ما
هي إنزيمات القطع أو القص ؟
إنزيمات القطع أو القصر هي إنزيمات
تقسم الحمض النووي إلى أجزاء عند أو بالقرب من مواقع التعرف. وهي
فئة واحدة من مجموعة أوسع من إنزيمات نوكلياز الداخلية. تصنيف
إنزيمات القطع أو القصر عادة إلى
خمسة أنواع. وتختلف الأنواع الخمس في بنيتها وما إذا كانت تقطع الحمض النووي في مواقع
التعرف، أو ما إذا كانت مواقع التعرف والانقسام منفصلة عن بعضها البعض. لقطع الحمض
النووي، تقوم جميع إنزيمات القطع أو
القصر
بعمل شقين، في نفس الوقت واحدة عبر كل عمود فقري من السكر والفوسفات (أي كل شريط)
من الحلزون المزدوج للحمض النووي.
تم العثور على هذه الإنزيمات في
البكتيريا والعتائق (archaea)
وتوفر هذه الإنزيمات للبكتريا آلية دفاع ضد الفيروسات ما يغذوها من فيروسات. داخل
بدائيات النواة، تقوم إنزيمات القطع أو
القصر
بتقطيع الحمض النووي الغريب بشكل انتقائي في عملية تسمى الهضم المقيد؛ وفي الوقت
نفسه، يتم حماية الحمض النووي المضيف بواسطة إنزيم تعديل (ميثيل ترانسفيراز) الذي
يعدل الحمض النووي بدائيات النواة ويمنع الانقسام. وتشكل هاتان العمليتان معًا نظام
تعديل القيود.
هناك أكثر من 3600 إنزيم قطع أو قصر من فئة النوكلياز الداخلية
معروفة.
وتمثل
أكثر من 250 نوع من أنواع البكتريا. تمت
دراسة أكثر من 3000 منها بالتفصيل، وأكثر من 800 منها متاحة تجاريًا. تُستخدم هذه
الإنزيمات بشكل روتيني لتعديل الحمض النووي في المختبرات، وهي أداة حيوية في
الاستنساخ الجزيئي.
ما هي قصة اكتشاف إنزيمات القطع أو القصر ؟
نشأ مصطلح إنزيم القطع أو القصر من دراسات
العاثيات البكتيرية (وهو فيروس يصيب البكتيريا)،
وظاهرة تحكم البكتريا في هذه العاثيات. تم
التعرف على هذه الظاهرة لأول مرة في العمل الذي تم إنجازه في مختبرات سلفادور
لوريا، وجان ويغل، وجوزيبي بيرتاني في أوائل الخمسينيات من القرن العشرين. لقد وجدوا
أنه بالنسبة للعاثية البكتيرية (بكتريوفاج λ) التي تنمو بشكل جيد في إحدى سلالات البكتريا إشريكية
القولونية.
عندما تنمو في سلالة أخرى، تنخفض إنتاجيتها بشكل ملحوظ.
بما مقدره 3-5 مرات من حيث الحجم. تُعرف الخلية المضيفة، باسم المضيف المقيد ويبدو
أن لديها القدرة على تقليل النشاط البيولوجي للعاثية (بكتريوفاج
λ). إذا نميت العاثيات في إحدى السلالات، فإن
قدرة تلك العاثيات على النمو تصبح مقيدة أيضًا في سلالات أخرى. في ستينيات القرن
العشرين، ظهر من خلال العمل الذي تم إنجازه في مختبرات فيرنر أربر وماثيو ميسيلسون
أن التقييد يحدث بسبب الانقسام الأنزيمي للحمض النووي العاثي، وبالتالي يُطلق على
الإنزيم المعني اسم إنزيم القطع أو
القصر.
ما هي موقع تعرف إنزيمات القطع أو القصر وما اهميتها؟
إن إنزيمات القطع أو القصر التي
درسها أربر وميسلسون كانت من إنزيمات القطع أو القصر من النوع
الأول. وهذا النوغ من إنزيمات القطع أو
القصر بقص
الحمض النووي بشكل عشوائي بعيدًا عن موقع التعرف.
في عام 1970، قام هاملتون سميث وتوماس كيلي وكينت ويلكوكس بفصل أول إنزيم قطع أو قصر من النوع
الثاني HindII، من بكتيريا المستدمية النزلية (Haemophilus
influenzae).
