אנזים הגבלה
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
אנזימי הגבלה (בלועזית: אנזימי רסטריקציה, Restriction enzymes) הנם אנזימים המסוגלים לחתוך קטעי DNA באזורים מסוימים מאוד.
כל אנזים הגבלה מזהה רצף נוקלאוטידים ייחודי ב-DNA, נצמד אליו וחותך את הסליל הכפול במקום ההיצמדות. רצף או אתר ההגבלה הנו ייחודי לכל אנזים, ומורכב מ-4 עד 12 נוקלאוטידים: לדוגמה, אנזים ההגבלה EcoRI מזהה את הרצף הבא:
- 3' GAATTC
- 5' CTTAAG
האנזים ייצמד אל כל מקום ב-DNA בו קיים רצף זה. החיתוך אותו מבצע האנזים יכול להתרחש במרכז הרצף (כך שברצף לעיל יתקבלו שלושה נוקלאוטידים מצד ימין ושלושה משמאל), אך במרבית המקרים נחתך הגדיל בצורה לא סימטרית, בחיתוך מדורג, דבר המביא ליצירת קצוות דביקים:
- 3' G|AATTC
- 5' CTTAA|G
הקו מציין את מקום החיתוך; אופן החיתוך גם הוא ספציפי לכל אנזים הגבלה, ואינו אקראי (כלומר, האנזים EcoRI תמיד יחתוך את הרצף בצורה המוצגת לעיל).
כל אנזימי ההגבלה הנם סוגים של אנדונוקלאזות (אנזימים החותכים DNA באמצע הגדיל, זאת בניגוד לאקסונוקלאזות, המפרקים נוקלאוטידים מקצוות הגדיל). אנזימי הגבלה נמצאים באופן טבעי בתאיהם של חיידקים רבים, שם הם משמשים כמנגנון הגנה בפני בקטריופאג'ים (האנזימים חותכים את ה-DNA הפאג'י וגורמים להרס הפאג'). שמות אנזימי ההגבלה ניתנים להם על שם החיידק בו נמצאו: EcoRI נמצא ב-E. coli; ה-R מייצג זן ספציפי של החיידק (RY13). קיימים שלושה סוגים של אנזימי הגבלה, המסומנים באותיות II ,I ו-III; כל סוג משתמש בשיטה שונה במקצת לחיתוך ה-DNA.
אנזים ההגבלה HindIII, למשל, נמצא בחיידק Haemophilus influenzae והוא אנזים מסוג III.
לאנזימי ההגבלה חשיבות עליונה בביולוגיה מולקולרית, בהנדסה גנטית ובביוטכנולוגיה; גילויים חוללו מהפכה של ממש בתחומים אלו. החשיבות נעוצה בקצוות הדביקים הנוצרים לאחר חיתוך ה-DNA. בקטע שהוצג לעיל, בו האנזים חותך את הקטע בקצה, קיימים לאחר החיתוך חמישה נוקלאוטידים חופשיים, אשר אינם מזווגים לנוקלאוטידים אחרים; אם ייפגשו נוקלאוטידים אלו עם נוקלאוטידים מקבילים בקטע DNA אחר (כלומר, A ייפגש עם T ו-C ייפגש עם G), הרי ששני הקטעים יתחברו ליצירת סליל DNA חדש.
זוהי השיטה העיקרית בה משתמשים הביולוגים לחיבור גדילי DNA. השיטה מאפשרת השתלה של גנים בתוך הגנום הקיים של יצור מסוים, ומכאן חשיבותה הרבה. ניתן, למשל, להשתיל את הגן המייצר את ההורמון אינסולין, החיוני לחולי סוכרת, בתוך תאו של חיידק; הגן ישתלב בחומר התורשתי של החיידק, והחיידק יתחיל לייצר אינסולין. לאחר שהחיידק יתחלק (באמצעות מיטוזה), שני הצאצאים ישאו אף הם את גן האינסולין וייצרו אף הם את ההורמון. אם הגן הושתל לתוך פלסמיד, הרי שהחיידק מסוגל עתה להעביר את הגן לחיידקים אחרים באמצעות קוניוגציה. לאחר זמן קצר מתקבלת מושבת חיידקים ענקית המייצרת כמויות נכבדות של אינסולין.
באמצעות אנזימי הגבלה ניתן גם לזהות קטעי DNA שהרצף שלהם ידוע. ניתן לחפש ברצף ה-DNA שאותו מעוניינים לבדוק אתרי הגבלה לאנזימים ידועים, ולבצע חיתוך בעזרת אנזימים אלו. בנוסף, חיתוך באנזימי הגבלה מאפשר שרטוט מפות הגבלה של מקטע מסוים ב-DNA, המספקות מידע חיוני ביותר למהנדסי ביוטכנולוגיה בעת הנדסה הגנטית. לאחר החיתוך יתקבלו כמה מקטעים בגדלים שונים, אותם ניתן לנתח באמצעות אלקטרופורזה.
