प्रतिबंध एंजाइम: कार्य, प्रकार और उदाहरण - जीवविज्ञान - 2025

प्रतिबंध एंजाइमों कुछ जीव और जीवाणु द्वारा नियोजित रोकना या अंदर "प्रतिबंधित" वायरस के प्रसार के लिए endonucleases हैं। वे विशेष रूप से बैक्टीरिया में आम हैं और प्रतिबंध / संशोधन प्रणाली के रूप में जाना जाने वाले विदेशी डीएनए के खिलाफ उनकी रक्षा प्रणाली का हिस्सा हैं।

ये एंजाइम विशिष्ट स्थानों पर, दोहराए गए और अतिरिक्त ऊर्जा के उपयोग के बिना डबल-बैंड डीएनए के दरार को उत्प्रेरित करते हैं। अधिकांश को कॉफ़ेक्टर्स की उपस्थिति की आवश्यकता होती है, जैसे कि मैग्नीशियम या अन्य द्विध्रुवीय उद्धरण, हालांकि कुछ को एटीपी या एस-एडेनोसिल मेथिओनिन की भी आवश्यकता होती है।

HindIII प्रतिबंध एंजाइम प्रतिक्रिया योजना (स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से हेलिक्सिटा)

1978 में डैनियल नाथन, आर्बर वर्नर और हैमिल्टन स्मिथ द्वारा प्रतिबंध संबंधी एंडोन्यूक्लाइजेस की खोज की गई थी, जिन्हें उनकी खोज के लिए चिकित्सा में नोबेल पुरस्कार मिला था। उनका नाम आम तौर पर जीव से मिलता है जहां वे पहली बार देखे गए हैं।

इस तरह के एंजाइमों का व्यापक रूप से डीएनए क्लोनिंग विधियों और अन्य आणविक जीव विज्ञान और आनुवंशिक इंजीनियरिंग रणनीतियों के विकास में उपयोग किया जाता है। उनकी विशिष्ट अनुक्रम मान्यता विशेषताओं और मान्यता स्थलों के करीब अनुक्रमों को काटने की क्षमता उन्हें आनुवंशिक प्रयोग में शक्तिशाली उपकरण बनाती है।

एक विशेष डीएनए अणु पर काम करने वाले प्रतिबंध एंजाइमों द्वारा उत्पन्न फ्रैगमेंट का उपयोग उन मूल अणु के "मानचित्र" को फिर से बनाने के लिए किया जा सकता है जहां उन एंजाइमों के बारे में जानकारी का उपयोग करके जहां एंजाइम डीएनए को काटते हैं।

कुछ प्रतिबंध एंजाइमों की डीएनए पर समान मान्यता साइट हो सकती है, लेकिन वे जरूरी नहीं कि इसे उसी तरह से काटें। इस प्रकार, ऐसे एंजाइम होते हैं जो छोड़ने वाले कुंद छोरों को काटते हैं और एंजाइम जो काटने वाले को समाप्त होते हैं, जिनके आणविक जीव विज्ञान में अलग-अलग अनुप्रयोग होते हैं।

वर्तमान में सैकड़ों अलग-अलग व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रतिबंध एंजाइम हैं, जो विभिन्न वाणिज्यिक घरों द्वारा पेश किए जाते हैं; ये एंजाइम विभिन्न उद्देश्यों के लिए "कस्टम" आणविक कैंची के रूप में कार्य करते हैं।

विशेषताएं

प्रतिबंध एंजाइम पोलीमरेज़ के विपरीत कार्य को पूरा करते हैं, क्योंकि वे एक न्यूक्लियोटाइड श्रृंखला में आसन्न न्यूक्लियोटाइड के बीच फॉस्फोडिएस्टर बॉन्ड के भीतर एस्ट्रल बॉन्ड को तोड़ते हैं या तोड़ते हैं।

आणविक जीव विज्ञान और आनुवंशिक इंजीनियरिंग में वे व्यापक रूप से अभिव्यक्ति और क्लोनिंग वैक्टर के निर्माण के लिए और साथ ही विशिष्ट अनुक्रमों की पहचान के लिए उपकरण का उपयोग करते हैं। वे पुनः संयोजक जीनोम के निर्माण के लिए भी उपयोगी हैं और उनमें जैव-प्रौद्योगिकीय क्षमता बहुत अधिक है।

जीन थेरेपी में हालिया अग्रिमों में विशेष रूप से जीन की शुरूआत के लिए प्रतिबंध एंजाइमों का वर्तमान उपयोग किया जाता है जो ऐसे जीनों को जीवित कोशिकाओं में परिवहन के लिए वाहन हैं, और संभवत: प्रदर्शन करने के लिए सेलुलर जीन में सम्मिलित करने की क्षमता है स्थायी परिवर्तन।

कारवाई की व्यवस्था

प्रतिबंध एंजाइम डबल-बैंड डीएनए दरार को उत्प्रेरित कर सकते हैं, हालांकि कुछ एकल-बैंड डीएनए अनुक्रम और यहां तक ​​कि आरएनए को पहचानने में सक्षम हैं। दृश्यों की मान्यता के बाद कटिंग होती है।

