Endonukleazy restrykcyjne molekularne nożyczki

Podobne dokumenty
Endonukleazy restrykcyjne molekularne nożyczki

Endonukleazy restrykcyjne molekularne nożyczki

Endonukleazy restrykcyjne molekularne nożyczki

ENZYMY RESTRYKCYJNE ENZYMY RESTRYKCYJNE CZYM RÓŻNIĄ SIĘ POSZCZEGÓLNE ENZYMY? nazewnictwo: EcoRV

Najważniejsze z nich to: enzymy restrykcyjne wektory DNA inne enzymy np. ligazy, fosfatazy, polimerazy, nukleazy

Definicje. Białka rekombinowane (ang. recombinant proteins, r-proteins) Ukierunkowana mutageneza (ang. site-directed/site-specific mutagenesis)

Najważniejsze z nich to: enzymy restrykcyjne wektory DNA inne enzymy np. ligazy, fosfatazy, polimerazy, nukleazy

Mieszanina trójfosforanów deoksyrybonukleotydów (dntp: datp, dgtp, dctp, dttp) Bufor reakcyjny zapewniający odpowiednie warunki reakcji

Ćwiczenie 3 PCR i trawienie DNA enzymami restrykcyjnymi

Transformacja pośrednia składa się z trzech etapów:

Klonowanie molekularne Kurs doskonalący. Zakład Geriatrii i Gerontologii CMKP

Farmakogenetyka Biotechnologia Medyczna I o

Ćwiczenia 1 Wirtualne Klonowanie Prowadzący: mgr inż. Joanna Tymeck-Mulik i mgr Lidia Gaffke. Część teoretyczna:

Inżynieria Genetyczna ćw. 3

TaqNova-RED. Polimeraza DNA RP20R, RP100R

Biologia medyczna, materiały dla studentów

Markery klasy II -Polimorfizm fragmentów DNA (na ogół niekodujących): - RFLP - VNTR - RAPD

Powodzenie reakcji PCR wymaga właściwego doboru szeregu parametrów:

KLONOWANIE DNA REKOMBINACJA DNA WEKTORY

Metody badania polimorfizmu/mutacji DNA. Aleksandra Sałagacka Pracownia Diagnostyki Molekularnej i Farmakogenomiki Uniwersytet Medyczny w Łodzi

2. Enzymy pozwalające na manipulację DNA a. Polimerazy DNA b. Nukleazy c. Ligazy

Biologia Molekularna z Biotechnologią ===============================================================================================

Najważniejsze z nich to: enzymy restrykcyjne wektory DNA inne enzymy np. ligazy, fosfatazy, polimerazy, kinazy, nukleazy

Mapowanie fizyczne genomów -konstrukcja map wyskalowanych w jednostkach fizycznych -najdokładniejszą mapą fizyczną genomu, o największej

PCR - ang. polymerase chain reaction

ENZYMY RESTRYKCYJNE CZYM RÓŻNIĄ SIĘ POSZCZEGÓLNE ENZYMY? ENZYMY RESTRYKCYJNE- TYP I. nazewnictwo: EcoRV

Inżynieria genetyczna- 6 ECTS. Inżynieria genetyczna. Podstawowe pojęcia Część II Klonowanie ekspresyjne Od genu do białka

ENZYMY RESTRYKCYJNE ENZYMY RESTRYKCYJNE CZYM RÓŻNIĄ SIĘ POSZCZEGÓLNE ENZYMY? nazewnictwo: EcoRV

Metody odczytu kolejności nukleotydów - sekwencjonowania DNA

Genetyka, materiały dla studentów Pielęgniarstwa

Ćwiczenia 1 Wirtualne Klonowanie. Prowadzący: mgr Anna Pawlik i mgr Maciej Dylewski. Część teoretyczna:

Podstawy inżynierii genetycznej

TaqNovaHS. Polimeraza DNA RP902A, RP905A, RP910A, RP925A RP902, RP905, RP910, RP925

Ćwiczenie 5 Klonowanie DNA w wektorach plazmidowych

POLIMERAZY DNA- PROCARYOTA

Polimeraza Taq (1U/ l) 1-2 U 1 polimeraza Taq jako ostatni składniki mieszaniny końcowa objętość

Ligazy. Zastosowanie ligazy w inżynierii genetycznej:

Zakład Biologii Molekularnej Materiały do ćwiczeń z przedmiotu: BIOLOGIA MOLEKULARNA

