Modificado de preparación de laboratorio por: Omayra Rivera Denizard e
Idaris de
Jesús Maldonado
Enzimas de Restricción
·
Las enzimas de restricción, también conocidas como
endonucleasas, son enzimas que cortan los enlaces fosfodiester del material
genético a partir de una secuencia que reconocen.
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Las mismas permiten cortar DNA de hebra doble, donde
reconocen secuencias palindrómicas (secuencias que se leen igual en ambas
direcciones).
·
Son extraídas de organismos procarióticos (bacterias), donde
actúan como un mecanismo de defensa, para degradar material genético extraño
que entre en la célula. Las bacterias
tienen la capacidad de metilar su DNA, lo cual sirve para distinguir entre el
DNA extraño y el DNA propio. Las enzimas
de restricción no pueden cortar DNA metilado, de este modo solo afectan el DNA
extranjero y no el DNA bacterial.
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Existen 3 tipos de enzimas de restricción:
1.
Tipo I y Tipo III:
a. Tienen
actividad de restricción (cortan) y modificación (metilan).
b. Cortan
a cierta distancia de la secuencia de reconocimiento, las Tipo I cortan lejos
de la secuencia de reconocimiento, ya sea río arriba o río abajo. Las Tipo III cortan de 5-8 bases antes o
despúes de la secuencia que reconocen.
c. Necesitan
ATP para moverse a través de la molécula de DNA, desde el lugar de
reconocimiento hasta el sitio del corte.
2. Tipo II:
a. Sólo
tienen actividad de restricción.
b. Cortan
de manera consistente y predecible dentro de la secuencia que reconocen.
c. Sólo
requieren Mg++ como cofactor.
d. No
necesitan ATP.
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Aplicaciones de las enzimas de restricción:
1. Hacer
mapa de restricción de un plásmido o bacteriófago.
2. Fragmentar
DNA genómico para separación de electroforesis y “Southern Blot”.
3. Generación
de fragmentos para ser usados como
sondas marcadas en “Southern”y “Northern” blotting.
4. Generación
de fragmentos para ser subclonados en los vectores apropiados, creación de DNA
recombinante.
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Las endonucleasas se nombran a partir de las bacterias de
las que son extraídas, su nombre está dado según el género y la especie de la
bacteria de donde se aisló por primera vez esta enzima. La primera letra representa el género de la
bacteria, las próximas dos indican la especie, una cuarta letra indica la cepa,
y un número al final indica la cantidad de enzimas que se han aislado de esa
cepa. Ej:
Eco
RI à E = género
Escherichia
co = especie coli
R = cepa RV 13
I = primera endonucleasa
aislada de esta cepa
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Las enzimas de restricción al cortar el DNA pueden producir
2 tipos de cortes:
1. Cohesivos o pegajosos:
GAATTC GGATCC AAGCTT
CTTAAG
CCTAGG
AACGAA
EcoRI BamHI HindIII
2. Abruptos:
AATATT CCCGGG
TTATAA GGGCCC
SspI SmaI
·
Existen varios factores que son críticos al trabajar con
enzimas de restricción y que pueden afectar la actividad de las mismas:
1. Pureza
del DNA – la reacción de enzimas es muy dependiente de la pureza, contaminantes
como proteínas, fenol, cloroformo, etanol, EDTA, SDS, altas concentraciones de
sal, etc. inhiben la endonucleasa.
2. Temperatura
y pH – las enzimas son muy sensitivas a temperatura y pH en lo que respecta a
su estabilidad y actividad.
3. DNAsas
– Las DNAsas degradan el DNA en presencia de Mg++ .
4. Contaminantes
con carga (-).
5. DNA
contaminado con otro DNA.
6. Grados
de metilación – algunas endonucleasas son inhibidas por metilación.
7. Tipo
de molécula de DNA – si el DNA no tiene la secuencia que es reconocida por la
enzima accesible, esta no puede cortar el material genético (ej. si el DNA está
superenrrollado el lugar de restricción no va a estar accesible para la
enzima).
8. Buffer
adecuado – este provee el ambiente que necesita la enzima para trabajar en
condiciones óptimas.
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Importante: Una
unidad de enzima se define como la cantidad de enzima que se necesita para
cortar 1µg de DNA en 1 hora.
·
El buffer siempre debe añadirse como un 10% de la reacción
total de digestión.
·
La
electroforesis es cuando moléculas cargadas son forzadas a ir a través de una
matriz debido a un flujo de corriente eléctrica.
·
Una molécula
de DNA cortada con enzimas de restricción genera diferentes fragmentos. Estos pueden ser separados en base a su
tamaño utilizando un gel de electroforesis.
·
El gel puede
estar hecho de agarosa o poliacrilamida:
v La agarosa es un polisacáriso de
galactosa y derivados de galactosa que se entrecruzan por puentes de
hidrógeno. Se puede variar el tamaño de
los poros ajustando la concentración de agarosa.
v Los geles de poliacrilamida son
generados al mezclarse polímeros de acrilamida y bisacrilamida en una reacción
catalizada por persulfato de amonio y TEMED.
