Почему рестриктазы обычно имеют четное число оснований в своем сайте узнавания?

Я думаю, это связано с чрезмерным количеством сайтов распознавания с длиной 6:

data<-c(16, 16, 12, 12, 6, 6, 6, 6, 4, 16, 6, 6, 6, 6, 15, 15, 6, 6, 6, 6, 11, 11, 6, 6, 4, 4, 6, 6, 11, 12, 6, 6, 23, 23, 6, 6, 6, 6, 9, 12, 4, 4, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 7, 7, 10, 10, 6, 4, 6, 6, 11, 11, 9, 9, 6, 6, 6, 6, 5, 5, 8, 8, 6, 6, 8, 8, 6, 9, 10, 10, 6, 6, 6, 5, 5, 6, 4, 6, 6, 5, 5, 14, 14, 6, 6, 6, 16, 6, 6, 6, 6, 15, 15, 6, 6, 6, 6, 6, 18, 18, 7, 7, 11, 11, 20, 20, 6, 13, 4, 4, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 11, 6, 6, 7, 7, 6, 6, 6, 6, 6, 12, 6, 6, 10, 10, 23, 23, 7, 7, 23, 23, 12, 12, 6, 6, 6, 6, 10, 10, 6, 6, 8, 8, 6, 6, 35, 35, 11, 11, 7, 7, 6, 6, 9, 9, 8, 8, 16, 16, 6, 6, 17, 17, 6, 6, 6, 6, 23, 23, 6, 6, 4, 4, 21, 21, 12, 12, 20, 20, 6, 6, 6, 6, 6, 7, 7, 6, 6, 6, 6, 5, 5, 11, 11, 6, 11, 11, 6, 6, 5, 5, 7, 7, 11, 11, 11, 11, 6, 6, 12, 12, 6, 6, 6, 21, 21, 9, 9, 8, 8, 7, 7, 16, 16, 4, 4, 6, 6, 6, 6, 7, 7, 18, 18, 6, 6, 6, 6, 6, 23, 23, 7, 34, 34, 39, 39, 6, 6, 12, 12, 5, 5, 19, 19, 8, 8, 8, 8, 4, 6, 6, 6, 6, 6, 5, 5, 6, 6, 6, 6, 7, 7, 4, 4, 15, 15, 7, 7, 7, 7, 14, 14, 11, 11, 27, 27, 12, 12, 4, 4, 10, 10, 6, 6, 8, 8, 7, 7, 8, 8, 7, 7, 5, 5, 7, 7, 6, 7, 7, 6, 6, 8, 8, 39, 39, 6, 6, 12, 12, 8, 8, 7, 13, 13, 8, 8, 8, 8, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 5, 5, 7, 17, 17, 17, 17, 11, 11, 15, 15, 6, 6, 6, 5, 5, 5, 6, 6, 5, 7, 7, 12, 6, 12, 6, 6, 6, 5, 6, 6, 7, 2, 5, 11, 5, 6, 4, 5, 7, 5, 4, 4, 6, 4, 5, 6, 7, 12, 6, 7, 7, 7, 6, 4, 4, 7, 5, 6, 6, 6, 7, 5, 12, 13, 5, 6, 6, 6, 5, 11, 11, 5, 6, 10, 5, 5, 11, 6, 5, 5, 6, 5, 6, 5, 6, 6, 7, 7, 6, 5, 5, 7, 6, 5, 6, 5, 6, 5, 5, 7, 6, 6, 6, 3, 5)
h<-hist(data, breaks=0.5:40.5)
df<-data.frame(counts=h$counts, mids=h$mids)
df$even <- (df$mids%%2 == 0)
ggplot(df, aes(x=mids, y=counts, fill=even))+geom_bar(stat="identity")

Если вы посмотрите на гистограмму длин, вы увидите, что нет смещения в сторону четных длин сайтов распознавания, за исключением длины 6.