कार्रवाई के तंत्र में एक फॉस्फेट समूह और प्रत्येक डीएनए स्ट्रैंड के कंकाल में एक डीऑक्सीराइबोज़ के बीच फॉस्फोडिएस्टर बंधन के हाइड्रोलिसिस होते हैं। कई एंजाइम उसी साइट पर काटने में सक्षम हैं जिसे वे पहचानते हैं, जबकि अन्य 5 या 9 आधार जोड़े के बीच या उससे पहले काटते हैं।

ये एंजाइम आम तौर पर फॉस्फेट समूह के 5 'छोर पर काटते हैं, जिससे डीएनए के टुकड़े 5' फॉस्फोरिल एंड और 3 'टर्मिनल हाइड्रॉक्सिल अंत के साथ बढ़ते हैं।

चूंकि प्रोटीन डीएनए में मान्यता साइट के सीधे संपर्क में नहीं आते हैं, इसलिए उन्हें तब तक क्रमिक रूप से अनुवाद किया जाना चाहिए जब तक कि विशिष्ट साइट प्राप्त न हो, शायद डीएनए स्ट्रैंड पर "स्लाइडिंग" तंत्र के माध्यम से।

एंजाइमी दरार के दौरान, डीएनए किस्में के प्रत्येक के फॉस्फोडिएस्टर बंधन को प्रतिबंध एंजाइमों के सक्रिय स्थलों में से एक के भीतर तैनात किया जाता है। जब एंजाइम मान्यता और दरार साइट को छोड़ देता है, तो यह गैर-विशिष्ट क्षणिक संघों के माध्यम से ऐसा करता है।

प्रकार

वर्तमान में पांच प्रकार के प्रतिबंध एंजाइम ज्ञात हैं। यहाँ हर एक का एक संक्षिप्त विवरण दिया गया है:

टाइप I प्रतिबंध एंजाइम

ये एंजाइम तीन सबयूनिट्स के साथ बड़े पेंटामेरिक प्रोटीन होते हैं, एक प्रतिबंध के लिए, एक मिथाइलेशन के लिए, और एक डीएनए में अनुक्रम मान्यता के लिए। ये एंडोन्यूक्लियूज बहुक्रियाशील प्रोटीन हैं जो प्रतिबंध और संशोधन प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करने में सक्षम हैं, उनके पास एटीपीज़ गतिविधि है और डीएनए टोपोइज़ोमेरेज़ भी है।

इस प्रकार के एंजाइमों की खोज की जाने वाली पहली एंडोन्यूक्लाइजेस थीं, उन्हें पहली बार 1960 के दशक में शुद्ध किया गया था और तब से महान गहराई से अध्ययन किया गया है।

टाइप I एंजाइम का व्यापक रूप से जैव-तकनीकी उपकरण के रूप में उपयोग नहीं किया जाता है, क्योंकि दरार साइट मान्यता स्थल से 1,000 बेस जोड़े तक की चर दूरी पर हो सकती है, जो उन्हें प्रयोगात्मक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने के मामले में अविश्वसनीय बनाती है।

टाइप II प्रतिबंध एंजाइम

वे होमोडाइमर या टेट्रामर्स से बने एंजाइम हैं जो 4 से 8 बीपी की लंबाई के बीच परिभाषित स्थानों पर डीएनए काटते हैं। ये दरार वाली साइटें आमतौर पर पलिंडोमिक होती हैं, अर्थात, वे उन अनुक्रमों को पहचानती हैं जो दोनों दिशाओं में एक ही तरह से पढ़े जाते हैं।

बैक्टीरिया में टाइप II प्रतिबंध एंजाइमों में से कई डीएनए को काटते हैं जब वे इसके विदेशी चरित्र को पहचानते हैं, क्योंकि इसमें विशिष्ट संशोधन नहीं होते हैं जो स्वयं के डीएनए में होना चाहिए।

ये सबसे सरल प्रतिबंध एंजाइम हैं क्योंकि उन्हें डीएनए अनुक्रमों को पहचानने और काटने के लिए मैग्नीशियम (Mg +) के अलावा किसी भी कोफ़ेक्टर की आवश्यकता नहीं होती है।

सटीक पदों पर डीएनए में सरल अनुक्रमों को पहचानने और काटने में टाइप II प्रतिबंध एंजाइमों की सटीकता उन्हें आणविक जीव विज्ञान की अधिकांश शाखाओं में सबसे व्यापक रूप से उपयोग और अपरिहार्य में से एक बनाती है।

टाइप II प्रतिबंध एंजाइमों के समूह के भीतर कुछ गुणों के अनुसार वर्गीकृत कई उपवर्ग हैं जो प्रत्येक के लिए अद्वितीय हैं। इन एंजाइमों का वर्गीकरण वर्णमाला के अक्षरों को जोड़कर किया जाता है, एंजाइम के नाम के बाद ए से जेड तक।

उनकी उपादेयता के लिए जाने जाने वाले कुछ उपवर्ग निम्नलिखित हैं:

उपवर्ग IIA

वे विभिन्न उपनिवेशों के डिमर हैं। वे असममित अनुक्रमों को पहचानते हैं और एंजाइम काटने की पीढ़ी के लिए आदर्श अग्रदूत के रूप में उपयोग किया जाता है।

उपवर्ग IIB

वे एक या एक से अधिक डिमर से बने होते हैं और मान्यता अनुक्रम के दोनों ओर डीएनए काटते हैं। उन्होंने डीएनए के दोनों स्ट्रैंड्स को मान्यता स्थल से आगे एक बेस पेयर इंटरवल काट दिया।

उपवर्ग IIC

इस प्रकार के एंजाइम डीएनए स्ट्रैंड के विभाजन और संशोधन के कार्यों के साथ पॉलीपेप्टाइड हैं। इन एंजाइमों ने दोनों किस्में को विषम रूप से काट दिया।

उपवर्ग IIE

इस उपवर्ग के एंजाइमों का उपयोग जेनेटिक इंजीनियरिंग में सबसे अधिक किया जाता है। उनके पास एक उत्प्रेरक साइट है और आम तौर पर एक एलोस्टेरिक प्रभावकारक की आवश्यकता होती है। इन एंजाइमों को कुशल दरार प्रदर्शन करने के लिए अपने मान्यता अनुक्रम की दो प्रतियों के साथ बातचीत करने की आवश्यकता होती है। इस उपवर्ग में इकोरिआई और इकोरी नामक एंजाइम होते हैं।

टाइप III प्रतिबंध एंजाइम

टाइप III प्रतिबंध एंडोन्यूक्लाइजेस केवल दो सबयूनिट्स से बना है, एक डीएनए मान्यता और संशोधन के लिए जिम्मेदार है, जबकि दूसरा अनुक्रम दरार के लिए जिम्मेदार है।

इन एंजाइमों को अपने कार्य के लिए दो कोफ़ेक्टर्स की आवश्यकता होती है: एटीपी और मैग्नीशियम। इस प्रकार के प्रतिबंध एंजाइमों में दो असममित मान्यता वाले स्थल होते हैं, एक एटीपी पर निर्भर तरीके से डीएनए का अनुवाद करते हैं और इसे मान्यता स्थल से सटे 20-30 बीपी के बीच काट देते हैं।

आईवी प्रतिबंध एंजाइम टाइप करें

टाइप IV एंजाइमों की पहचान करना आसान है क्योंकि वे डीएनए को मेथिलिकरण के निशान से काटते हैं, वे कई अलग-अलग सबयूनिट से बने होते हैं जो डीएनए अनुक्रम को पहचानने और काटने के लिए जिम्मेदार होते हैं। ये एंजाइम CTPactors के रूप में GTP और डाइवलेंट मैग्नीशियम का उपयोग करते हैं।

विशिष्ट दरार स्थलों में न्यूक्लिक एसिड के एक या दोनों स्ट्रैंड पर मेथिलेटेड या हाइड्रॉक्सीमेथाइलेटेड साइटोसिन अवशेषों के साथ न्यूक्लियोटाइड किस्में शामिल हैं।

टाइप वी प्रतिबंध एंजाइम

यह वर्गीकरण CRISPER-Cas प्रकार के एंजाइमों को समूहित करता है, जो हमलावर जीवों के विशिष्ट डीएनए अनुक्रमों की पहचान करते हैं और काटते हैं। कैस एंजाइम हमलावर जीवों को पहचानने और उन पर हमला करने के लिए CRISPER सिंथेसाइज्ड गाइड RNA के एक स्ट्रैंड का उपयोग करते हैं।

प्रकार V के रूप में वर्गीकृत किए गए एंजाइम I, II और II एंजाइमों द्वारा संरचित पॉलीपेप्टाइड हैं। वे लगभग किसी भी जीव के डीएनए के वर्गों में कटौती कर सकते हैं और लंबाई की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ। उनके लचीलेपन और उपयोग में आसानी इन एंजाइमों को टाइप II एंजाइम के साथ-साथ आज आनुवंशिक इंजीनियरिंग में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले उपकरणों में से एक बनाती है।

उदाहरण

न्यूक्लिओटाइड प्रतिस्थापन की दर के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए डीएनए पॉलीमॉर्फिम्स का पता लगाने के लिए प्रतिबंध एंजाइमों का उपयोग किया गया है, विशेष रूप से जनसंख्या आनुवंशिक अध्ययन और माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए का उपयोग करके विकासवादी अध्ययन में।

वर्तमान में, विभिन्न प्रयोजनों के लिए जीवाणुओं के परिवर्तन के लिए उपयोग किए जाने वाले वैक्टर मल्टीकोलिंग साइटों के पास हैं जहां कई प्रतिबंध एंजाइमों के लिए मान्यता साइटें पाई जाती हैं।

इन एंजाइमों में सबसे लोकप्रिय हैं ईकोरी, II, III, IV और V, जो ई। कोलाई से पहली बार प्राप्त और वर्णित किए गए हैं; एच। इन्फ्लूएंजा और BAMHI से बी। एमिलोलिक्वैसिएन्स से हिंद आठवें।

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