制限酵素の機能、作用機序、種類および例

の 制限酵素 それらはある種の古細菌やバクテリアがそれらの中のウイルスの広がりを阻止あるいは「制限」するために使うエンドヌクレアーゼです。それらは細菌において特に一般的であり、制限／修飾システムとして知られる外来ＤＮＡに対するそれらの防御システムの一部である。.

これらの酵素は特定の部位で二本鎖ＤＮＡの切断を再現可能にそして付加的なエネルギーの使用なしに触媒する。 ATPやS-アデノシルメチオニンを必要とするものもありますが、ほとんどはマグネシウムや他の二価陽イオンのような補因子の存在を必要とします.

制限エンドヌクレアーゼは、1978年にDaniel Nathans、Arber Werner、Hamilton Smithによって発見され、ノーベル医学賞を受賞しました。その名前は通常彼らが初めて観察される生物に由来します.

そのような酵素は、ＤＮＡクローニング方法および他の分子生物学および遺伝子工学戦略の開発において広く使用されている。特定の配列の認識の特徴および認識部位の近くで配列を切断する能力はそれらを遺伝的実験における強力なツールにする.

特定のＤＮＡ分子に作用した制限酵素によって生成されたフラグメントは、酵素がＤＮＡを切断した部位に関する情報を使用することによって元の分子の「マップ」を再作成するために使用され得る。.

いくつかの制限酵素はＤＮＡ中に同じ認識部位を有し得るが、それらは必ずしも同じようにそれを切断するわけではない。このように、平滑末端を残して切断する酵素と粘着末端を残して切断する酵素があり、それらは分子生物学において異なる用途を有する。.

現時点では、さまざまな商業住宅によって提供されている、何百ものさまざまな市販の制限酵素があります。これらの酵素は、さまざまな目的のための「カスタム」の分子鋏のように機能します。.

索引

1機能
2作用のメカニズム
3種類
- 3.1 I型制限酵素
- 3.2 II型制限酵素
- 3.3タイプIII制限酵素
- 3.4 IV型制限酵素
- 3.5 V型制限酵素
4例
5参考文献

機能

制限酵素は、ヌクレオチド鎖中の隣接ヌクレオチド間のホスホジエステル結合内のエステル結合を加水分解または切断するので、ポリメラーゼの反対の機能を果たす。.

分子生物学および遺伝子工学において、それらは発現およびクローニングベクターの構築、ならびに特定の配列の同定のために広く使用されているツールである。それらはまた、組換えゲノムの構築にも有用であり、そして大きなバイオテクノロジーの可能性を有する。.

遺伝子治療における最近の進歩は、生細胞へのそのような遺伝子の輸送のための媒体であり、そして実行するために細胞ゲノムに挿入される能力をおそらく有するベクターへの特定の遺伝子の導入のための制限酵素の現在の使用をする。恒久的な変更.

作用のメカニズム

制限酵素は二本鎖ＤＮＡの切断を触媒することができるが、一本鎖ＤＮＡ配列およびさらにはＲＮＡを認識することができるものもある。切断は配列の認識後に起こる.

作用機序は、ＤＮＡの各鎖の主鎖におけるリン酸基とデオキシリボースとの間のホスホジエステル結合の加水分解にある。多くの酵素はそれらが認識する同じ場所で切断することができますが、他のものはその前後に5〜9対の塩基を切断します。.

通常、これらの酵素はリン酸基の5 '末端で切断し、5'ホスホリル末端および末端3 'ヒドロキシル末端を有するDNA断片を生じる。.

タンパク質はＤＮＡ中の認識部位と直接接触しないので、それらは特定の部位に到達するまで、おそらくＤＮＡ鎖上の「滑り」機構によって連続的に移動されなければならない。.

酵素的切断の間、各ＤＮＡ鎖のホスホジエステル結合は制限酵素の活性部位の一つの中に位置する。酵素が認識および切断部位を離れるとき、それは非特異的な一過性の会合を通してそうする。.

タイプ

現在、５種類の制限酵素が知られている。以下に、それぞれの簡単な説明：

タイプI制限酵素

これらの酵素は、３つのサブユニット、制限、メチル化およびＤＮＡ中の配列の認識のための別のものを有する大きい五量体タンパク質である。これらのエンドヌクレアーゼは制限および修飾反応を触媒することができる多機能タンパク質であり、それらはＡＴＰアーゼ活性およびまたＤＮＡトポイソメラーゼを有する。.