Obsługa pipet automatycznych. 2,0 μl 10,0 μl 20,0 μl 20 μl 100 μl 200 μl

Biologia Molekularna Podstawy

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

PCR - ang. polymerase chain reaction

Hybrydyzacja kwasów nukleinowych

O trawieniu restrykcyjnym

Biotechnologia i inżynieria genetyczna

PCR - ang. polymerase chain reaction

POLIMERAZY DNA- PROCARYOTA

PCR łańcuchowa reakcja polimerazy

Nowoczesne systemy ekspresji genów

Klonowanie i transgeneza. dr n.med. Katarzyna Wicher

Ćwiczenie 1 Plazmidy bakteryjne izolacja plazmidowego DNA

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Zakład Biologii Molekularnej Materiały do ćwiczeń z przedmiotu: BIOLOGIA MOLEKULARNA

4. DNA podporządkowany człowiekowi manipulacje DNA

Inżynieria Genetyczna ćw. 2

BUDOWA I FUNKCJA GENOMU LUDZKIEGO

DNA i RNA ENZYMY MODYFIKUJĄCE KOŃCE CZĄSTECZEK. DNA i RNA. DNA i RNA

Ćwiczenia 2-4 KLONOWANIE DNA

ĆWICZENIE 1 i 2 Modyfikacja geu wołowej beta-laktoglobuliny przy użyciu metody Overlap Extension PCR (wydłużania nakładających się odcinków)

Tematyka zajęć z biologii

Elektroforeza kwasów nukleinowych

Hybrydyzacja kwasów nukleinowych

RT31-020, RT , MgCl 2. , random heksamerów X 6

Elektroforeza kwasów nukleinowych

PCR. Aleksandra Sałagacka

Metody inżynierii genetycznej SYLABUS A. Informacje ogólne

S YL AB US MODUŁ U ( PRZEDMIOTU) I nforma c j e ogólne

DNA musi współdziałać z białkami!

Elektroforeza kwasów nukleinowych

Jaka jest lokalizacja genu na chromosomie? Jakie jest jego sąsiedztwo?

Techniki molekularne w mikrobiologii SYLABUS A. Informacje ogólne

Elektroforeza kwasów nukleinowych

PCR - ang. polymerase chain reaction

Wybrane zastosowania metod inżynierii genetycznej

Ćwiczenie 1 Plazmidy bakteryjne izolacja plazmidowego DNA

mikrosatelitarne, minisatelitarne i polimorfizm liczby kopii

Dominika Stelmach Gr. 10B2

Proteomika: umożliwia badanie zestawu wszystkich lub prawie wszystkich białek komórkowych

Genetyczne modyfikowanie organizmów Kierunek OCHRONA ŚRODOWISKA, II rok semestr letni 2015/16

Zestaw do oczyszczania DNA po reakcjach enzymatycznych. Nr kat. EM03 Wersja zestawu:

Znaczenie genetyki. Opracował A. Podgórski

Techniki biologii molekularnej Kod przedmiotu

Metody badania ekspresji genów

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

Inżynieria genetyczna

Ćwiczenie 7 Klonowanie DNA w wektorach plazmidowych

Biotechnologia współczesna

Metody analizy genomu

Elektroforeza kwasów nukleinowych

AmpliTest Babesia spp. (PCR)

SYLABUS. Wydział Biologiczno-Rolniczy. Katedra Biochemii i Biologii Komórki

PL B1. UNIWERSYTET PRZYRODNICZY W LUBLINIE, Lublin, PL BUP 26/11

Analizy DNA in silico - czyli czego można szukać i co można znaleźć w sekwencjach nukleotydowych???

Sylabus Biologia molekularna

2. Przedmiot zamówienia: Odczynniki chemiczne do izolacji DNA i reakcji PCR, wymienione w Tabeli 1. Nazwa odczynnika Specyfikacja Ilość*

ROZPORZĄDZENIE KOMISJI (UE) / z dnia r.

Endonukleazy restrykcyjne i metody molekularne w diagnostyce

Recenzja rozprawy doktorskiej mgr Olgi Żołnierkiewicz pt. Chemiczna synteza zoptymalizowanego genu taqiirm:

W związku z wydzieleniem pakietów i dodaniem nowych zmianie ulegają zapisy SIWZ.

