ENDONUKLEASE: FUNGSI, JENIS DAN CONTOH - BIOLOGI - 2025

The endonuklease adalah enzim-enzim yang memotong ikatan fosfodiester terletak dalam rantai nukleotida. Situs pembatasan 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 sangat berguna dalam biologi molekuler. Dalam kelompok ini kami memiliki enzim terkenal Bam HI, Eco RI dan Alu I.

Endonuklease memotong DNA secara internal.
Sumber: pixabay.com

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

Batasan endonuklease

Endonuklease restriksi atau enzim restriksi adalah protein katalitik yang bertanggung jawab untuk memutus 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 tempat asalnya, diikuti oleh regangan (ini opsional) dan diakhiri dengan kelompok enzim restriksi tempat asalnya. Misalnya, Bam HI dan Eco RI adalah endonuklease yang banyak digunakan.

Wilayah DNA yang dikenali oleh enzim disebut situs restriksi dan unik untuk setiap endonuklease, meskipun beberapa enzim mungkin bertepatan di lokasi restriksi. Situs ini umumnya terdiri dari sekuens palindromik pendek yang panjangnya sekitar 4 sampai 6 pasang 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', tetap identik. Misalnya, untuk kasus Eco RI, urutan palindromiknya adalah: GAATTC dan CTTAAG.

Fungsi dan aplikasi endonukle restriksi

Untungnya bagi ahli biologi molekuler, selama evolusi bakteri telah mengembangkan serangkaian restriksi endonuklease 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 asli dan asing, restriksi endonuklease ini dapat mengenali urutan nukleotida spesifik. Dengan demikian, DNA yang tidak memiliki urutan ini dapat tidak terganggu di dalam bakteri.

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

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

Untuk memenuhi tujuan ini, restriksi endonuklease 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 batasan (RFLP)

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

Berkat spesifisitas enzim, setiap organisme dicirikan oleh pola pemotongan spesifik dalam DNA, yang menghasilkan fragmen dengan panjang variabel.

Jenis restriksi endonuklease

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

Ketik I

Karakteristik terpenting 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 mengenali situs restriksi dalam DNA. Subunit R, pada bagiannya, sangat penting untuk pembelahan dan M bertanggung jawab untuk mengkatalisasi reaksi metilasi.

Ada empat subkategori enzim tipe I, yang dikenal dengan huruf A, B, C, dan D, yang umum digunakan. Klasifikasi ini didasarkan pada komplemen 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 di bagian selanjutnya.

Tipe II

Endonuklease restriksi tipe II mengenali sekuens DNA spesifik dan pembelahan pada posisi konstan dekat dengan sekuens 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 enzimatis ini terdiri dari dua gen, yang disebut mod dan res, yang mengkode subunit yang mengenali DNA dan untuk modifikasi atau pembatasan. Kedua subunit diperlukan untuk pembatasan, suatu proses yang sepenuhnya bergantung pada hidrolisis ATP.

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

Tipe IV

Grup tambahan telah diidentifikasi belakangan ini. Sistem ini terdiri dari dua atau lebih gen yang mengkode protein yang hanya membelah urutan DNA yang dimodifikasi, baik glukosil termetilasi, terhidroksimetilasi, 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 setelah lokasi yang dikenali oleh enzim.

Endonuklease tipe V

Endonuklease jenis ini juga dikenal sebagai endonuklease "homing". Enzim ini mengenali dan memotong urutan DNA target di situs unik dalam genom dari 14 menjadi 40 bp.

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

Contoh

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

CRISPR-Cas endonuklease adalah enzim yang bekerja pada mekanisme pertahanan berbagai jenis bakteri. Ini mengidentifikasi dan memotong urutan DNA tertentu 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 + Konsultasi Mahasiswa dalam Bahasa Spanyol + Konsultasi Mahasiswa. Ilmu Kesehatan Elsevier.
4. Nathans, D., & Smith, HO (1975). Batasan endonuklease dalam analisis dan restrukturisasi molekul DNA. Review 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.