Gli enzimi di restrizione sono enzimi che riconoscono particolari sequenze di DNA e le scindono, separando un filamento di DNA in due ovunque trovano le sequenze che sono state codificate per riconoscere. Esistono numerose applicazioni per gli enzimi di restrizione, forse in particolare nella tecnologia del DNA ricombinante che consente agli scienziati di manipolare le informazioni genetiche. Il DNA ricombinante viene utilizzato per tutto, dallo sviluppo di prodotti terapeutici come l’insulina per le cure mediche alla modifica delle colture.
Questi enzimi sono isolati dai batteri. Nei batteri, proteggono l’organismo dal DNA estraneo tagliando il DNA quando viene riconosciuto dal corpo del batterio. I batteri usano una tecnica chiamata modifica di restrizione per proteggersi dai loro enzimi di restrizione, assicurando che gli enzimi non accendano il DNA del batterio stesso. Come meccanismo di autodifesa, gli enzimi di restrizione sono eccellenti, impedendo la replicazione del DNA estraneo nel corpo frammentandolo.
Sono stati scoperti numerosi enzimi di restrizione e altri vengono costantemente scoperti in un processo noto come mappatura degli enzimi di restrizione. Diversi laboratori producono enzimi di restrizione da vendere a ricercatori e altri laboratori. Ogni enzima di restrizione è stato codificato per rispondere a una particolare sequenza di nucleotidi e la sequenza è solitamente un palindromo, che legge lo stesso avanti e indietro. Quando un enzima di restrizione trova la sequenza che riconosce, taglia entrambi i filamenti della struttura a doppia elica del DNA, separandolo. Creerà anche più frammenti se identifica più di una copia della sequenza che conosce.
Alcuni enzimi di restrizione tagliano direttamente la doppia elica, creando le cosiddette estremità smussate. Altri tagliano in punti diversi su altri lati, facendo un taglio frastagliato chiamato “estremità appiccicosa”. In entrambi i casi, un enzima noto come DNA ligasi può essere utilizzato per unire un pezzo di DNA al DNA reciso, purché le due porzioni abbiano estremità complementari. Questa tecnica può essere utilizzata per inserire nuovo DNA in un genoma e per manipolare un genoma, un po’ come mettere insieme i pezzi di due diversi puzzle.
In alcuni casi, un enzima di restrizione è codificato per il cosiddetto riconoscimento univoco, il che significa che riconosce solo sequenze molto specifiche. Altri sono codificati per il riconoscimento ambiguo, alla ricerca di sequenze in cui nucleotidi specifici racchiudono eventuali nucleotidi. Utilizzando enzimi di restrizione noti, i ricercatori possono tagliare selettivamente un campione di DNA in frammenti noti come frammenti di restrizione.