Transkrypt:

Endonukleazy restrykcyjne molekularne nożyczki

Inżynieria genetyczna nauka o technikach (narzędziach) biologii molekularnej pozwalających na świadomą i zamierzoną ingerencję w materiał genetyczny organizmów w celu wyizolowania i charakterystyki określonych fragmentów DNA (np. genów) oraz zmiany ich właściwości dziedzicznych Dzięki technikom inżynierii genetycznej możemy : izolować z komórki fragmenty materiału genetycznego (geny) powielać geny (klonowanie molekularne) i całe organizmy wprowadzać zmiany do informacji genetycznej przenosić fragmenty DNA (geny) do komórek innego organizmu

Nie należy utożsamiać inżynierii genetycznej z biotechnologią Biotechnologia to pojęcie szersze, obejmujące wszelkie manipulacje żywymi organizmami (zwłaszcza mikroorganizmami) w celu osiągnięcia określonych korzyści. Inżynieria genetyczna istnieje od ok. 40 lat, biotechnologia od niepamiętnych czasów Współczesna biotechnologia opiera się w dużej mierze na rekombinacji DNA in vitro. Dzięki niej możliwa jest: heterologiczna ekspresja genów kodujących określone białka zmiana (optymalizowanie) poziomu ekspresji konkretnego genu wprowadzanie celowych zmian sekwencji nukleotydowych powodujących zmiany aminokwasów, a co za tym idzie modyfikacje właściwości białka, często ulepszenie jego działania transgeneza roślin i zwierząt terapia genowa

Klonowanie genu ludzkiej insuliny i produkcja rekombinowanej insuliny w bakteriach Ekspresja ludzkiej insuliny w bakteriach Enzym restrykcyjny ludzkie cdna linker Zrekombinowane DNA plazmidowe Wektor plazmidowy Klonowanie molekularne bakteria chromosom Tranfsormacja rekombinowana insulina rekombinowana insulina

Aby manipulować materiałem genetycznym (np. genami) niezbędne są odpowiednie narzędzia molekularne, które pozwalają uzyskać tzw. zrekombinowane DNA (umożliwiają rekombinację materiału genetycznego in vitro czyli w próbówce). Najważniejsze z nich to: enzymy restrykcyjne, ligazy, wektory

Klonowanie genu ludzkiej insuliny i produkcja zrekombinowanej insuliny w bakteriach 1. Wszelkie zabiegi na materiale genetycznym muszą rozpocząć się od jego wyizolowania z komórki. 2. Cząsteczki DNA są następnie dzielone na mniejsze odcinki za pomocą enzymów restrykcyjnych w celu pozyskania konkretnych fragmentów DNA

Enzymy restrykcyjne jako narzędzie w inżynierii genetycznej i biologii molekularnej Podstawowe zastosowanie enzymów restrykcyjnych w inżynierii genetycznej 1. Izolacja (pozyskiwanie) fragmentów DNA (liniowych cząsteczek) do rekombinacji in vitro i klonowania molekularnego 2. Mapowanie fizyczne genomów 3. Diagnostyka (np. chorób) i identyfikacja (np. ustalanie pokrewieństwa)

Enzymy restrykcyjne (restryktazy) (ER) pod względem biochemicznym to endonukleazy przecinają szkielet cukierfosforan w DNA Restryktazy działają na określone sekwencje w DNA: żeby strawić DNA enzym restrykcyjny musi zobaczyć określony ciąg nukleotydów (miejsce rozpoznania) Nazewnictwo enzymów (Smith i Nathans) Nazewnictwo enzymów restrykcyjnych opiera się na literowych skrótach, w których pierwsza litera pochodzi od rodzaju bakterii, a druga i trzecia od gatunku. Następna litera oznacza szczep lub typ, a kolejne enzymy z danego typu lub szczepu otrzymują liczby rzymskie Enzym Pochodzenie Miejsce trawienia 5' -->3' Ava I Anabaena variabilis C* C/T C G A/G G Bam HI Bacillus amyloliquefaciens G* G A T C C Bgl II Bacillus globigii A* G A T C T Eco RI Escherichia coli RY 13 G* A A T T C Eco RII Escherichia coli R245 * C C A/T G G Hae III Haemophilus aegyptius G G * C C Hha I Haemophilus haemolyticus G C G * C Hind III Haemophilus inflenzae Rd A* A G C T T Hpa I Haemophilus parainflenzae G T T * A A C Kpn I Klebsiella pneumoniae G G T A C * C Mbo I Moraxella bovis *G A T C Mbo I Moraxella bovis *G A T C Pst I Providencia stuartii C T G C A * G Sma I Serratia marcescens C C C * G G G SstI Streptomyces stanford G A G C T * C Sal I Streptomyces albus G G * T C G A C Taq I Thermophilus aquaticus T * C G A Xma I Xanthamonas malvacearum C * C C G G G

