„Restrikciós endonukleáz” változatai közötti eltérés

[[Fájl:EcoRV 1RVA.png|bélyegkép|240px|Az ''EcoRV'' szerkezete és illeszkedése a DNS kettős szálához ]]

A '''restrikciós endonukláz''' (vagy '''restrikciós enzim''') olyan enzim, amely képes felismerni egy rövid [[Nukleotid|nukleotidszekvenciátnukleotid]]szekvenciát a kétszálú [[DNS (biológia)|DNS-en]] belül és azon a helyen – vagy a közelében – elvágja a DNS-t<ref>Roberts RJ (November 1976). "Restriction endonucleases". CRC Crit. Rev. Biochem. 4 (2): 123–64.</ref>. Ezeket az [[Enzim|enzimeketenzim]]eket [[baktériumok]] és [[Archeák|archebaktériumok]] termelik és a vírusfertőzés elleni védekezésben játszanak szerepet<ref>Arber W, Linn S (1969). "DNA modification and restriction". Annu. Rev. Biochem. 38: 467–500</ref>. A sejten belül azokat az idegen nukleinsavakat vágják el, melyekben az általuk felismert szekvencián egy metiláz enzim korábban nem helyezett el egy metilcsoportot (és ezáltal korlátozzák, restrikció alá helyezik a vírusszaporodást). A két folyamat együtt alkotja a [[restrikciós modifikációs rendszer|restrikciós modifikációs rendszert]]t.

Eddig több mint 3000 restrikciós endonukleázt tanulmányoztak részletesen és közülük mintegy 600 kereskedelmi forgalomba is került<ref>Roberts RJ, Vincze T, Posfai J, Macelis D. (2007). "REBASE—enzymes and genes for DNA restriction and modification". Nucleic Acids Res 35 (Database issue): D269–70. </ref>. A molekuláris biológiai laboratóriumok gyakran használják ezeket az enzimeket, többek között a [[klónozás]] és a génsebészet alapvető eszközei.

Az 1950-es évek elején fedezte fel [[Salvador Luria]] és Giuseppe Bertani, hogy a [[Lambda-fág|λ-fág]] egyes ''[[Escherichia coli]]'' törzsekben jól szaporodik, míg másokban sokkal kevésbé<ref>Luria SE, Human ML (October 1952). "A nonhereditary, host-induced variation of bacterial viruses". J. Bacteriol. 64 (4): 557–69. </ref>. Bizonyos törzsek képesek voltak csökkenteni a vírus fertőzőképességét, amely más törzsekbe való átvitel után is megmaradt. Az 1960-as években [[Werner Arber]] és [[Matthew Meselson]] kimutatta, hogy a restrikciós hatás a [[Bakteriofág|fág]] DNS-ének feldarabolása miatt következik be és az ezt végző enzimet restrikciós endonukláznak (a nukleinsav közepén vágó enzimnek) nevezték el<ref>Meselson M, Yuan R (March 1968). "DNA restriction enzyme from E. coli". Nature 217 (5134): 1110–4. </ref>. Ezek az endonuklázok az I-es típushoz tartoztak, amelyek a felismerőhely közelében random módon vágják el a DNS-t. 1970-ben [[Hamilton O. Smith]], [[Thomas Kelly]] és Kent Welcox felfedezte az első II-es típusú enzimet, a ''[[Haemophilus influenzae]]'' ''HindII'' fehérjéjét, amely a felismerőhelyen belül vágott<ref>Smith HO, Wilcox KW (July 1970). "A restriction enzyme from Hemophilus influenzae. I. Purification and general properties". J. Mol. Biol. 51 (2): 379–91. </ref>. [[Daniel Nathans]] mutatta ki, hogy a restrikciós endonukleázok specifikus darabokra vágják az ''[[SV40]]'' (''simian virus 40'') DNS-ét, amiket aztán [[Gélelektroforézis|gélelektroforézisselgélelektroforézis]]sel szét lehet választani<ref>Danna K, Nathans D (December 1971). "Specific cleavage of simian virus 40 DNA by restriction endonuclease of Hemophilus influenzae". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 68 (12): 2913–7.</ref>. A módszerrel el lehetett kezdeni a vírusgenom feltérképezését. Werner Arber, Daniel Nathans, és Hamilton O. Smith 1978-ban [[Nobel-díjasok listája|orvosi Nobel-díjat]] kapott a restrikciós enzimekkel végzett munkájukért.

