Restriktionsenzyme (Restriktionsendonukleasen) sind bakterielle Enzyme, die doppelsträngige DNA an spezifischen Erkennungssequenzen schneiden. Sie gehören zum bakteriellen Abwehrsystem gegen Phagen-DNA: Eigene DNA wird durch Methylierung geschützt, fremde DNA hingegen geschnitten. Die Entdeckung wurde 1978 mit dem Nobelpreis (Arber, Nathans, Smith) ausgezeichnet.
Erkennungsstellen sind meist Palindrome von 4–8 Basenpaaren, also Sequenzen, die auf beiden Strängen in 5′→3′-Richtung gleich gelesen werden. Beispiele:
• EcoRI: 5′-G↓AATTC-3′ / 3′-CTTAA↑G-5′
• BamHI: 5′-G↓GATCC-3′
• HindIII: 5′-A↓AGCTT-3′
• SmaI: 5′-CCC↓GGG-3′ (blunt)
• Sticky ends (klebrige Enden): Versetzter Schnitt, es entstehen einzelsträngige Überhänge von 2–4 Basen. Sie sind komplementär und können mit anderen, von demselben Enzym geschnittenen Fragmenten neu verknüpft werden – ideal für Klonierungen.
• Blunt ends (stumpfe Enden): Glatter Schnitt durch beide Stränge an derselben Stelle. Universell ligierbar, aber mit geringerer Effizienz.
Man unterscheidet drei Typen. Für die Gentechnik relevant ist Typ II: Diese Enzyme schneiden direkt an oder neben der Erkennungssequenz, benötigen nur Mg2+ und arbeiten unabhängig von ATP. Typ I und III schneiden weit entfernt von der Erkennungsstelle und sind biotechnologisch unüblich.
1. Vektorvorbereitung: Plasmid (z. B. pBR322) wird mit demselben Enzym wie das Insert geschnitten.
2. Insertvorbereitung: Zielgen wird mit demselben Restriktionsenzym aus genomischer DNA herausgeschnitten.
3. Ligation: Sticky ends paaren, DNA-Ligase verknüpft die Phosphodiesterbindungen.
4. Transformation: Rekombinantes Plasmid wird in E. coli eingeschleust.
Auch für die RFLP-Analyse (Restriction Fragment Length Polymorphism) und beim genetischen Fingerabdruck sind Restriktionsenzyme essentiell.
Sticky ends entstehen nur, wenn die Schnittstellen der beiden Stränge versetzt liegen. Auch müssen Vektor und Insert mit demselben (oder mindestens kompatible Überhänge erzeugendem) Enzym behandelt werden, sonst funktioniert die Ligation nicht.
Zusammenfassung: Restriktionsenzyme schneiden DNA an palindromischen Erkennungssequenzen. Typ-II-Enzyme erzeugen sticky oder blunt ends und sind das wichtigste Werkzeug zum gezielten Klonieren von Genen.
Abitur-Tipp: Lerne ein Beispielenzym (EcoRI: GAATTC) mit Schnittstelle und kläre Vor- und Nachteile von sticky vs. blunt ends.