マインドマップギャラリー 生物学 - 第 2 章 遺伝子工学マインド マップのツールとしての酵素
これは、生物学の第 2 章の遺伝子工学のツール酵素に関するマインド マップです。遺伝子工学コースの設計には、ツール酵素の特性と特性が含まれます。
2023-11-16 23:39:36 に編集されました第 2 章 遺伝子工学のツール酵素
制限エンドヌクレアーゼ
機能: 二本鎖 DNA 分子の特定の配列を認識し、二本鎖 DNA を切断します (主に原核生物に見られ、細菌が外来 DNA の侵入を制限するのに役立ちます)
制限修飾システム(細菌の防御システム)
制限:これは、特定の種類の細菌が制限エンドヌクレアーゼの作用を通じて侵入した外来 DNA を破壊し、それによって外来 DNA による生体細胞への侵入を制限できることを意味します。
修飾: 生物学的細胞自身の DNA 分子は、メチラーゼの作用により特定の塩基位置でメチル化され、細胞自体の制限エンドヌクレアーゼによる損傷から保護されます。
II型制限エンドヌクレアーゼ
基本的な機能
二本鎖 DNA 分子の 4 ~ 8 塩基対の特定の配列を認識します
ほとんどの酵素の切断部位は、認識配列内またはその両側にあります。
切断シーケンスを古典的な回転対称回文構造として特定する
DNA を切断して 5' リン酸基と 3' ヒドロキシル基を含む末端を生成します
オフセットカットでは粘着性のある端が生成され、対称軸に沿ったカットでは平坦な端が生成されます。
酵素反応の操作
ほとんどの II 型酵素は同様の反応条件を必要とします
複数の酵素を組み合わせた酵素加水分解
原則として、同じ塩濃度を必要とする酵素は同時に消化できますが、酵素の切断部位は重複できません。
異なる塩濃度要件を持つ酵素
より高価な酵素に必要な塩濃度を使用し、より安価な酵素の用量を増やし、同時に酵素的に加水分解します。
低塩分の酵素が最初にそれを切断し、次に塩を加え、高塩分の酵素が再びそれを切断します。
1 つの酵素が最初に切断し、次にバッファーが変更され、別の酵素が再び切断します。
酵素活性に影響を与える要因
1||| DNAサンプルの純度
不純物:タンパク質、フェノール、クロロホルム、エタノール、EDTA、SDS、NaCなど
アプローチ
酵素の量を増やす: 1μg DNA に対して 10U 酵素
総反応量を増やす
反応時間を延長する
2||| DNA サンプルのメチル化レベル: 認識配列内の特定のヌクレオチドのメチル化は、酵素の活性を強く制限します。
3||| DNAの分子構造
特定の制限エンドヌクレアーゼは、スーパーコイル状のプラスミド DNA またはウイルス DNA を切断するのに、直鎖状 DNA を消化するよりも何倍も多くの酵素を必要とします。
一部の核酸制限エンドヌクレアーゼは異なる位置で制限酵素部位を切断し、それらの効率も大きく異なります。
4||| エンドヌクレアーゼの緩衝特性: 高濃度の酵素、高濃度のグリセロール、低いイオン強度、極端な pH 値などにより、一部のエンドヌクレアーゼの認識および切断配列の特異性、つまりスター活性が低下します。
5||| 消化反応温度: ほとんどの制限エンドヌクレアーゼの標準反応温度は 37°C です。
制限酵素反応の停止
ほとんどの酵素: 65°C の温浴に 5 分間
一部の耐熱性酵素 (BamH Ⅰ、Hae Ⅱなど): 停止反応溶液を添加します (Mg2 をキレートするために、溶液中の最終濃度が 10 mmol/L になるように 0.5 mol/L EDTA を添加します)
応用
特定の部位で DNA を切断して、特定の制限酵素フラグメントを生成します