この種の酵素は発見された最初のエンドヌクレアーゼであり、それらは1960年代に初めて精製され、それ以来それらは非常に詳細に研究されてきた。.

切断部位は認識部位から最大1,000塩基対までの可変距離にある可能性があり、実験的再現性の観点から信頼性が低くなるため、タイプI酵素はバイオテクノロジーツールとして広く使用されていない。.

II型制限酵素

それらは、4〜8 bpの長さの定義された部位でDNAを切断するホモ二量体または四量体からなる酵素である。これらの切断部位は典型的にはパリンドロームであり、すなわちそれらは両方向に同じ方法で読まれる配列を認識する。.

細菌中のタイプII制限酵素の多くは、それらがそれら自身のDNAが有するべきである典型的な修飾を持たないので、それらがそれらの外来性を認識するときにDNAを切断する。.

DNA配列を認識し切断するためにマグネシウム（Mg +）以外の補因子を必要としないため、これらは最も単純な制限酵素です。.

DNA中の単純な配列を正確な位置で認識および切断する際のタイプII制限酵素の正確さは、それらを分子生物学の大部分の分野で最も使用され不可欠なものの一つにしている。.

ＩＩ型制限酵素の群の中には、それぞれに特有の特定の特性に従って分類された複数のサブクラスがある。これらの酵素の分類は、酵素の名前の後にAからZまでのアルファベットの文字を追加することによって行われます。.

その有用性で最も知られているサブクラスのいくつかは以下のとおりです。

サブクラスIIA

それらは異なるサブユニットの二量体である。それらは非対称配列を認識しそして切断酵素の発生のための理想的な前駆体として使用される.

サブクラスIIB

それらはもう一つの二量体からなり、認識配列の両側でＤＮＡを切断する。それらは認識部位を越えて一連の塩基対にＤＮＡの両方の鎖を切断する。.

サブクラスIIC

この種の酵素は、ＤＮＡ鎖の分割および修飾の機能を有するポリペプチドである。これらの酵素は両方の鎖を非対称的に切断します.

サブクラスIIE

このサブクラスの酵素は遺伝子工学で最もよく使われています。それらは触媒部位を有しそして一般的にアロステリックエフェクターを必要とする。これらの酵素は効率的な切断をするためにそれらの認識配列の２つのコピーと相互作用する必要がある。このサブクラスには、酵素EcoRIIとEcoRIがあります。.

III型制限酵素

タイプIII制限エンドヌクレアーゼは2つのサブユニットのみで構成され、1つはDNAの認識と修飾を担当し、もう1つは配列の切断を担当します。.

これらの酵素はそれらの機能のために２つの補因子を必要とする：ＡＴＰおよびマグネシウム。この種の制限酵素は２つの非対称認識部位を有し、ＡＴＰ依存的にＤＮＡを移動させそしてそれを認識部位に隣接して２０から３０ｂｐの間で切断する。.

IV型制限酵素

IV型酵素はメチル化タグでDNAを切断するので簡単に識別でき、それらはDNA配列の認識と切断に関与するいくつかの異なるサブユニットで構成されています。これらの酵素は補因子としてGTPと二価マグネシウムを使用します.

切断のための特異的部位は、核酸の一方または両方の鎖中にメチル化またはヒドロキシメチル化シトシンの残基を有するヌクレオチド鎖を含む。.

タイプV制限酵素

この分類は、侵入生物から特定のDNA配列を同定して切断するCRISPER-Cas型酵素を分類したものです。 Cas酵素は侵入生物を認識し攻撃するためにCRISPER合成ガイダンスRNAの鎖を使用する.

Ｖ型として分類される酵素は、Ｉ型、ＩＩ型およびＩＩ型の酵素によって構造化されたポリペプチドである。それらはほとんどあらゆる生物のDNAの切片を広範囲の長さで切断することができる。その柔軟性と使いやすさにより、これらの酵素はタイプII酵素とともに今日の遺伝子工学で最も一般的に使用されているツールの1つとなっています.

例

ヌクレオチド置換の速度についての情報を得るために、特に集団遺伝学の研究およびミトコンドリアＤＮＡを用いた進化研究において、制限酵素がＤＮＡ多型の検出のために使用されてきた。.

現在、異なる目的を有する細菌の形質転換に使用されるベクターは、複数の制限酵素の認識部位が見いだされる多発性部位を有する。.

これらの酵素の中で最も人気のあるものは、初めて得られそして記載されたＥｃｏＲＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶおよびＶである。 大腸菌;からHindIII、 インフルエンザ菌 とBamHIの B.アミロリケファシエンス.

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生物学

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