25+ Beispiele für Restriktionsenzyme: Detaillierte Fakten

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Mit dem Fortschritt in der Biotechnologie ist das Restriktionsenzym zu einem unverzichtbaren Werkzeug für die rekombinante DNA-Technologie geworden.

Ein Restriktionsenzym, auch bekannt als molekulare Schere, ist eine ortsspezifische Endonuklease, die von Bakterien und Archaeen kodiert wird. In diesem Artikel werden detaillierte Fakten zu verschiedenen Beispielen für Restriktionsenzyme erläutert.

Verschiedene Arten von Restriktionsenzymen:

Beispiele für Restriktionsenzyme und ihre Erkennungsstellen sind unten aufgeführt.

ECORI

Quelle- Escherichia coli

Erkennungssequenz – 5’-GAATTC-3′ 3’-CTTAAG-5′; Klebrige Enden

Beispiel Restriktionsenzym
ECORI von Wikipedia

ECORII

Quelle -Escherichia coli

Erkennungssequenz - 5'-CCWGG-3' 3'-GGWCC-5'; Klebrige Enden

Beispiel Restriktionsenzym
ECORII von Wikipedia

BamHI

Quelle-Bacillus amyloliquefaciens

Erkennungssequenz – 5'-GGATCC-3′ 3'-CCTAGG-5′: klebrige Enden

Beispiel Restriktionsenzym
BamHallo von Wikipedia

TaqI

SQuelle –Thermus Aquaticus

Erkennungssequenz – 5’ TCGA-3′ 3’-AGCT-5′

HirschkuhIII

Quelle - Haemophilus influenzae

Erkennungssequenz – 5' AAGCTT-3' 3'-TTCGAA -5'

Beispiel Restriktionsenzym
HirschkuhIII. Von Wikipedia

oder3AI

Quelle - Staphylococcus aureus

Erkennungssequenz - 5'GATC-3'3'-CTAG-5';

Sie hilft nicht nurI

Quelle -Nocardia otitidis

Erkennungssequenz – 5′-GCGGCCGC-3′ 3′-CGCCGGCG-5′

PvuII

Quelle -Proteus vulgaris

Erkennungssequenz – 5′-CAGCTG-3′ 3′-GTCGAC-5′

suchenIII

Quelle - Hämophilus aegyptius

Erkennungssequenz – 5′ GGCC-3′ 3′-CCGG-5′

Beispiel Restriktionsenzym
suchenIII. Von Wikipedia

AluI

Quelle - Arthrobacter luteus

Erkennungssequenz - 5'-AGCT-3' 3'-TCGA-5'

ECORV

Quelle - Escherichia coli

Erkennungssequenz – 5′-GATATC- 3′ 3′-CTATAG- 5′

Beispiel Restriktionsenzym
ECOWohnmobil ab Wikipedia

SalI

QuelleStreptomyces albus

Erkennungssequenz – 5′-GTCGAS-3′ 3′-CAGCTG -5′

ScaI

Streptomyces caespitosus

Erkennungssequenz – 5′-AGTACT-3′ 3′-TCATGA-5′

SmaI

Quelle Serratia marcescens

Erkennungssequenz – 5′-CCCGGG-3′ 3′-GGGCCC-5′

HFI

Quelle Haemophilus influenzae

Erkennungssequenz – 5′-GANTC-3′ 3′-CTNAG-5′

suchenIII

Quelle Hämophilus aegyptius

Erkennungssequenz – 5′-GGCC-3′ 3′-CCGG-5′

HgaI

Quelle Hämophilus gallinarum

Erkennungssequenz – 5'GACGC-3′ 3′-CTGCG-5′

ECOP15I

Quelle Escherichia coli

Erkennungssequenz – 5′-CAGCAGN25NN-3′ 3′-GTCGTCN25NN-5′

KpnI

Quelle - Klebsiella pneumoniae

Erkennungssequenz– 5'GGTACC-3′ 3′-CCATGG-5′

PSTI

Quelle - Providencia stuartii

Erkennungssequenz– 5′-CTGCAG-3′ 3′-GACGTC-5′

TaschenI

Quelle - Streptomyces achromogenes

Erkennungssequenz – 5′-GAGCTC-3′ 3′-CTCGAG-5′

SpeI

Quelle –Sphaerotilus natans

Erkennungssequenz – 5′-ACTAGT-3′ 3′-TGATCA-5′

SphI

Quelle - Streptomyces phaeochromogenes

Erkennungssequenz – 5′-GCATGC-3′ 3′-CGTACG-5′

StuI

Quelle- Streptomyces tubercidicus

Erkennungssequenz – 5′-AGGCCT-3′ 3′-TCCGGA-5′

XbaI

Quelle -Xanthomonas badrii

Erkennungssequenz – 5′-TCTAGA-3′ 3′-AGATCT-5′

Restriktionsenzyme schneiden die DNA-Stränge auf zwei verschiedene Arten.