制限酵素による切断により、組換えのための同一の粘着末端が生成されます。
DNAの制限マップを作成する
遺伝子ライブラリーの構築
サザンブロッティング
DNAの消化手順(0.2~1.0μgのDNAを消化)
適切な量の DNA 溶液を加えます
2 μL の適切な 10× 制限酵素消化バッファーを加えて混合します。
1~2Uの制限酵素を加えて混合します。
上記の混合反応物を適切な温度に置き、必要な時間インキュベートします。
0.5mol/L添加
DNAポリメラーゼ
特性
大腸菌 DNA ポリメラーゼ I (DNA pol I)
アクティブ
5'->3' DNA ポリメラーゼ活性
5'->3' エキソヌクレアーゼ活性
3'->5' エキソヌクレアーゼ活性
基本的な使い方
ニックトランスレーション: 5'->3' エキソヌクレアーゼとポリメラーゼの活性が連携してニックを進めます。
32P 標識 DNA プローブの調製
大腸菌 DNA ポリメラーゼ I ラージ フラグメント (クレノウ酵素)
基本的な特性
出典: 大腸菌 DNA ポリメラーゼ I をサブチリシンで処理して、大きなペプチド セグメントの N 末端 3 分の 1 を取得します。これがクレノウ酵素です。
5'->3' DNA ポリメラーゼ活性を有する 3'->5' エキソヌクレアーゼ活性を有する 5'->3' エキソヌクレアーゼ活性の喪失
基本的な使い方
1||| エンドヌクレアーゼによって生成された 5' 粘着末端を埋める
2||| DNA断片の同位体末端標識
3||| cDNA第二鎖合成
4||| ジデオキシ鎖末端停止法によるDNA配列の決定
T4-DNAポリメラーゼ
基本的な機能
① 5'→3' DNA ポリメラーゼ活性 ② 3'->5' エキソヌクレオチド分解ポリメラーゼ活性 ③ 5'->3' エキソヌクレアーゼ活性の欠如 ④ dNTP が存在しない場合、任意の 3'-OH 末端からエキソ切断が可能 ⑤ dNTP が 1 種類のみの場合、相補的ヌクレオチドが露出するとエキソリシスは停止します。 ⑥ 4 つの dNTP がすべて存在する場合、重合活性が支配的になる
基本的な使い方
①エンドヌクレアーゼにより生成される3'粘着末端を切断します。
② DNA断片の同位体末端標識
T7 バクテリオファージ DNA ポリメラーゼ
基本的な機能
① 5'→3' DNA ポリメラーゼ活性 ② 3'→5'エキソヌクレアーゼ活性 ③既知のDNAポリメラーゼの中で最も強い処理能力を有する ④修飾後は、ジデオキシチェーンターミネーション法を用いた長い断片DNAの配列決定酵素となります。
基本的な使い方
より長い DNA フラグメントのプライマー伸長反応
フィルインまたは交換(置換)反応による迅速な末端標識
ターミナル デオキシヌクレオチジル トランスフェラーゼ (TdT)
基本的な機能
出典: 子牛の胸腺
テンプレートフリー DNA ポリメラーゼは 3'-OH 末端に dTNP をランダムに組み込む
基本的な使い方
ベクターまたはターゲット DNA に相補的なホモポリマー テールを追加します
DNA 断片の 3' 末端の同位体標識
RNA依存性DNAポリメラーゼ(逆転写酵素)
基本的な機能
(1) RNAによるcDNA合成
(2) DNA-RNAハイブリッド鎖におけるRNA鎖の双方向切除(RNase H活性)
(3) DNA 誘導性 DNA 重合活性
一般的に使用される逆転写酵素
AMV:精製鳥骨髄芽腫ウイルス由来の逆転写酵素(42℃で機能)
MMLV:大腸菌におけるモロニーマウス白血病ウイルス(MMLV)逆転写酵素遺伝子の発現産物(37℃で機能)
基本的な使い方
