제한효소란?

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제한효소(Restriction enzyme)
제한효소란?
# Nuclease(핵산분해효소)는 DNA를 자르는 모든 효소를 말하고 뉴클레오티드 간에
phosphodiester 결합을 끊을 때 DNA 사슬 바깥쪽에서부터 자르는가 또는 안쪽을 자
르느냐에 따라 각각 exonuclease와 endonuclease로 나뉜다. Endonuclease의 대표
적인 것이 제한효소인데 DNA의 특정한 염기서열을 인식하고 인식한 서열 부위 또는
그 근처를 절단한다.
# 제한효소는 원래 세균이 자신의 세포 내로 침입해 들어온 바이러스와 같은 외부 DNA
를 제거하기 위한 방어기전에서 발견되어 바이러스의 증식을 제한한다는 의미로 이름
지어 졌다. 이때 자신의 DNA에 있는 절단부위의 염기를 methylation시켜서 자신의 제
한효소가 자신의 DNA를 자를 수 없게 보호한다.
Methylation
# DNA methylase 유전자를 갖고 있는 숙주균으로부터 추출한
DNA는 염기 일부가 메틸(methyl)화 되어 있어서 그 부분을 인식
하는 제한효소가 절단하지 못한다.
- dam methylation 예)그림 1
- dcm methylation
# 숙주균 중에 DNA methylase 를 못 만드는 dam- 균주(dcm- 균주)
를 사용하는 방법으로 해결할 수 있다.
그림 1
# 제한효소는 typeⅠ, Ⅱ 분류한다. TypeⅠ은 특정 서열을 인식하지만 인식부위가 아닌 다
른 곳을 자르고, typeⅡ는 인식한 서열부위 내부를 자른다. 유전공학에서 이용하는 제한효
소는 typeⅡ다. typeⅡ 제한효소가 DNA 두 가닥을 자를 때 다음 두 가지 단편이 만들어진
다.
1. Blunt end
2. Sticky end(또는 cohesive end)
STAR activity
# 제한효소 중에는 특정 반응 조건 하에서 사용하면 본래의 인식서열과 다른 염기서열을
절단하는 STAR 활성이 있다. 이런 STAR활성을 억제하기 위해서는 아래의 상태에서
실험하는 것이 좋다.
- 낮은 글리세린 농도
- 중성 pH
- 높은 염 농도
예시) Conditions of low ionic strength, high enzyme concentration, glycerol
concentration > 5%, or pH > 8.0 may result in star activity
회문구조(palindrome)
# 제한효소가 인식하는 서열은 회문구조로 되어 있다. 회문구조는 원래의 서열을 뒤집은
것이 그것의 상보적 서열이 되는 것을 말한다. 예를 들어 서열 GGATCC의 상보적 서열
은 CCTAGG인데 이것은 GGATCC를 뒤집은 것과 같다.
# 수학적인 설명을 덧붙이자면 회문구조를 가지기 위해선 짝수 개의 염기쌍을 가지고 있어
야 하며 가운데를 중심으로 양쪽이 상보되는 염기쌍으로 대칭을 이루어야 한다.
제한효소 관련 유용한 자료
# Isoschizomers
# Compatible end
http://www.neb.com/
실험: 제한효소반응
(1) 주 재료
-
제한효소(EcoRІ)
-
제한효소(BamH І)
-
제한효소(Hind Ⅲ)
-
10Xbuffer # 2
-
BSA (For BamH І)
-
빈 플라즈미드 벡터(pcDNA 6B) & 유전자가 삽입된 플라즈미드 벡터(pcDNA 6B
EGFP-EcR)
-
37°C 항온수조
(2)재료 및 장비
- 아가로스
- 10x TAE buffer
- Ethidium bromide Stock 10mg/ml
- 100ml 삼각플라스크
- 전자레인지(방열장갑 착용)
- 파이펫, tip
- Gel loading buffer(6X)
- DNA Size marker
- 전기영동장치
- UV transiluminator
(2) 실험방법
1. 0.8% 아가로스 겔 만들기
2. 제한효소 처리
① 1-2μg 플라즈미드 벡터 DNA(pcDNA 6B, pcDNA 6B EGFP-EcR)에 제한효소를 처리한
다. 효소 원액은 글리세롤이 들어있기 때문에 점도가 높아서 pipetting할 때 tip끝만 살짝
담근 후 따내야 한다. 효소량이 반응 총액의 10%를 넘으면 효소활성이 글리세롤 때문에
억제될 수 있기 때문에 주의해야 한다. Sample이 여러 개일 경우 master mixture를 만들
어 사용한다.
-10Xbuffer #2 - - - - - - - - - - 2µl
-100XBSA
- - - - - - - - 0.2µl
-plasmid vector DNA(1-2µg) - - - 10µl
-Enzyme (BamH І)
- - - - - 1µl (20nuits)
-dH2O(DNase free) - - - - - - - 6.8µl
total (반응총액) - - - - - - - - - 20µl
# 1unit: One unit is defined
as the amount of enzyme
required to digest 1 µg of
λ DNA in 1 hour at 37°C
in a total reaction volume
of 50 µl.
② 37℃ 항온수조에서 10분간 반응시킨다.
3. 전기영동
③ 처리군(제한 효소를 처리한 벡터)과 비교군(효소를 처리하지 않은 벡터)을 나란히
loading한 후 100V로 전개한다.
④ 겔의 2/3 정도에 bromophenol blue가 오면 멈추고 겔을 uv-transilluminator로 관찰한
다.
Hin dIII (903)
Kpn I (91 3)
BamHI (921 )
pcDNA 6B
5130 bp
EcoRI (944)
NotI (97 1 )
Hin dIII (903)
Xho I (97 7 )
Kpn I (91 3)
XbaI (983)
BamHI (921 )
SacII (996)
EcoRI (944)
NotI (97 1 )
Xho I (1 7 33)
pcDNA 6B EGFP-EcR
7724 bp
Hin dIII (1 7 42)
EcoRI (1 7 49)
Xho I (2083)
EGFP-EcR
Kpn I (2844)
Xho I (3286)
SacII (3590)
BamHI (3398)
Xho I (3496)
Kpn I (3587 )