Einige Restriktionsendonukleasen schneiden die DNA an der Stelle gleicher Punkt. Ein solcher gerader Schnitt innerhalb der Erkennungsstelle schafft stumpfe Enden ohne überhängende Enden. Diese Enden werden oft durch DNA ligiert Ligase-Enzyme. Beispiele: PvuII, Haell, Alul.

Im Gegensatz dazu unterliegt die zweite Klasse von Restriktionsendonukleasen versetzter Schnitt was zu c führtkomplementäre einzelsträngige überhängende Enden. Solche Enden werden genannt klebrige oder kohäsive Enden. Beispiele EcoR1, BamH1, Taq1. Diese werden häufig für Klonierungszwecke in der Biotechnologie verwendet.

Beispiel Restriktionsenzym
Das Restriktionsenzym spaltet den DNA-Strang auf zwei verschiedene Arten

Arten von Restriktionsenzymen

Restriktionsenzyme können in vier Gruppen eingeteilt werden abhängig von der Zusammensetzung, Art der erforderlichen Cofaktoren, der Zielstelle und der Spaltungsposition.

Typ I -

Diese Art von Restriktionsenzymen sind multifunktionale Proteine, die nur einen DNA-Strang spalten an zufälligen sowie entfernten Standorten und tritt auch auf Methylase Aktivitäten. Die Zielsequenz ist etwa 15 bp lang und spaltet unspezifisch von der Erkennungsstelle weg. Für die katalytische Aktivität benötigt es Mg2+, ATP und S-Adenosyl – L-Methionin. Beispiele – EcoK, EcoB.

Typ II

Diese Gruppe umfasst die meisten orthodoxen Restriktionsenzyme, die in verwendet werden rekombinante DNA-Technologieogy. Diese Enzyme sind die meisten stabile Endonukleasen die DNA an bestimmten Stellen spalten. Somit erzeugen diese wünschenswerte DNA-Fragmente. Die Erkennungssequenzen sind palindromischer Natur of 4-8 bp und für katalytische Aktivität, nur mg2+ Ionen sind erforderlich. Diese Enzyme können die nukleolytische Aktivität nur. Beispiele – Hinfl, EcoRI, PvuII, Alul, Haell.

Beispiel Restriktionsenzym
Restriktionsenzym Typ II
(ECORI in Cyan und Grün mit zwei Magnesiumionen in Magenta) aus Wikipedia

Typ III

Diese Gruppe ist eine Zwischentyp zwischen Typ I und Typ II. Die Länge der Erkennungssequenz beträgt 24-26 bp. Sie brauchen beides Mg2+ und ATP für ihre Aktivität und spalten DNA-Sequenzen in unmittelbarer Nähe von Zielstellen. Z.B. HinfIII, EcoP1.

Typ IV

Die Ziel-DNA für diese Gruppe unterscheidet sich von den anderen Typen. Es erkennt modifizierte DNA-Sequenzen sowie methyliert, hydroxymethyliert, und auch glykosylierte Basen. B. McrBC.

Nomenklatur der Restriktionsenzyme

Restriktionsenzyme haben eine einzigartige Nomenklatur. Jedes Enzym ist nach dem Bakterium benannt, aus dem es isoliert wurde. Der Name enthält die Gattung, Art und den Stamm des Bakteriums.

Die Nomenklatur von Restriktionsenzymen folgt einem Muster

1. Der erste Großbuchstabe ist der Name der Gattung, aus der das Bakterium entdeckt wurde.

2. Die ersten beiden Buchstaben des Artnamens werden nach dem ersten Anfangsbuchstaben geschrieben.

3. Als nächstes wird der Stamm identifiziert, der tiefgestellt geschrieben ist.

4. Die Anzahl der Enzyme produziert durch das Bakterium.

5. Im Allgemeinen ist allen Restriktionsenzymen das allgemeine Symbol R vorangestellt. Dies wird verwendet, um sie von den Methylasen zu unterscheiden, die von denselben Stämmen erhalten werden.