真核生物の遺伝子のRNAをDNAに転写し、cDNAライブラリを構築する
5' オーバーハングを持つ DNA 断片の 3' 末端を評価してラベルし、プローブを準備します
DNA配列決定用のKlenowフラグメントを置き換えます
耐熱性 DNA ポリメラーゼ (Taq 酵素)
熱安定性
イオン依存性
忠実度が低い: 5'->3' ポリメラーゼ活性と 5'->3' エキソヌクレアーゼ活性を持っています。 ただし、3'->5' の修正アクティビティはなく、余分なアデニル酸 A が合成された計算フラグメントの最後に追加されます。
核酸修飾酵素
T4-ポリヌクレオチドキナーゼ (T4-PNK)
特徴: ATP の γ-リン酸基の DNA または RNA の 5'-OH 末端への転移を触媒します。
目的: プローブ末端の同位体標識に使用されます。
アルカリホスホモノエステラーゼ: DNA および RNA から 5' リン酸基を除去します。
機能: 核酸分子からの 5' リン酸基の除去を触媒し、それによって DNA または RNA フラグメントの 5'-P 末端を 5'-OH 末端に変換します。分子クローニングにおけるその役割は、分子間のセルフライゲーションを防ぐことです。粘着性のある端。
基本的な使い方
ベクター DNA の 5' 末端リン酸基を除去して、ベクター自体の環化を防ぎ、組換え率を向上させます。
DNA および RNA から 5' リン酸基を除去し、T4 ポリヌクレオチド キナーゼで末端標識します。
子牛胸腺アルカリホスホモノエステラーゼ (CIP): 68°C で不活化
大腸菌塩基性リン酸モノエステル結合 (BAP): 68°C で安定で、フェノール抽出に耐性があります。
一本鎖エキソヌクレアーゼ: エキソヌクレアーゼ VII (ExoVII)
二本鎖エキソヌクレアーゼ
エキソヌクレアーゼ III (ExoIII)
ラムダエキソヌクレアーゼ (λExo)
一本鎖エンドヌクレアーゼ: S1 ヌクレアーゼ
基本特性:アスペルギルス・オリゼ由来 ① 一本鎖 DNA の説明は二本鎖 DNA の説明より 75,000 倍速い ②必要なZn2 ③最適oH範囲:4.0~4.3 ④ 必要なNaCl: 10~300mmol/L
基本反応
① 一本鎖 DNA または RNA のエンドキューション
② 内部に切れ目や亀裂のある二本鎖 DNA または RNA
重要な用途
① DNA断片の一本鎖オーバーハングを除去し、平滑末端化します。 ② cDNA合成時に形成されるヘアピン構造を除去する ③ S1ヌクレアーゼ防御実験によるmRNA量の解析 ④ 成熟mRNAとゲノムDNAのハイブリダイゼーションと、この酵素による加水分解を組み合わせることで、イントロンの位置を特定することができます。 ⑤ 進行性欠失変異の末端をトリミングする
一本鎖エンド二本鎖エキソヌクレアーゼ: Bal31 ヌクレアーゼ
基本的な機能
DNAリガーゼ
よく使われる酵素
大腸菌 DNA リガーゼ: NAD+ [ニコチンアミドアデニン ジヌクレオチド] を補因子として使用
T4 バクテリオファージ T4 リガーゼ: ATP [アデノシン三リン酸] を補因子として使用します
同じ作用機序
基本的な特性
二本鎖DNAのギャップにあるホスホジエステル結合を修復します
RNA鎖に結合しているDNA鎖のギャップにあるホスホジエステル結合を修復します
平滑末端の二本鎖 DNA 分子を接続する
反応条件
スティッキーエンド接続
フラットエンド接続
T4 DNA リガーゼを使用した直接ライゲーション
同居人プラスしっぽつながり
コネクタで接続する
DNAアダプターライゲーション