El tamaño de los poros depende de la concentración de acrilamida y
bisacrilamida.
v La matriz de poliacrilamida posee poros
mas pequeños que la de agarosa, permitiendo la separación de fragmentos mas
pequeños.
·
Los fragmentos
de DNA migrarán a una razón inversamente proporcional al logaritmo de su tamaño
o peso molecular.
v A mayor tamaño menor será la migración
del fragmento y a menor tamaño mayor será la migración del fragmento.
·
El movimiento
de los fragmentos de DNA va a producir un patrón de bandas, donde cada banda
corresponde a un fragmento de un tamaño particular.
v El tamaño de cada fragmento puede ser
determinado utilizando un marcador o
una escalera de DNA cuyos fragmentos tienen pesos moleculares conocidos.
v Este marcador sirve de control y
migrará paralelo a las bandas de DNA que deseamos analizar.
·
Una mezcla de
diferentes moléculas puede ser separada en base a
v Tamaño de la molécula o masa.
v Forma o conformación del DNA (ej. DNA
superenrollado migra mas que DNA lineal).
v Tamaño de los poros del gel.
v Magnitud de la carga neta de la
molécula.
·
Bajo
condiciones fisiológicas los grupos fosfatos de los ácidos nucleicos son
ionizados y migrarán al electrodo positivo (ánodo) cuando se colocan en
presencia de un campo eléctrico.
v La carga neta del DNA es negativa (por
la presencia de los grupos fosfatos) lo que permite que migre del clo que
permite que migre del cátodo (electrodo negativo) al ánodo (electrodo positivo).
Protocolo
Digestión de DNA con Enzimas de Restricción:
1µL de buffer 10 X
1µl de enzima (EcoRI)
1µL de DNA
7µL de H2O
10µL de Volumen Total
Incubar a 37ºC
por 30 hora
Preparación de muestras para la corrida:
DNA
sin cortar
1µL de DNA sin cortar
9µL de H2O
2µL de loading dye
DNA
cortado
10µL de digestión
2µL de loading dye
Corrida del Gel de Electroforesis:
1. Prepara el gel de electroforesis 1%
agarosa, calentando una mezcla que contiene 1g de agarosa y 100 mL de buffer
TBE 1X, hasta que se disuelva la agarosa, déjala enfriar hasta aprox. 55ºC ó
hasta que puedas tomar el matraz con la mano sin quemarte.
2. Vierte la gel en un “gel holder” evitando
la formación de burbujas de aire ya que estas pueden afectar la separación de
las bandas del DNA. Inserta la peinilla
y deja la gel en un lugar seguro sin moverla hasta que polimerice
completamente.
3. Colocarlo en un tanque de
electroforesis. Añada suficiente buffer
de electroforesis TBE 1X hasta que cubra el gel.
4. Prepara las muestras de DNA, remueve la
peinilla y coloca las muestras en las fosas usando una micropipeta.
5. Coloque el gel en la cámara de modo que
la muestras migren del cátodo (atrae cargas -) al ánodo (atrae cargas +).
6. Conecte la cámara a un power supply y
encienda a una razón de 10V por cada cm de gel.
7. Deje migrar las muestras hasta que la
línea del tinte se encuentre donde usted desee y apague el equipo.
8. Deje teñir la gel en tinte. Destiña por 30 min en agua si fuera
necesario.
9. Saque una fotografía del gel contra una
fuente de luz UV.
10. Descarte el gel.
·
El
"loading dye"que se utiliza contiene bromofenol azúl y glicerol. El bromofenol azúl es un tinte que nos
servirá para poder observar en la corrida por donde va el DNA, y el glicerol le
da peso a la muestra evitando así que esta se salga de la fosa.
Resultados Esperados
Lamda DNA- 48502bp
Cortes con
EcoRI Cortes
con HindIII
21226 23130
7421
9416
5804
6682
5643
4361
4878
2327
3530
2027
564
pGLu- 7831bp
Cortes con
EcoRI Cortes
con HindIII
4069
5146
3762
2685
1Kb Ladder
12216
11198
10180
9162
8144
7126
6108
5090
4072
3054
2036
1636
1018
517
506
396
344
298
220
201
154
134
75
Quiz #1
Laboratorio Enzimas de Restricción y Electroforesis de DNA
1. Mencione 3 factores que afectan la actividad
de las enzimas de restricción.
3pts
2. Las enzimas de restricción de tipo II
reconocen secuencias de DNA específicas y cortan fuera de esas secuencias. Cierto o Falso.
1 pto
3. Mencione de que está hecho el gel de
agarosa y el gel de poliacrilamida.
2pts
4. Mencione un ejemplo de una enzima que genere
terminales cohesivos y una
que genere terminales abruptos. 2pts
5. Mencione 2 criterios para la separación
de fragmentos en electroforesis. 2pts
Bono
Escriba la
secuencia de DNA que reconoce la enzima SmaI