Beispiel:  EcoRI-Name

Abkürzung Bedeutung

E                                                       Escherichia Gattung

co                                                     coli Spezies

R                                                       RY13-Stamm

I Erste identifizierte Reihenfolge der Identifizierung im Bakterium

Was ist ein Restriktionsenzym?

Der Begriff Restriktionsenzym wurde aus den Untersuchungen von Lambda-Bakteriophagen abgeleitet, wo beobachtet wurde, dass diese bakteriellen Proteinenzyme die Phagen-DNA spalten und somit die Aktivität einschränken. Das eigene Zielseiten dauert ebenfalls 3 Jahre. Das erste Jahr ist das sog. Bakterienzelle sind hoch methyliert dh die Addition von Methylgruppen an die Adenosin- und Cytosinbasen innerhalb der Erkennungsstellen. Diese Methylierung schützt vor Spaltung.

Ein Restriktionsenzym ist eine Endonuklease, die eine ortsspezifische Spaltung einer DNA-Sequenz ermöglicht. Diese Stellen werden Restriktionsstellen oder Erkennungssequenzen oder Zielstellen genannt. Diese werden normalerweise von Bakterien für Abwehrmechanismen gegen eindringende Bakteriophagen synthetisiert. Der Mechanismus, der die Methylierung zusammen mit der Aktivität des Restriktionsenzyms umfasst, bildet das Restriktions-Modifikationssystem.

Beispiel Restriktionsenzym
Palindrom-Sequenz von Wikipedia

DNA-Strang enthält zwei Stränge. 5'-Ende-3'-Ende schildert die vorderer Strang während die 3'-Ende – 5'-Ende wird als bezeichnet umgekehrter Strang. Zunächst erkennen Restriktionsenzyme die spezifischen DNA-Sequenzen und machen dann zwei Einschnitte an jedem Strang der DNA-Sequenz. Diese bestimmte Sequenz wird aufgerufen Erkennungsstellen. Die Sequenzen der Erkennungsstellen sind Palindrom-Sequenzen die auf Vorwärts- und Rückwärtssträngen gleich liest, wenn sie in derselben Ausrichtung gelesen werden. Die Erkennungssequenzen enthalten in der Regel 4-8 Nukleotide, meist palindromer Natur.

Struktur des Restriktionsenzyms

Die bequemste Restriktionsendonuclease-Enzyme Gehören zur Typ-II-Enzym.

Die Erkennungsstellen sind typischerweise eine kurze palindromische Sequenz von 4–8 bp und die katalytische Aktivität erfordert Mg2+ Ionen. Es besteht aus zwei Homodimeren mit jeweils 30 kDa Molekulargewicht, die die palindromischen Sequenzen erkennen. Der strukturelle Kern dieser Enzyme besteht aus vier β-Strängen und einer α-Helix. Für diese nukleolytische Aktivität ist keine ATP-Hydrolyse erforderlich.

Da Restriktionsenzyme zielspezifisch sind, 15-20 Wasserstoffbrückenbindungen dazwischen gebildet werden die Dimere und Basen der Zielstelle. Neben Wasserstoffbrückenbindungen Van-der-Waals-Wechselwirkung findet auch statt. Aufgrund dieser Wechselwirkungen erfährt das Enzym eine Konformationsänderung, die zur Aktivierung des katalytischen Zentrums des Restriktionsenzyms führt. Das katalytische Zentrum enthält zwei Carboxylate die für die Cofaktorbindung notwendig sind Mg2+. Die Resultierenden der Katalyse sind DNA-Fragmente mit 5'-P und 3'-OH.

Zusammenfassung

Das Restriktionsenzym ist eine ortsspezifische Endonuklease, die DNA-Stränge an spezifischen Erkennungsstellen spaltet. Diese werden von Bakterien als Teil ihres Abwehrmechanismus synthetisiert. Für seine Aktivität benötigen einige Magnesiumionen, während andere ATP und ATP benötigen S-Adenosyl – L-Methionin. Aufgrund ihrer nukleolytischen Aktivität werden diese Enzyme in großem Umfang in der rekombinanten DNA-Technologie verwendet.

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