Endonuklease: fungsi, jenis dan contohnya

endonuklease adalah enzim-enzim yang memotong ikatan fosfodiester terletak dalam rantai nukleotida. Situs restriksi endonuklease sangat bervariasi. Beberapa dari enzim ini memotong DNA (asam deoksiribonukleat, materi genetik kita) hampir di mana saja, yaitu tidak spesifik.

Sebaliknya, ada kelompok endonuklease lain yang sangat spesifik di wilayah atau urutan yang akan dibelah. Kelompok enzim ini dikenal sebagai enzim restriksi, dan mereka sangat berguna dalam biologi molekuler. Dalam kelompok ini kita memiliki enzim terkenal Bam HI, Eco RI dan Alu I.

Endonuklease: fungsi, jenis dan contohnya

Endonuklease memotong DNA secara internal . Sumber: pixabay.com

Berlawanan dengan endonuklease, ada jenis protein katalitik lain – eksonuklease – yang bertanggung jawab untuk memutuskan ikatan fosfodiester di ujung rantai.

Indeks artikel

Endonuklease restriksi

Endonuklease restriksi atau enzim restriksi adalah protein katalitik yang bertanggung jawab untuk memutuskan ikatan fosfodiester di dalam rantai DNA dalam urutan yang sangat spesifik.

Enzim ini dapat dibeli dari beberapa perusahaan bioteknologi dan penggunaannya hampir penting dalam teknik manipulasi DNA saat ini.

Endonuklease restriksi diberi nama menggunakan huruf pertama dari nama ilmiah binomial organisme asalnya, diikuti oleh strain (ini opsional) dan diakhiri dengan kelompok enzim restriksi tempat mereka berasal. Misalnya, Bam HI dan Eco RI adalah endonuklease yang banyak digunakan.

Wilayah DNA yang dikenali enzim disebut situs restriksi dan unik untuk setiap endonuklease, meskipun beberapa enzim mungkin bertepatan di situs restriksi. Situs ini umumnya terdiri dari barisan palindromik pendek dengan panjang sekitar 4 sampai 6 pasangan basa, seperti AGCT (untuk Alu I) dan GAATTC untuk Eco RI.

Urutan palindromik adalah urutan yang, meskipun dibaca dalam arah 5 ‘ke 3’ atau 3 ‘ke 5’, adalah identik. Misalnya, untuk kasus Eco RI, barisan palindromiknya adalah: GAATTC dan CTTAAG.

Fungsi dan aplikasi endonukleus restriksi

Untungnya bagi ahli biologi molekuler, bakteri telah mengembangkan serangkaian endonuklease restriksi yang secara internal memecah materi genetik.

Di alam, enzim ini telah berevolusi – mungkin – sebagai sistem perlindungan bakteri terhadap invasi molekul DNA asing, seperti yang berasal dari fag.

Untuk membedakan antara materi genetik mereka sendiri dan asing, endonuklease restriksi ini dapat mengenali urutan nukleotida tertentu. Dengan demikian, DNA yang tidak memiliki urutan seperti itu dapat tidak terganggu di dalam bakteri.

Sebaliknya, ketika endonuklease mengenali situs restriksi, ia mengikat DNA dan memotongnya.

Para ahli biologi tertarik untuk mempelajari materi genetik makhluk hidup . Namun, DNA terdiri dari beberapa juta pasangan basa panjangnya. Molekul-molekul ini sangat panjang dan harus dianalisis dalam fragmen-fragmen kecil.

Untuk memenuhi tujuan ini, endonuklease restriksi diintegrasikan ke dalam berbagai protokol biologi molekuler. Misalnya, gen individu dapat ditangkap dan direplikasi untuk analisis di masa mendatang. Proses ini disebut “kloning” gen.

Polimorfisme panjang fragmen restriksi (RFLP)

Polimorfisme panjang fragmen restriksi mengacu pada pola sekuens nukleotida spesifik dalam DNA yang mampu dikenali dan dipotong oleh endonuklease restriksi.

Berkat kekhususan enzim, setiap organisme dicirikan oleh pola pemotongan DNA yang spesifik, yang berasal dari fragmen dengan panjang yang bervariasi.

Jenis-jenis endonuklease restriksi

Secara historis, endonuklease restriksi telah diklasifikasikan menjadi tiga jenis enzim, yang ditandai dengan angka Romawi. Baru-baru ini, jenis keempat endonuklease telah dijelaskan.

Tipe I

Karakteristik paling penting dari endonuklease tipe I adalah bahwa mereka adalah protein yang terdiri dari beberapa subunit. Masing-masing berfungsi sebagai kompleks protein tunggal dan biasanya memiliki dua subunit yang disebut R, dua M dan satu S.