Egyes endonukleázok „tompa” végű fragmenteket produkálnak, mint például a ''SmaI'':</br>

Melegítés hatására a szálak szétválaszthatók és utána egy másik, ugyanilyen enzimmel elvágott DNS-el összehibridizálhatóak. Az elvágott szálak pedig a [[DNS-ligáz]] enzim segítségével összeforraszthatóak.

A restrikciós endonukleázok elnevezése a következő szabály szerint áll össze: első betűje annak a baktérium genusának első betűje, amelyikből izolálták; utána a fajnév első két betűje; a törzs – ha van – első betűje, és végül egy sorszám. Az ''EcoRI'' például az ''Escherichia coli'' RY13 törzséből elsőként izolált enzim<ref>Smith HO, Nathans D (December 1973). "Letter: A suggested nomenclature for bacterial host modification and restriction systems and their enzymes". J. Mol. Biol. 81 (3): 419–23. </ref>.

A baktériumokban előforduló restrikciós endonukleázokat négy csoportba (I, II III, és IV) sorolják, szerkezetük, kofaktorigényük, felismerőhelyük és hasítóhelyük alapján<ref>Bickle TA, Krüger DH (June 1993). "Biology of DNA restriction". Microbiol. Rev. 57 (2): 434–50.</ref>:

*II. típus, a felismerőhelyen belül vagy hozzá nagyon közel vág; [[Magnézium|magnéziumionramagnézium]]ionra van szüksége, metilázfunkcióval nem rendelkezik.

A természetes enzimek szerkezetének kutatása lehetővé tette mesterséges endonukleázok létrehozását. Ilyenkor egy DNS-kötő domént egy nukleázdoménnel (például a ''FokI'' hasítódoménját) kombinálnak össze<ref>Kim YG, Cha J, Chandrasegaran S (February 1996). "Hybrid restriction enzymes: zinc finger fusions to Fok I cleavage domain". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93 (3): 1156–60. </ref>. Az ilyen enzimek specificitása tetszés szerint módosítható, akár 36 bázispár hosszú [[szekvencia (nukleinsav)|szekvenciát]] is felismerhetnek.

A ragadós véget produkáló restrikciós enzimeket különböző eredetű DNS-szálak egymáshoz illesztésére lehet felhasználni, így főleg a génklónozási (nem összetévesztendő a teljes szervezet [[Klónozás|klónozásávalklónozás]]ával) és génsebészeti kísérletekben. Erre a célra speciális [[Plazmid|plazmidvektorokatplazmid]]vektorokat fejlesztettek ki, melyeken több, gyakran használt enzim felismerőhelye is megtalálható. Mind a plazmidot, mind az átvivendő DNS-szakaszt restrikciós enzimmel kezelik, összekeverés után felmelegítéssel elválasztják egymástól a szálakat, majd visszahűtés után (miután a kétszálú DNS-konformáció helyreállt) ligáz enzimmel összekötik az endonukleáz által elvágott szálat<ref>Geerlof A. [http://www.embl.de/pepcore/pepcore_services/cloning/cloning_methods/restriction_enzymes/ "Cloning using restriction enzymes".] European Molecular Biology Laboratory - Hamburg. </ref>.

A restrikciós endonukleázok egyes [[Mutáció|pontmutációk]] gyors és olcsó felismerésére is alkalmasak, amennyiben a mutáció elront egy felismerőhelyet (vagy létrehozza azt). Ilyenkor az endonukleázos emésztés után az eredeti szakasz a [[gélelektroforézis]] során két rövidebb, míg a mutáns verzió egyetlen, hosszabb csíkot fog mutatni<ref>Wolff JN, Gemmell NJ (February 2008). "Combining allele-specific fluorescent probes and restriction assay in real-time PCR to achieve SNP scoring beyond allele ratios of 1:1000". BioTechniques 44 (2): 193–4, 196, 199.</ref>.

A molekuláris biológia korai időszakában, amikor még nem álltak rendelkezésre olcsó szekvenálási módszerek, a restrikciós enzimeket a kisebb (főleg vírus-) genomok feltérképezésére is használták.

Az alábbi táblázatban néhány restrikciós enzim, felismerő- és hasítóhelyük látható<ref>Roberts RJ (January 1980). "Restriction and modification enzymes and their recognition sequences". Nucleic Acids Res. 8 (1): r63–r80. </ref>: