Enzyme cắt giới hạn là gì? Có những loại enzyme cắt giới hạn nào? Enzyme cắt giới hạn có những ứng dụng gì trong đời sống xã hội? Nếu bạn đọc đang băn khoăn thắc mắc về những vấn đề kể trên thì hãy đọc ngay bài viết dưới đây để có được câu trả lời chính xác nhé!
Enzyme cắt giới hạn có khả năng phân cắt các đoạn phân tử ADN
Enzyme cắt giới hạn là gì?
Enzyme cắt giới hạn hay gọi tắt là enzyme giới hạn là một loại enzyme đặc biệt có khả năng nhận diện chính xác một đoạn trình tự ADN ngắn và cắt chính xác phân tử ADN ở những vị trí đặc hiệu.
Danh pháp quốc tế hay tên gọi khoa học của enzyme cắt giới hạn là: restriction endonuclease enzyme.
Từ những năm 50 của thế kỷ trước, một số nhà khoa học đã bắt đầu chú ý đến những loại enzyme có khả năng tác động và ảnh hưởng đến những phân tử AND trong tế bào. Nhưng đến tận năm 1970, 2 nhà khoa học H.Smith và D.Nathaus mới phát hiện ra enzyme giới hạn đầu tiên:
+ Họ đã tách được enzyme cắt giới hạn từ vi khuẩn Haemophilus influenzase và đặt tên cho nó là Hind II. Đây chính là enzyme giới hạn đầu tiên được tìm ra trên thế giới.
+ Đồng thời 2 nhà khoa học cũng đã chứng minh được hầu như các vi khuẩn đều có một hệ thống enzyme chuyên biệt dùng để tác động đến ADN nhằm mục đích chính là bảo vệ tế bào trước sự xâm nhập của những AND từ bên ngoài.
Cũng giống như các loại enzyme khác, enzyme cắt giới hạn có bản chất là protein được cấu thành nên từ hàng loạt các acid amin để tạo nên chuỗi có cấu trúc tương tự polypeptide.
Đặc tính sinh học của các enzyme cắt giới hạn là khả năng phân huỷ liên kết phosphodieste của bộ khung ADN mạch đôi mà không gây tổn hại đến các nucleotide. Tuy nhiên chúng chỉ cắt được các trình tự lặp đối xứng khi đọc theo chiều 5´-3´ trên mạch ADN gọi là trình tự nhận biết. Vị trí điểm cắt của enzyme giới hạn có thể nằm trong hoặc ngoài trình tự nhận biết này.
Hoạt động của các enzyme cắt giới hạn
Phân loại các enzyme cắt giới hạn
Tính từ lần đầu phát hiện cho đến nay, các nhà khoa học trên thế giới đã tìm ra và tách chiết được hàng trăm loại enzyme cắt giới hạn khác. Xét theo những đặc tính sinh học đặc trưng như: điểm cắt, khả năng methyl hóa, điều kiện để cắt và cấu trúc, người ta chia các enzyme cắt giới hạn thành 3 loại khác nhau, đó là:
+ Enzyme cắt giới hạn loại 1: Chúng có cấu trúc bao gồm 3 chuỗi polypeptide khác nhau. Điểm cắt của các enzyme loại này sẽ nằm ở vị trí cách xa trình tự nhận biết (khoảng cách thường trên 1000bp). Chúng có khả năng methyl hóa gốc Adenin và điều kiện để xảy ra phản ứng cắt là có năng lượng ATP, Mg2+ và S-AdoMet.
+ Enzyme cắt giới hạn loại 2: có cấu trúc bao gồm 2 chuỗi polypeptide giống nhau. Vị trí cắt trên mạch ADN của các enzyme giới hạn này nằm ở trong trình tự nhận biết. Chúng không có khả năng methyl hóa gốc Adenin và điều kiện để xảy ra phản ứng cắt là chỉ cần có Mg2+ hoặc Mn2+.
+ Enzyme cắt giới hạn loại 3: có cấu trúc bao gồm 2 chuỗi polypeptide khác nhau. Điểm cắt trên mạch AND của các enzyme loại này nằm ở bên ngoài trình tự nhận biết nhưng gần hơn nhiều so với enzyme loại 1. Chúng không có khả năng methyl hóa gốc Adenin và điều kiện để xảy ra phản ứng cắt là có Mg2+ và S-AdoMet.
Ứng dụng của các enzyme cắt giới hạn là gì?
Ứng dụng của enzyme giới hạn
Với khả năng phân cắt mạch phân tử AND, các enzyme cắt giới hạn có thể được ứng dụng trong nhiều kỹ thuật sinh học phân tử và kỹ thuật di truyền trên thế giới. Trong số đó quan trọng nhất là ứng dụng tạo ADN tái tổ hợp cùng với enzyme ligase.
Enzyme cắt giới hạn cũng có thể dùng với mục đích nghiên cứu và phân tích cấu trúc ADN của các loài sinh vật, từ đó phát hiện ra các hệ gen và lập nên được bản đồ gen di truyền.
Trong y học hiện đại, enzyme cắt giới hạn có thể được ứng dụng để chẩn đoán và phát hiện ra các loại bệnh di truyền cũng như những đột biến bất thường có thể xảy ra trên ADN của người xét nghiệm.
Các enzyme giới hạn có vai trò quan trọng trong các quy trình kỹ thuật tiên tiến nhất hiện nay như: quy trình Real-time PCR trong phát hiện methyl hóa DNA, quy trình microarray trong sàng lọc bất thường di truyền thai nhi và quy trình giải trình tự thế hệ mới (NGS).
Bên cạnh đó, enzyme cắt giới hạn còn có thể được ứng dụng để tìm hiểu các mối quan hệ di truyền ở trong tự nhiên hay phát hiện ra nguồn gốc của các quần thể sinh vật trên thế giới.
Qua bài viết về chủ đề “enzyme cắt giới hạn” vừa rồi hy vọng rằng độc giả đã có thêm được nhiều kiến thức bổ ích. Để tìm hiểu thêm về những thông tin kiến thức khác, xin vui lòng truy cập vào địa chỉ: https://biogreenjsc.com.vn/tin-tuc/