Podział systemów restrykcyjnych na klasy I, II i III Główne różnice pomiędzy klasami systemów restrykcyjnych dotyczą: 1) wzajemnej lokalizacji aktywności restryktazy i metylazy DNA W klasie I i III te dwie aktywności są w obrębie jednego kompleksu enzymatycznego, złożonego z dwóch lub trzech heterologicznych podjednostek, w klasie II są rozdzielone na dwa odrębne białka 2) lokalizacji miejsca trawienia względem miejsca rozpoznania DNA 3) Enzymy poszczególnych klas różnią się także wymaganiami co do kofaktorów potrzebnych do ich aktywności in vitro

Endonukleazy restrykcyjne I klasy Aktywność metylacji i ATP-zależnej restrykcji są w tym samym kompleksie białkowym Substratem jest dwuniciowy DNA (dsdna) zawierający określoną sekwencję miejsce rozpoznania Przykłady enzymów I klasy i ich miejsc rozpoznania: CfrA1 EcoAI EcoBI EcoKI GCANNNNNNNNGTGG GAGNNNNNNNGTCA TGANNNNNNNNTGCT AACNNNNNNGTGC Ogólnie: 3 nt/6-8 N/4-5 nt - sekwencja rozpoznawana jest asymetryczna przecinają obydwie nici w pewnej odległości (kilkadziesiąt-kilkaset pz) od rozpoznanej sekwencji Do swojej aktywności wymagają S-adenozylo-metioniny (SAM), Mg +2 i ATP.

Endonukleazy restrykcyjne III klasy Substratem jest dsdna Aktywność metylacji i ATP-zależnej restrykcji są w tym samym kompleksie białkowym Rozpoznają asymetryczne miejsca 5-7 nukleotydowe: EcoP I EcoP 15I Hinf III AGACC CAGCAG CGAAT przecinają DNA w odległości 24-26 nt od miejsca rozpoznania Wymagają do działania jonów Mg +2 i ATP.

Endonukleazy restrykcyjne II klasy Posiadają rozdzieloną aktywność restryktazy i metylazy (dwa odrębne białka), ich geny zwykle sąsiadują w genomie Enzymy typu II trawią obydwa pasma DNA w obrębie miejsca rozpoznania - krótkiej sekwencji zazwyczaj 4-8 nt (niekiedy 12 nt) Substratem jest dwuniciowe DNA - dsdna (nieliczne enzymy mogą przecinać określone sekwencje w jednoniciowym ssdna). Większość enzymów restrykcyjnych nie przecina zmetylowanego DNA na jednym lub obu pasmach ich miejsca rozpoznania, choć nieliczne wymagają metylacji do aktywności in vitro bezwzględnie wymagają jedynie jonów Mg

Właściwości miejsca rozpoznania ER klasy II Większość miejsc rozpoznania jest ścisłym palindromem z symetrią rotacyjną ma długość najczęściej 4, 5, 6, 7, 8 nt Niekiedy palindrom może być przerwany przez serię 1-9 dowolnych nt np. Sfi I GGCCNNNNNGGCC Długość sekwencji rozpoznawanej warunkuje częstość trawienia DNA np.: (zakładając że G+C = 50%) enzymy z 8 nt sekwencją rozpoznania tną DNA co ok. 65 kpz (służą np. do konstrukcji bibliotek genomowych) z 6 nt sekwencją rozpoznania tną DNA co 4096 bp (4 6 ) (wygodne do izolowania odcinków DNA obejmujących pojedyczne geny) 4 nt sekwencją rozpoznania trawioną DNA z częstością co 256 bp (4 4 ) (tworzenie tzw. odcisków palca DNA fingerpinting)

Enzymy rzadkotnące: Rozpoznają 7-8 nukleotydowe sekwencje np.: SapI 5 - GCTCTTC -3 Sgf1 5 - GCGATCGC -3 Enzymy, które rozpoznają sekwencje bogate w pary GC albo AT SmaI rozpoznaje 5 CCCGGG -3, trawi co 78 kb; NotI rozpoznaje 5 GCGGCCGC 3, trawi co 10 Mpz

Niektóre enzymy pochodzące z różnych bakterii rozpoznają identyczne sekwencje, są to tzw. izoschizomery i mogą przecinać te sekwencje w dokładnie taki sam sposób

Neoizoschizomery enzymy rozpoznające taką samą sekwencję, ale przecinające ją w inny sposób. Przykłady: SmaI XmaI 5 CCC GGG 3 5 C CCGGG 3

Trawienie enzymami restrykcyjnymi tworzy wolne końce DNA Lepkie końce mogą być różnej długości (zwykle są 2 lub 4 nt, ale mogą być także 1 lub 3 nt) i mogą mieć nadmierności typu 5 lub 3, w zależności od użytego enzymu restrykcyjnego. Mogą też tworzyć tępe końce Większość enzymów trawi DNA generując końce z 5 - fosforanem lub 3 OH (wyjątek np. Nci I tworzy końce: 3 -fosforan i 5 -OH)

