Es una proteína producida por bacterias que escinde ADN en sitios específicos.
Las bacterias usan enzimas de restricción para defenderse de virus bacterianos llamados bacteriófagos (o fagos).
Una enzima de restricción actúa como una tijera bioquímica. También se llama endonucleasa de restricción. Puede reconocer secuencias de bases específicas en el ADN y cortar el ADN en ese sitio (el sitio de restricción).
Cuando un fago infecta una bacteria, inserta su ADN en la bacteria para que pueda ser replicada. La enzima de restricción evita la replicación del ADN del fago al cortarlo en muchas partes.
Las enzimas de restricción fueron nombradas por su capacidad para restringir o limitar el número de cepas de bacteriófagos que pueden infectar a las bacterias.
Las enzimas de restricción pueden aislarse de las bacterias y usarse en el laboratorio para cortar el ADN. Son herramientas indispensables en tecnología de ADN recombinante e ingeniería genética.
Cada enzima de restricción reconoce una secuencia corta y específica de bases de nucleótidos (las cuatro subunidades químicas básicas de la molécula de ADN de doble cadena lineal: adenina, citosina, timina y guanina).
Estos estiramientos en el ADN se llaman secuencias de reconocimiento y se distribuyen aleatoriamente en todo el ADN. Diferentes especies bacterianas producen enzimas de restricción que reconocen diferentes secuencias de nucleótidos.
Después de que una endonucleasa de restricción reconoce una secuencia, corta a través de la molécula de ADN catalizando la hidrólisis (división de un enlace químico mediante la adición de una molécula de agua) del enlace entre nucleótidos adyacentes.
Las bacterias evitan que su propio ADN se degrade de esta manera al disfrazar sus secuencias de reconocimiento.
Las enzimas llamadas metilasas añaden grupos metilo (-CH3) a adenina o bases de citosina dentro de la secuencia de reconocimiento, que de este modo se modifica y protege de la endonucleasa.
La enzima de restricción y su metilasa correspondiente constituyen el sistema de restricción-modificación de una especie bacteriana.
Todas las enzimas de restricción son diferentes. Hay tres clases de enzimas de restricción, designadas tipos I, II y III.
Las enzimas de los Tipos I y III son similares en que ambas actividades de restricción y metilasa son llevadas a cabo por un gran complejo enzimático, en contraste con el sistema de tipo II, en el cual la enzima de restricción es independiente de su metilasa.
Las enzimas de restricción de tipo II también difieren de los otros dos tipos en que escinden ADN en sitios específicos dentro del sitio de reconocimiento; los otros escinden el ADN al azar, a veces cientos de bases de la secuencia de reconocimiento.
Las enzimas de restricción fueron descubiertas y caracterizadas originalmente por los biólogos moleculares Werner Arber, Hamilton O. Smith y Daniel Nathans, quienes compartieron el premio Nobel de medicina de 1978.
La capacidad de las enzimas de restricción para cortar ADN en lugares precisos ha permitido a los investigadores aislar fragmentos que contienen genes y recombinarlos con otras moléculas de ADN.
Se han identificado más de 2.500 enzimas de restricción de tipo II de una variedad de especies bacterianas. Estas enzimas reconocen aproximadamente 200 secuencias distintas, que tienen una longitud de cuatro a ocho bases.
Identidad de las enzimas de restricción
Las enzimas de restricción se nombran para el organismo del que se aislaron por primera vez.
Por ejemplo:
- Eco RI se aísla de la cepa RY13 de E. coli.
- Eco se refiere al género y a la especie (1ª letra del género; 1ª dos letras del epíteto específico).
- R es la cepa de E. coli.
- I (número romano) indica que fue la primera enzima de ese tipo aislada de E. coli RY13.
- Bam HI está aislado de la cepa H de Bacillus amyloliquefaciens.
- Sau3A está aislado de la cepa 3A de Staphylococcus aureas.
Algunas enzimas de restricción también cortan el ADN para formar extremos «romos» (sin colas monocatenarias), que también se pueden insertar en el ADN diana mediante la acción de la ADN ligasa.
La ADN ligasa no es quisquilloso, no puede diferenciar entre el ADN del huésped y el del huésped (¿quién imaginaría que alguna vez tendría que hacerlo?), Y esto permite la creación de ADN quimérico – ADN a partir de dos fuentes distintas.
Cada enzima reconoce y corta secuencias de ADN específicas. Por ejemplo, Bam HI reconoce la secuencia de doble cadena:
- 5 ‘- GGATCC – 3’
- 3 ‘- CCTAGG – 5’
La mayoría de las enzimas de restricción son específicas de un solo sitio de restricción. Los sitios de restricción son reconocidos sin importar de dónde vino el ADN
El número de cortes en el ADN de un organismo hecho por una enzima de restricción particular está determinado por el número de sitios de restricción específicos para esa enzima en el ADN de ese organismo.
Un fragmento de ADN producido por un par de cortes adyacentes se llama fragmento de restricción.
Una enzima de restricción particular típicamente cortará el ADN de un organismo en muchos pedazos, desde varios miles hasta más de un millón.
Existe una gran variación en los sitios de restricción incluso dentro de una especie.
Aunque estas variaciones no tienen expresión fenotípica más allá de las secuencias de base mismas, las variantes se pueden considerar «alelos» moleculares, y se pueden detectar con técnicas de secuenciación.
Como tales, se pueden usar en estudios de mapeo similares a la forma en que se pueden usar genes verdaderos con efectos fenotípicos conocidos, pero omitiendo los pasos de reproducción y yendo directamente a las moléculas.
Estos «alelos moleculares» son un tipo de marcador molecular, ya que pueden detectarse y ubicarse con sondas marcadas.
Extremos pegajosos
El floreciente campo de la biotecnología fue posible gracias al descubrimiento de enzimas de restricción a principios de la década de 1950. Con ellos, el ADN puede cortarse en lugares precisos.
Una segunda enzima, la ADN ligasa, se puede usar para volver a ensamblar las piezas en el orden deseado. En conjunto, estas dos enzimas permiten a los investigadores ensamblar genomas personalizados.
Por ejemplo, los investigadores pueden crear bacterias diseñadoras que producen insulina u hormona de crecimiento o agregan genes para la resistencia a las enfermedades de las plantas agrícolas.
Una propiedad interesante de las enzimas de restricción simplifica este corte y pegado molecular. Las enzimas de restricción típicamente reconocen una secuencia simétrica de ADN, tal como el sitio de EcoRI.
El hilo superior es el mismo que el hilo inferior, leído hacia atrás. Cuando la enzima corta la cadena entre G y A, deja cadenas sobresalientes.
Estos se denominan «extremos adhesivos» porque los pares de bases formados entre las dos partes sobresalientes pegarán las dos piezas juntas, incluso aunque se corte la columna vertebral.
Los extremos adhesivos son una parte esencial de la ingeniería genética, lo que permite a los investigadores cortar pequeñas piezas de ADN y colocarlas en lugares específicos, donde los extremos pegajosos coinciden.
