Restricția ADN (restrângere limită latină) se referă la procesul de separare enzimatică a lanțurilor de acid dezoxiribonucleic în fragmente separate, care sunt o secvență de nucleotide de diferite mărimi.
Acest proces face parte din unul dintre cele mai importante mecanisme de apărare intracelulare de la penetrarea și încorporarea în genomul de material genetic străin. Este controlată de un sistem complex de reglementare celulară. O altă parte a aplicării acestui fenomen este ingineria genetică sintetică, care nu a putut fi imaginată fără capacitatea de a separa materialul ADN în fragmente.
Istoria studiilor
Mecanismele de restricție în cadrul sistemului de protecție a celulelor sunt legate în mod inextricabil de mecanismul de modificare și de mijloc
În anii '70. cercetătorii Smith și Wilcox au izolat prima enzimă de restricție de la tija hemofilă, care ar putea descompune numai secvențe specifice de ADN.
Ulterior, au fost descoperite mai mult de 500 de endonucleaze de restricție diferite care recunosc, atașează și scindează diferite secvențe de acid deoxiribonucleic.
Mecanism de acțiune
Toate enzimele de restricție endogene sunt foarte specifice. Ei recunosc în mod clar un anumit lanț de nucleotide, dar pot să o "taie" în moduri diferite. De regulă, este recunoscută o succesiune scurtă de 4 până la 6 baze.
O caracteristică a procesului de restricționare-modificare este protecția ADN-ului propriu de endodeoxiribonuclează specifică locului (enzima de restricție) prin metilare. Acest proces este realizat de enzimele metiltransferazei, de asemenea, acționează în mod selectiv la bazele azotate, situate într-o anumită ordine, și se adaugă la un grup metil, ceea ce face site-ul unei molecule de acid dezoxiribonucleic rezistent la digestie.
Există trei clase speciale de enzime de restricție. Ele diferă prin mai multe trăsături: structura, punctele de aplicare.
Restricțiile din clasa a doua au o structură separată de două proteine, care diferă de clasele I și III, cu o structură complexă și dependență de ATP, ceea ce le permite să le utilizeze pentru ingineria genetică. Enzima de clasa a doua constă din două particule active: o endonuclează de restricție, un modificator de metilază, care acționează numai împreună cu ionii de magneziu.
Datorită realizărilor biochimiei moleculare, oamenii de știință au reușit să izoleze mai mult de cinci sute de enzime de restricție specifice din a doua clasă. Dar, așa cum sa dovedit în cursul cercetării, unii dintre ei acționează pe aceeași secvență de nucleotide. Astfel de enzime se numesc izoschizomeri. Isoschizomerii adevărați împart site-ul ADN la un singur punct, iar heteroschizomerii, atunci când aleg același site, efectuează restricția în diferite locuri.
După cum sa menționat deja, enzimele de restricție izolează mai des o secvență de 4 sau 6 baze de azot și, prin urmare, în funcție de cantitate, ele sunt împărțite în mici și mari.
Enzima de restricție endogenă recunoaște un anumit situs de recunoaștere a secvenței ADN. În majoritatea cazurilor, este un palindrom, adică ordinea nucleotidelor este aceeași atunci când citiți de la dreapta la stânga și de la stânga la dreapta. De exemplu, 3'-AGATCT-5 'sau 5'-TCTAGA-3'.
Enzima se leagă ferm la rândul recunoscut de baze azotate și, atunci când lanțurile moleculei se mișcă, "găsesc" locul de tăiere.
Restricția este posibilă cu formarea unor capete plictisitoare și lipicioase. Se formează capete brute dacă enzima de restricție împarte șirurile ADN opuse unul altuia. Iar capetele lipicioase se caracterizează prin formarea cozilor scurte și lungi (capete 3 ', 5') datorită tăierii asimetrice a palindromurilor. Capetele lipicioase sunt auto-complementare, adică sunt capabile să restabilească structura când sunt conectate.
Nevoia de a studia mecanismele de restricționare
Studiul proceselor de restricționare a simplificat foarte mult activitatea de cercetare, deoarece, cu ajutorul său, a fost posibilă separarea unei unități de material genetic în părți mici.
Folosind metode fizice (electroforeza de agaroză), fragmentele pot fi împărțite în dimensiuni și apoi studiate individual, prin construirea de hărți de restricție.
Aplicare practică în medicină și genetică
Dacă simplificăm și schițăm schematic algoritmul acțiunilor de inginerie genetică, primim următoarele: în primul rând
Restricția ADN-ului este baza ingineriei genetice și își găsește aplicarea într-o varietate de studii zilnice. Pe baza secvențelor de nucleotide obținute în separarea diferitelor lanțuri de molecule de ADN recombinant sunt artificiale, care sunt utilizate pe scară largă în multe domenii ale vieții umane. O cantitate considerabilă de lucrări științifice consacrate posibilitățile de tratament de studiu astfel de boli de astazi neînvins ca infectia cu HIV, tumori, și așa mai departe. De exemplu, prin unirea genelor care codifică proteine receptor de celule infectate cu virusul, alta gena care promovează sinteza poison plantelor perturbat biosinteza proteinelor în citoplasmă, care duce la moartea lor. Termenul poate fi găsită o multitudine de abordări pentru tratamentul congenitale și boli genetice dobândite, unde precoce si - la nivel molecular, submoleculare.
Există studii cunoscute în domeniul farmaceutic, îmbunătățirea caracteristicilor medicamentelor produse și a metodelor de livrare a acestora în celule, țesuturi ale corpului.
El a făcut progrese majore de transplant înainte, permițând organelor donate să crească într-o varietate de animale, sau chiar în tuburi cu un mediu nutritiv, eliminând astfel incompatibilitatea enzimei datorită modificării genetice.
Perspectivele dezvoltării
Ingineria genetică oferă oportunități enorme în materie de îmbunătățire a organismelor existente sau de creare de noi, care pot crește substanțial productivitatea proceselor biotehnologice, înmulțind valoarea lor economică pentru oameni.
Produsele modificate genetic s-au stabilit ferm în viața noastră și, în ciuda unor opinii sceptice ale experților, majoritatea oamenilor de știință tind să concluzioneze că viitorul OMG-urilor se află în domeniul securității alimentare pentru umanitate.
În viitor, oamenii de știință pot deschide orizonturi noi pentru cercetarea metabolismului, încetinirea procesului de îmbătrânire, dezvoltarea și utilizarea celei mai noi biotehnologii în raport cu corpul uman.
Un fapt interesant despre restricție
Scientist Randy Lewis (apropo, un mare fan al Spider-Man) a efectuat genomului de restricție păianjen, selectați fragmentul responsabil pentru producerea de web a carcasei (cea mai puternică) și apoi le încorpora în genele producției de lapte la capre. Rezultatul a fost apariția copiilor care produc lapte și păianjen.