Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И. Носова» (ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова»)

Институт естествознания и стандартизации

Кафедра химии

РЕФЕРАТ

по дисциплине Основы биотехнологии

на тему: «Ферменты, используемые в генетической инженерии»

Исполнитель:

Студент 4 курса группы ТПп-18 Черепанова Я.С.

Магнитогорск, 2021

Содержание

• Введение
• 1. Рестриктазы
• 2. Полимеразы
• 3. Лигазы
• 4. Нуклеазы
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Генетическая инженерия - совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами, введения их в другие организмы и выращивания искусственных организмов после удаления выбранных генов из ДНК. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, генетика, микробиология, вирусология. Если с клетками и клеточными органеллами можно работать микроманипуляторами, то никакие, даже самые мелкие микрохирургические инструменты не помогут при работе с макромолекулами ДНК и РНК. Этими инструментами могут выступать ферменты.

Только они могут найти определенные последовательности нуклеотидов. Эти ферменты издавна работают в клетке, выполняя работы по репликации (удвоению) ДНК, при делении клетки, репарации повреждений (восстановлению целостности молекулы), в процессах считывания и переноса генетической информации из клетки в клетку или в пределах клетки.

Следует отметить, что ферменты, применяемые в генной инженерии, лишены видовой специфичности, поэтому можно сочетать в единое целое фрагменты ДНК. Таким образом, ферменты генетической инженерии - это ферменты, позволяющие проводить различные манипуляции с молекулами ДНК: разрезать в определенных местах, соединять различные по происхождению фрагменты, синтезировать новые, не существующие в природе последовательности, и т.д.

Ферменты, используемые при конструировании рекомбинантных ДНК, можно разделить на несколько групп:

· рестриктазы;

· полимеразы;

· лигазы;

· нуклеазы.

1. Рестриктазы

Рестриктазы (рестрицирующие эндонуклеазы, эндонуклеазы рестрикции) - это ферменты, узнающие и атакующие определенные последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК (сайты рестрикции).

Еще в 1953 году было обнаружено, что ДНК определенного штамма E. coli, введенная в клетки другого штамма (например, ДНК штамма В - в клетки штамма С) не проявляет, как правило, генетической активности, так как быстро расщепляется на мелкие фрагменты. В 1966 году было показано, что это явление связано со специфической модификацией хозяйской ДНК - она содержит несколько метилированных оснований, отсутствующих в немодифицированной ДНК, причем метилирование (добавление к основанию метильной группы) происходит уже после завершения репликации. Бактерия способна отличить свою собственную ДНК от любой вторгающейся «чужеродной» именно по типу ее модификации. За «метку» отвечают метилирующие ферменты модификации, так называемые ДНК-метилазы. Различие в модификации делает чужеродную ДНК чувствительной к действию рестрицирующих ферментов, которые узнают отсутствие метильных групп в соответствующих сайтах.

Системы рестрикции и модификации широко распространены у бактерий; их существование играет важную роль в защите резидентной ДНК от загрязнения последовательностями чужеродного происхождения.

Поскольку разные бактерии по-разному метят свою ДНК, то и рестриктазы должны узнавать разные последовательности. И действительно, с тех пор выделены рестриктазы, узнающие более 150 сайтов рестрикции.

2. Полимеразы

Полимеразы - ферменты, катализирующие образование макромолекул из низкомолекулярных веществ. Важнейшие из полимераз - нуклеотидилтрансферазы, катализирующие синтез нуклеиновых кислот из нуклеозидтрифосфатов при использовании в качестве матрицы ДНК или РНК. Под действием полимераз нуклеозидтри - фосфаты переносятся к концу синтезируемой цепи нуклеиновой кислоты и происходит удлинение цепи на одну нуклеотидную единицу, сопровождающееся высвобождением молекулы пирофосфата.

ДНК-полимераза -- фермент, участвующий в репликации ДНК. Ферменты этого класса катализируют полимеризацию дезоксирибо-нуклеотидоввдоль цепочки нуклеотидов ДНК, которую фермент «читает» и использует в качестве шаблона. Тип нового нуклеотида определяется по принципу комплементарности с шаблоном, с которого ведётся считывание. Собираемая молекула комплементарна шаблонной моноспирали и идентична второму компоненту двойной спирали.

РНК-полимераза -- фермент, осуществляющий синтез молекул РНК. В узком смысле, РНК-полимеразой обычно называют ДНК-зависимые РНК-полимеразы, осуществляющие синтез молекул РНК на матрице ДНК, то есть осуществляющие транскрипцию. Ферменты класса РНК-полимераз очень важны для функционирования клетки, поэтому они имеются во всех организмах и во многихвирусах.

РНК-полимераза осуществляет синтез с нуля. Это возможно вследствие того, что взаимодействие начального нуклеотида гена и РНК-полимеразы позволяет ей закрепиться на цепочке и обрабатывать следующие нуклеотиды.