Jeśli lepkie końce są komplementarne, ligaza może je bardzo łatwo połączyć niezależnie od pochodzenia DNA, tworząc zrekombinowane DNA in vitro Możemy łączyć in vitro również tępe końce DNA ale jest nieco mniej wydajne zrekombinowane DNA

Użycie ER in vitro Czynniki wpływające na aktywność enzymów restrykcyjnych Skład buforu: Enzymy mają różne preferencje jeśli chodzi o siłę jonową (stęż. soli) i kationy (Na lub K). Zwykle pracują w ph 8.0. Bufory są zwykle dostarczane razem z enzymem przez firmę. Źle dobrany bufor powoduje albo brak trawienia albo tzw. częściowe trawienie. można trawić równocześnie kilkoma enzymami dobierając pośrednie warunki reakcji Bufor do przechowywania: Tris-EDTA, EDTA jest inhibitorem działania enzymów restrykcyjnych, ale nie w stężeniach poniżej 0,05 mm Temperatura inkubacji; Większość enzymów pracuje w 37 C. Enzymy izolowane z termofilnych bakterii tną DNA w temp. 50 65 C, inne z bakterii psychrofilnych, ze względu na krótki okres półtrwania, w temp. 25 C. Jednostka aktywności Ilość enzymu potrzebna to strawienia 1μg DNA faga w 60 min, w odpowiedniej temp., w objętości 50 μl

Na wydajność trawienia duży wpływ ma czystość DNA: kontaminacje solami (np. z innych buforów ważne przy wielokrotnych trawieniach), inhibitory, nukleazy mogą powodować trawienie częściowe lub jego kompletny brak DNA Rodzaj użytego DNA Oligonukleotydy i produkty PCR Plazmidowe i fagowe DNA Genomowe DNA (w roztworze) Genomowe DNA w postaci bloczków agarozowych (więcej enzymu, dłuższa inkubacja)

Aktywność gwiaździsta (star activity, relaxation of specificity) Enzym w niestandardowych warunkach tnie DNA w miejscach innych niż miejsce rozpoznania, np. BamHI (GGATCC) może trawić sekwencje: NGATCC, GPuATCC, GGNTCC Niestandardowe warunki to: zbyt długa inkubacja bardzo wysokie stęż. enzymu wysokie ph lub niska siła jonowa, za wysokie stęż. glicerolu, obecność rozpuszczalników organicznych w reakcji (etanol, DMSO) zastąpienie jonów Mg innymi dwuwartościowymi kationami jak Mn lub Co

Mapowanie restrykcyjne Mapa restrykcyjna zawiera dokładną lokalizację miejsc restrykcyjnych w obrębie fragmentu (cząsteczki) DNA. Najprostszą metodą jest trawienie próbek DNA pojedynczymi enzymami, a następnie parami tych enzymów. Produkty trawienia są rozdzielane w żelu agarozowym dla określenia wielkości fragmentów, a następnie odtwarza się kolejność ułożenia enzymów danym fragmencie lub cząsteczce. Pojedyncze trawienie zwykle mówi ile jest fragmentów restrykcyjnych w badanym DNA, a podwójne trawienie mówi o kolejności i orientacji fragmentów. Warunkiem jest całkowite strawienie fragmentów Mapy restrykcyjne konstruuje się wtedy, gdy nie znamy sekwencji DNA. Jeśli sekwencja jest znana wystarczy wstawić tę sekwencję do programu komputerowego i uzyska się b. dokładną mapę restrykcyjną

Zastosowanie enzymów w diagnostyce chorób genetycznych Analiza polimorfizmu DNA RFLP restriction fragment length polymorphism. Różnice w dłg. fragmentów restrykcyjnych tworzonych po cięciu DNA restryktazami. Polimorofizm wykrywa się głównie przez trawienie DNA amplifikowanego w reakcji PCR i elektroforezę agarozową produktów reakcji (PCR-RLFP). Polimorfizm restrykcyjny może być stosowany np. do oznaczania ojcostwa

Wykrywanie mutacji (diagnostyka chorób genetycznych) przy pomocy enzymów restrykcyjnych np.: w anemii sierpowatej Normalny gen globiny CTGAG GACTC Zmutowany gen globiny CTGTG GACAC Trawienie enzymem Dde I Elektroforeza agarozowa Dwa fragmenty o dłg: 201 i 175 bp Jeden fragment o dłg. 376 bp