Системы рестрикции и модификации бактериальной клетки

Работающая в клетках бактерий система рестрикции и модификации (система R-M) образована 2 специфическими для штамма ферментами – метилазами и рестриктазами. Эти ферменты узнают в ДНК одни и те же определенные короткие последовательности нуклеотидов – сайты.

Метилаза, модифицируя определенные основания внутриклеточной ДНК, предохраняет ее от действия собственной клеточной рестриктазы. Модификация – это процесс пострепликативного изменения структуры ДНК.

Рестриктазыобозначаются буквой R. Название фермента складывается из первой буквы рода и двух первых букв вида бактерий, из которого был выделен фермент, например, Bacillus subtilis – Bsu, Escherichia coli – Eco. Если в штамме имеется несколько систем рестрикции и модификации, то вводится число,римская цифра отражает хронологию открытия фермента.

В настоящее время все известные рестриктазы в зависимости от потребности в кофакторах и характера расщепления нуклеотидных последовательностей ДНК разделяют на три типа: I, II и III. В природных условиях более распространены системы типа II.

Рестриктазы II типа– относительно просто организованные белки, у них сайты узнавания и места рестрикции совпадают. Сайты рестрикции рестриктаз II типа представлены – палиндромами.

Палиндром – это когда в двух цепях ДНК последовательности одинаковые, но идут в противоположных направлениях. Пример палиндрома показан на примере рестриктазы EcoR1:

По размеру сайты рестрикции могут быть представлены от 4 до 14 п.н..

Рестриктазы II типа делятся на две группы в зависимости от того, каким образом они разрезают последовательность ДНК. Одни из них выполняют прямой разрез ДНК (по оси симметрии). В результате образуются фрагменты ДНК с тупыми или ровными концами. Примером таких рестриктаз является эндонуклеаза Bal I:

Рестриктазы второй группы выполняют ступенчатый разрез (на некотором расстоянии от оси симметрии). В результате этого в месте разреза образуются неровные, или липкие, концы, т. е. рестрикты имеют на своих концах однонитевые взаимно комплементарные участки. Примером таких рестриктаз является фермент EcoR1:

Причем, рестриктазы одного и того же типа дают одинаковые липкие концы на разных рестриктах, независимо от их систематической принадлежности. Такие рестрикты могут объединяться друг с другом с образованием рекомбинантных молекул ДНК, что используется в генной инженерии.

Число охарактеризованных рестриктаз непрерывно растет, т.к. эти ферменты используют в биотехнологических и генетических исследованиях.