3. Лигазы

В 1961 г. Мезельсон и Вейгл показали, что рекомбинация включает разрыв и последующее воссоединение молекул ДНК. Это положило начало поискам фермента, участвующего в сшивании фрагментов ДНК. В 1967 году такой фермент был найден и получил название ДНК-лигаза. Он катализирует синтез фосфодиэфирной связи в 2-х цепочечной молекуле нуклеиновой кислоты. Создание фосфодиэфирных связей в одноцепочечных разрывах двухцепочечной ДНК с помощью ДНК-лигаз является наряду с рестрикцией одним из важнейших этапов получения рекомбинантных ДНК in vitro. ДНК лигазы разделяют на два семейства в зависимости от используемого ими кофактора в качестве донора AMP:

1) ATP-зависимые лигазы обнаруживают у бактериальных и эукариотических вирусов, архей, дрожжей, млекопитающих и эубактерий.

2) NAD+ -зависимые ДНК-лигазы имеются почти исключительно у эубактерий. Единственное известное исключение в этом отношении составляют энтомопоксвирусы насекомых Melanoplus sanguinipes и Amsacta moorei.

Наибольшее применение в генно-инженерных исследованиях сегодняшнего дня находит ATP-зависимая ДНК-лигаза бактериофага Т4. Т4- ДНК-лигаза осуществляет соединение фрагментов дцДНК, обладающих комплементарными «липкими» или «тупыми» концами.

4. Нуклеазы

Нуклеазы -- группа ферментов, специфически атакующих (способ воздействия) нуклеиновые кислоты и катализирующих расщепление межнуклеотидных связей в поли- или олигонуклеотидах без образования неорганического фосфата; по характеру каталитического действия являются фосфодиэстеразами. Нуклеазы обнаружены во всех живых организмах. Им принадлежит существенная роль в клеточном метаболизме и в обмене веществ организма в целом; они участвуют в пищеварении, разнообразных процессах обмена нуклеиновых кислот, генетической рекомбинации, исправлении генетических повреждений (репарации) и защите клетки от чужеродных нуклеиновых кислот. Величина активности нуклеаз в различных тканях и жидкостях человека имеет значение для диагностики ряда заболеваний.

Специфические нуклеазы часто применяются в биохимиии молекулярно-биологических исследованиях структуры и функций нуклеиновых кислот и всего генетического аппарата клетки.

Нуклеазы найдены во многих тканях и жидкостях тела человека: печени, селезенке, тимусе, слюне, сыворотке крови. Высокой активностью отличаются растущие молодые ткани.

Хотя все нуклеазы по характеру своего действия являются фосфодиэстеразами, однако механизм разрыва фосфодиэфирной связи может быть различным. Поэтому группа включает в себя представителей нескольких классов и подклассов ферментов. Прежде всего это гидролазы фосфодиэфиров -- ферменты, катализирующие разрыв межнуклеотидных связей путем прямого гидролиза. Сюда относятся все ДНК-азы, деполимеризующие молекулы ДНК, нуклеазы, не проявляющие заметной специфичности к углеводному компоненту нуклеиновой кислоты и атакующие как ДНК, так и РНК, а также некоторые РНК-азы, катализирующие деполимеризацию молекул РНК. Другая (большая) часть РНК-аз осуществляет расщепление молекул РНК не путем прямого гидролиза, а через предшествующее ему внутримолекулярное перефосфорилирование.

По способу атаки субстрата разделяют на две категории: эндонуклеолитические (эндонуклеазы) и экзонуклеолитические (экзонуклеазы).

Эндонуклеазы расщепляют полинуклеотид между внутренними звеньями полимерной цепи. При этом часто проявляется определенная степень избирательности фермента -- специфичность к химической природе оснований, находящихся по соседству с атакуемыми связями.

Экзонуклеазы катализируют последовательное отщепление мононуклеотидов от одного из концов полинуклеотидной цепи. В результате происходит деполимеризация молекулы нуклеиновой кислоты вплоть до олиго- или мононуклеотидов. Большинство экзонуклеаз не обладает сильно выраженной специфичностью по отношению к азотистым основаниям нуклеотидов, соседних с атакуемыми связями. Некоторые экзонуклеазы способны гидролизовать оба типа нуклеиновых кислот, хотя сродство к ДНК и РНК у них обычно неодинаковое.

фермент рестриктаза полимераза лигаза

Заключение

В данной работе были рассмотрены некоторые из ферментов, используемые в генной инженерии, их основные свойства. Отмечены такие виды как рестриктазы, полимеразы, лигазы, и нуклеазы, каждая из которых является ферментом генной инженерии. В свою очередь ферменты генетической инженерии - это ферменты, позволяющие проводить различные манипуляции с молекулами ДНК: разрезать в определенных местах, соединять различные по происхождению фрагменты, синтезировать новые, не существующие в природе последовательности, и т.д.

Дальнейший прогресс человечества во многом связан с развитием биотехнологии и в особенности генной инженерии, прогресс которой на прямую связан с ферментами. Однако, вместе с тем необходимо учитывать, что неконтролируемое распространение генноинженерных живых организмов и продуктов может нарушить биологический баланс в природе и представлять угрозу здоровью человека и всему живому миру.

Список использованных источников

1. Введение в генетическую инженерию: Учебное пособие для самостоятельной внеаудиторной работы студентов по курсу «Генная инженерия» /З.И. Абрамова. - Казань: Казанский университет, 2008.- 169 с. -

2. Нуклеазы

3. Химик. Нуклеазы

4. Основы генетической инженерии. Методическое пособие/ Г.Г. Гончаренко - Отв.ред. Л.В. Хотылева.- Гомель: УО «ГГУ им. Ф.Скорины», 2003. - 118 с.

Размещено на Allbest.ru