تعتبر إنزيمات القطع أو القصر
من هذا النوع أكثر فائدة للعمل المختبري لأنها تلتصق بالحمض النووي في موقع التعرف
الخاص بها.
وهي الأكثر استخدامًا كأداة للبيولوجيا الجزيئية. لاحقًا، أوضح دانييل ناثانز
وكاثلين دانا أن انقسام الحمض النووي للفيروس القردي 40 (SV40) عن طريق إنزيمات القطع أو القصر ينتج عنه
شظايا محددة.
وهذه
الشظايا يمكن فصلها باستخدام الترحيل الكهربائي لهلام بولي أكريلاميد. وهذا
يوضح أنه يمكن أيضًا استخدام إنزيمات القطع أو القصر لرسم
خرائط الحمض النووي. وقد مُنح أربر، ودانييل ناثانز، وهاميلتون أو. سميث جائزة
نوبل في الفسيولوجيا أو الطب لعام 1978 إلى فيرنر لاكتشافهم إنزيمات القطع أو القصر. وقد كان
لاكتشاف إنزيمات القطع أو القصر
الدور الرئيس في معالجة الحمض النووي. فقد أدي
هذا الاكتشاف العظيم إلى تطوير تقنية الحمض النووي المؤتلف (recombinant
DNA) التي
لها العديد من التطبيقات. فمن ثمرتها إنتاج
البروتينات على نطاق واسع مثل الأنسولين البشري الذي يستخدمه مرضى السكري.
كيف تعمل إنزيمات القطع أو القصر؟
تنتشر
إنزيمات القصر في الكائنات الدقيقة؟ وقد تم
فصل ما يزيد عن 250 نوعا من هذه الانزيمات من سلالات
بكتيرية مختلفة.
يتعرف كل إنزيم من إنزيمات القصر
على تتابع
معين من النيوكليوتيدات بشريطىDNA . يتكون الموقع من
(4:7)
نيوكليوتيدات.
ويسمى
”موقع
التعرف”.
يوضح شكل 4 دور إنزيمات القص وإنزيم الربط في قطع وربط قطعتين مختلفتين من DNA عند مواقع محددة.
يقص الإنزيم جزئ DNA عند أو بالقرب من موقع
التعرف (شكل 4).
ويكون
تتابع القواعد
النيتروجينية على شريطىDNA عند موقع القطع هو نفسه
عندما يقرأ التتابع على كل شريط في اتجاه
3-.
-5 GAATTC
3-
-3 CTTAAG
5-
يقص انزيم القصر جزئDNA سواء كان مصدره فيروسي
أو بكتيري أو نباتي أو حيواني.
مادام يحتوي هذا الجزئ على نسخة أو
أكثر من تتابعات التعرف.
ما هي أهمية أنزيمات القطع أو القصر؟
تقص إنزيمات القصر DNA إلى قطع معلومة النيوكليوتيدات.
ذات أطراف مائلة مفردة الشريط. يمكن
لقواعدها أن تتزاوج مع قواعد أطراف لاصقة لشريط DNA أخر (شكل 4). لكن يجب أن يكون الشريطين قد تم
معاملته بنفس إنزيمات القصر, لكي يمكن ربطها معا بواسطة انزيم الربط.
وبهذه الطريقة يمكن لصق قطعة معينة من جزئ
DNA بقطعة اخرى من جزئ DNA أخر.
أمثلة محلولة على مواقع تعرف إنزيمات القصر
المثل الأول:
-5 GAATTC
3-
-3 CTTAAG
5-
موقع تعرف صحيح لانزيمات القصر
لانه يتكون من 5 نيوكليوتيدات على كلا الشريطين.
كما ان ترتيب النيوكليوتيدات متماثل في اتجاه 3 لكلا الشرطين.
المثل الثاني:
-5 ATCGAATTT
3-
-3 TAGCTTAAA
5-
موقع تعرف غير صحيح لانه يتكون من
8 نيوكليوتيات على كلا الشريطين. كما ان
ترتيب النيوكليوتيدات في اتجاه 3 على الشريطين غير متماثل.
لمزيد من المعلومات عن إنزيمات
القص شاهد الفيديو المرفق.
المراجع
https://en.wikipedia.org/wiki/Archaea
https://en.wikipedia.org/wiki/Recombinant_DNA
تعليقات