Bagian S bertanggung jawab untuk pengenalan situs restriksi dalam DNA. Subunit R, pada bagiannya, sangat penting untuk pembelahan dan M bertanggung jawab untuk mengkatalisis reaksi metilasi.

Ada empat subkategori enzim tipe I, yang dikenal dengan huruf A, B, C, dan D, yang umum digunakan. Klasifikasi ini didasarkan pada komplementasi genetik.

Enzim tipe I adalah endonuklease restriksi pertama yang ditemukan dan dimurnikan. Namun, yang paling berguna dalam biologi molekuler adalah tipe II, yang akan dijelaskan pada bagian selanjutnya.

Tipe II

Endonuklease restriksi tipe II mengenali urutan DNA spesifik dan pembelahan pada posisi konstan di dekat urutan yang menghasilkan 5 ‘fosfat dan 3’ hidroksil. Mereka umumnya membutuhkan ion magnesium (Mg 2+ ) sebagai kofaktor , tetapi ada beberapa yang memiliki persyaratan yang jauh lebih spesifik.

Secara struktural, mereka dapat muncul sebagai monomer, dimer atau bahkan tetramer. Teknologi rekombinan menggunakan endonuklease tipe II dan untuk alasan ini lebih dari 3.500 enzim telah dikarakterisasi.

Tipe III

Sistem enzim ini terdiri dari dua gen, yang disebut mod dan res, yang mengkode subunit yang mengenali DNA dan untuk modifikasi atau pembatasan. Kedua sub-kota yang diperlukan untuk pembatasan, proses benar-benar tergantung pada hidrolisis dari ATP .

Untuk membelah molekul DNA, enzim harus berinteraksi dengan dua salinan dari urutan pengenalan non-palindromik dan situs harus dalam orientasi terbalik pada substrat. Pembelahan didahului oleh translokasi DNA.

Tipe IV

Sebuah kelompok tambahan telah diidentifikasi akhir-akhir ini. Sistem ini terdiri dari dua atau lebih gen yang mengkode protein yang membelah hanya sekuens DNA yang dimodifikasi, baik glukosil termetilasi, hidroksimetilasi, atau terhidrometilasi.

Misalnya, enzim EckKMcrBC mengenali dua dinukleotida dengan bentuk umum RmC; purin diikuti oleh sitosin termetilasi, yang dapat dipisahkan oleh beberapa pasangan basa – dari 40 hingga hampir 3000. Pembelahan terjadi sekitar 30 pasangan basa di belakang tempat yang dikenali enzim.

Tipe V endonuklease

Endonuklease jenis ini juga dikenal sebagai ” homing ” endonuklease . Enzim-enzim ini mengenali dan memotong urutan DNA target di situs genom unik dari 14 hingga 40 bp.

Enzim ini sering dikodekan dalam intron dan fungsinya diyakini untuk mempromosikan transfer horizontal dari urutan pemotongan. Setelah pemotongan, perbaikan putus terjadi pada heliks ganda DNA berdasarkan urutan komplementer.

Contoh

Endonuklease I dari E. coli bertindak sebagai sistem pertahanan terhadap fag dan parasit. Hal ini terletak terutama antara membran sitoplasma dan dinding sel. Ini menghasilkan pemutusan untai ganda pada DNA asing yang berinteraksi dengannya di ruang periplasmik.

Endonuklease tipe CRISPR-Cas adalah enzim yang bekerja dalam mekanisme pertahanan banyak jenis bakteri. Ini mengidentifikasi dan memotong urutan DNA spesifik dari organisme yang menyerang, yang umumnya virus.

Baru-baru ini, para peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT) menemukan sistem pengeditan genom CRISPR-Cas12bm dengan presisi tinggi untuk modifikasi sel manusia.

Referensi

  1. Burrell, MM (Ed.). (1993). Enzim biologi molekuler . Totowa, NJ: Humana Press.
  2. Loenen, WA, Dryden, DT, Raleigh, EA, & Wilson, GG (2013). Enzim restriksi tipe I dan kerabatnya. Penelitian asam nukleat , 42 (1), 20-44.
  3. Murray, PR, Rosenthal, KS, & Pfaller, MA (2017). Mikrobiologi Medis + StudentConsult dalam bahasa Spanyol + StudentConsult . Ilmu Kesehatan Elsevier.
  4. Nathans, D., & Smith, HO (1975). Pembatasan endonuklease dalam analisis dan restrukturisasi molekul DNA. Tinjauan tahunan biokimia , 44 (1), 273-293.
  5. Pingoud, A., Fuxreiter, M., Pingoud, V., & Wende, W. (2005). Endonuklease restriksi tipe II: struktur dan mekanisme. Ilmu kehidupan seluler dan molekuler , 62 (6), 685.