Не уверен, почему за Ларри Парнелла проголосовали против, технически он не ошибался.

Кристаллические структуры наиболее популярных ферментов рестрикции уже известны, и их можно легко найти в банке данных о белках или в Википедии для графической справки. Любой отрезок двухцепочечной ДНК совершает полный оборот на 360 градусов (о своей спиральной оси) за 10-10,5 пар оснований. Тогда поворот на 180 градусов составит половину этих ~ 5 баз.

Палиндром не является строго необходимым для сайта рестрикционного фермента, но его использование имеет свои преимущества. Во-первых, для синтеза одной субъединицы фермента требуется половина занимаемого пространства генома, поэтому трансляция более эффективна (2 продукта из половины набора инструкций).

Некоторые ферменты рестрикции используют преимущества вращательной симметрии, такие как EcoRI и EcoRII (как нечетные, так и четные палиндромные ферменты). Они распознают один и тот же GAA (в случае EcoRI) или NNGG (в случае EcoRII), исходящие из каждой из двух цепей ДНК. Для целей обозначения мы пишем сайт узнавания только положительной цепи (поскольку код ДНК симметричен). Асимметричные сайты узнавания объясняются тем, что ферменты связываются с ДНК в виде гетеродимеров.

В New England Biolabs есть очень хороший обзор видов рестрикционных ферментов и различий в их поведении.

http://www.neb.com/nebecomm/tech_reference/restriction_enzymes/overview.asp#.T0wqHYcgerY

Подводя итог, палиндромы часто, но не обязательно, состоят из четного числа оснований (домены связываются с 2n основаниями). Многие сайты распознавания ферментов являются палиндромными в буквальном смысле (CATTAC) или биологическом смысле (GAATTC), потому что используется ось симметрии. Палиндромные последовательности используются чаще, потому что ферменты состоят из гомодимеров.

Большинство ферментов рестрикции узнают палиндромы, следовательно, сайт узнавания состоит из четного числа остатков. Почему палиндромы? Это позволяет значительно увеличить сложность (или редкость) с точки зрения последовательности ДНК, при этом требуя очень небольшой дополнительной сложности от белка. Другими словами, если белковый домен распознает 2, 3 или 4 п.н. ДНК, простое добавление второй копии этого домена к пептидной цепи (через дублирование ДНК, кодирующей этот домен) делает свое дело. Гораздо проще дублировать модуль, чем создавать новый или второй (возможно, дополнительный) модуль.

Являются ли свесы с нечетными номерами палиндромами? Кто-то привел пример, в котором говорится, что это палиндром:

5'-КАТГАТГ-3'

Однако на противоположной нити в центре будет буква C, то есть она будет иметь последовательность:

5'-КАТКАТГ-3'

В этом примере два самых центральных основания (G и C) дополняют друг друга, но две последовательности не являются строго палиндромными. Это должно иметь место всякий раз, когда в выступе имеется нечетное количество оснований.
Другой пример, 3-х базовый свес.

5'-ГТК-3'

Дополнение будет:

5'-ГАК-3'

Который не является палиндромом верхней последовательности. Это означает, что в половине случаев выступающие части с нечетным числом оснований, отрезанные одним и тем же рестрикционным ферментом из случайных фрагментов, не будут комплементарными (выступающие части 5'-GTC-3' не могут гибридизоваться с другими выступающими частями 5'-GTC-3'). , только к 5'-GAC-3'), и если не уделять должного внимания их последовательностям, выступающие части с нечетными номерами в проектах клонирования могут вызвать проблемы. Пример свеса с четным номером:

5'-ААТТ-3'

В этом случае противоположная прядь будет иметь такой же выступ:

5'-ААТТ-3'

и всегда будет иметь гомологию с другими выступающими концами 5'-AATT-3'. Я подозреваю, что причина, по которой существует более четное количество рестрикционных ферментов, заключается в том, чтобы избежать этой проблемы.