2. Ферменты используемые в генетической инженерии (рестриктазы, лигазы) и механизм их действия

Рестриктазы - это ферменты, при помощи которых получают фрагменты ДНК.

Лигазы - ферменты, соединяющие фрагменты ДНК.

Расщепление ДНК в специфических участках нуклеотидных последовательностей осуществляется особыми ферментами - рестрикцирующими нуклеазами, способными разрушить чужеродную ДНК. Все ферменты можно условно разделить на следующие группы:

1) используемые для получения фрагментов ДНК;

2) синтезирующие фрагменты ДНК на матрице РНК;

3) соединяющие фрагменты ДНК;

4) позволяющие осуществить изменение структуры концов фрагментов ДНК;

5) применяемые для приготовления гибридизационных проб.

Каждый фермент, способный разрушить чужеродную ДНК, опознает в ней последовательность из 4…6 нуклеотидов. В настоящее время выпускается более 100 разнообразных рестриктаз. Каждый фермент опознает различные последовательности нуклеотидов и специфично разрывает их. При разрыве образуется серия фрагментов, называемая рестрикционной (рестрикта), с тупыми либо липкими концами. Преимущественно разрывается двунитевая ДНК.

Рисунок 1 - Участки узнавания ДНК тремя рестриктазами из Haemophilus parainfluenzae (HpaI); Escherichia coli (EcoRI) и Haemophilus influenzae (HindIII)

Многие рестриктазы вносят разрывы в две цепи ДНК со смещением на несколько нуклеотидов и образованием на концах фрагментов коротких одноцепочечных участков. Они способны образовывать комплементарные пары оснований с любым другим одноцепочечным участком, полученным с помощью того же фрагмента (липкие концы). Липкие концы позволяют легко соединить два любых фрагмента ДНК в одно целое. Полученный фрагмент ДНК можно встроить в очищенную ДНК плазмиды или бактериального вируса.

Сравнение размеров фрагментов ДНК после обработки соответствующего участка генома набором рестриктаз позволяет построить рестрикционную карту, отражающую расположение определенной последовательности нуклеотидов в данном участке. Сравнением таких карт можно оценить степень гомологии между отдельными генами без определения их нуклеотидной последовательности. Рестрикционные карты важны для клонирования ДНК, решения эволюционных и филогенетических задач.

Один из важных этапов конструирования молекулы ДНК - лигирование (или сшивание) генов с помощью фрагмента ДНК - лигазы. Сшивание фрагментов ДНК, содержащих нужные гены, осуществляют двумя основными методами:

а) по «липким» концам;

б) с помощью искусственно достроенных «липких» концов (ферментативным путем). «Липкие» концы - взаимнокомплементарные участки, длиной из 4…6 пар нуклеотидов.

После того, как рекомбинантная ДНК сшита, ее вводят в живые клетки.