限制酶

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限制酶(Restriction Enzymes)全稱限制性核酸內切酶(restriction endonuclease):一種在特殊核甘酸序列處水解雙鏈DNA的內切酶。Ⅰ型限制性內切酶既能催化宿主DNA的甲基化,又催化非甲基化的DNA的水解;而Ⅱ型限制性內切酶只催化非甲基化的DNA的水解。

細菌反擊

細菌容易被噬菌體感染,如已經在每月推薦分子中看到的phix174噬菌體。許多細菌用切割外來DNA的方法進行自我保護,如切割感染性噬菌體的DNA。這些細菌產生一種能切割DNA的核酸內切酶,一旦發現外來DNA便將其切割,因此它們有效地限制了噬菌體對細菌的感染,故這種核酸內切酶被稱為限制酶。

分子剪刀

每種限制酶特異識別專一DNA序列,並在切割位點將其準確切割。例如,EcoR1切割GAATTC序列,切割位點在G與A之間。細菌將自身的DNA甲基化修飾,防止了被自身核酸內切酶降解。這些甲基化基團被裝到DNA大溝的腺嘌呤胞嘧啶上(依細菌種類而定),使限制酶不能與DNA序列結合,但又不影響這些DNA序列上遺傳信息的正常識別與表達。噬菌體DNA沒有這些保護性的甲基化基團,所以會被降解。每種細菌都有一種或幾種用來切割特異DNA序列的限制酶,還有與限制酶配對的甲基轉移酶,用來防止限制酶降解細菌基因中的相應序列。

目錄

限制酶的分布

限制性核酸內切酶分布極廣,幾乎在所有細菌的屬、種中都發現至少一種限制性內切酶,多者在一屬中就有幾十種,例如在嗜血桿菌屬中(Haemophilus)現已發現的就有22種。有的菌株含酶量極低,很難分離定性;然而在有的菌株中,酶含量極高.如E. coli的pMB4(EcoRI酶)和H. aegyptius(Hal III酶)就是高產酶菌株。據報導從10g的H. aegyptius的細胞中,能分離提純出可消化l0gλ噬茵體DNA的酶量。到目前為止,細菌是限制性內切酶,尤其是特異性非常強的I類限制性內切酶的主要來源。  

 限制性內切酶的分類和性質

根據酶的功能特性、大小及反應時所需的輔助因子,限制性內切酶可分為兩大類,即I類酶和II酶。最早從大腸桿菌中發現的EcoK、EcoB就屬於I類酶。其分子量較大;反應過程中除需Mg2+外,還需要S-腺苷-L甲硫氨酸、ATP;在DNA分子上沒有特異性的酶解片斷,這是I、II類酶之間最明顯的差異。因此,I類酶作為DNA的分析工具價值不大。II類酶有EcoR I、BamH I、Hind II、Hind III等。其分子量小於105道爾頓;反應只需Mg2+;最重要的是在所識別的特定鹼基順序上有特異性的切點,因而DNA分子經過II類酶作用後,可產生特異性的酶解片斷,這些片斷可用凝膠電泳法進行分離、鑒別。

限制性內切酶識別DNA序列中的迴文序列。有些酶的切割位點在迴文的一側(如EcoR I、BamH I、Hind等),因而可形成粘性末端,另一些II類酶如Alu I、BsuR I、Bal I、Hal III、HPa I、Sma I等,切割位點在迴文序列中間,形成平整末端。Alu I的切割位點如下:

5'-A G^C T-3'

3'-T C^G A-5'

在已發現的限制性內切酶中,近百種酶的識別順序已被測定。有很多來源不同的酶有相同的鹼基識別順序,這種酶稱為「異源同功酶」(isochizomer,同切限制內切酶;同裂酶)。應該注意的是,這些酶雖然有相同的識別順序,但它們的切點並不完全一樣。例如Xma I和Sma I都識別六核苷酸CCCGGG,但Xma I的切點在cCCGGG,而Ema I的切點則在CCCGgGG,前者切割DNA分子,形成帶有CCGG粘性末端的DNA片段,而後者並不形成粘性末端。當然,也有識別順序和切點都相同的酶,如Hap II、Hpa II、Mno I,都在識別順序CCGG內有一相同的切點,Hal III和BsuR I同樣在識別順序GGCC內有一相同的切點。  

用途

用於DNA基因組物理圖譜的組建;基因的定位和基因分離;DNA分子鹼基序列分析;比較相關的DNA分子和遺傳工程。  

命名

限制酶的命名是根據細菌種類而定,以EcoRI為例:

E Escherichia (屬)
co coli (種)
R RY13 (品系)
I 首先發現 在此類細菌中發現的順序

  

類型

根據限制酶的結構,輔因子的需求切位與作用方式,可將限制酶分為三種類型,分別是第一型(Type I)、第二型(Type II)及第三型(Type III)。  

第一型限制酶

同時具有修飾(modification)及認知切割(restriction)的作用;另有認知(recognize)DNA上特定鹼基序列的能力,通常其切割位(cleavage site)距離認知位(recognition site)可達數千個鹼基之遠。例如:EcoB、EcoK。  

第二型限制酶

只具有認知切割的作用,修飾作用由其他酵素進行。所認知的位置多為短的迴文序列(palindrome sequence);所剪切的鹼基序列通常即為所認知的序列。是遺傳工程上,實用性較高的限制酶種類。例如:EcoRI、HindIII。  

第三型限制酶

與第一型限制酶類似,同時具有修飾及認知切割的作用。可認知短的不對稱序列,切割位與認知序列約距24-26個鹼基對。例如:EcoPI、HinfIII。

參看

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