organismos. Los fragmentos se mantienen unidos por enlaces de hidrógeno. Desde una perspectiva química, los enlaces de hidrógeno son atracciones débiles y no son permanentes. Sin embargo, utilizando otro tipo de enzima, los enlaces pueden hacerse permanentes.

La ADN ligasa es una enzima muy importante que funciona tanto en replicación y reparación del ADN de una célula. Funciona al ayudar a unir las cadenas de ADN. Funciona catalizando un enlace fosfodiéster. Este vínculo es un enlace covalente, mucho más fuerte que el enlace de hidrógeno mencionado anteriormente y capaz de mantener unidos los diferentes fragmentos. Cuando se utilizan diferentes fuentes, el ADN recombinante resultante que se produce tiene una nueva combinación de genes.

Existen cuatro categorías amplias de enzimas de restricción: enzimas tipo I, enzimas tipo II, enzimas tipo III y enzimas tipo IV. Todos tienen la misma función básica, pero los diferentes tipos se clasifican en función de su reconocimiento. secuencia, cómo se escinden, su composición y los requisitos de sus sustancias (la necesidad y el tipo de cofactores). En general, las enzimas Tipo I cortan el ADN en lugares distantes a la secuencia de reconocimiento; El tipo II corta el ADN dentro o cerca de la secuencia de reconocimiento; Tipo III corta ADN cerca de secuencias de reconocimiento; y el tipo IV escinde el ADN metilado.

• Biolabs, Nueva Inglaterra. "Tipos de endonucleasas de restricción". New England Biolabs: reactivos para la industria de las ciencias de la vida, www.neb.com/products/restriction-endonucleases/restriction-endonucleases/types-of-restriction-endonucleases.
• Reece, Jane B. y Neil A. Campbell Campbell Biology. Benjamin Cummings, 2011.