限制性核酸内切酶(又名限制性内切核酸酶)是可以识别并附着特定的核苷酸序列,并对每条链中特定部位的两个
脱氧核糖核苷酸之间的
磷酸二酯键进行切割的一类酶,简称限制酶。根据限制酶的结构,
辅因子的需求
切位与
作用方式,可将限制酶分为三种类型,分别是第一型(Type I)、第二型(Type II)及第三型(Type III)。Ⅰ型限制性内切酶既能催化宿主
DNA的
甲基化,又催化非甲基化的DNA的水解;而Ⅱ型限制性内切酶只催化非甲基化的DNA的水解。Ⅲ型限制性内切酶同时具有修饰及认知切割的作用。
定义
用来识别特定的
脱氧核苷酸序列,并对每条链中特定部位的两个
脱氧核糖核苷酸之间的
磷酸二酯键进行切割的一类酶。
由来
一般是以微生物属名的第一个字母和种名的前两个字母组成,第四个字母表示菌株(品系)。例如,从Bacillus amylolique faciens H中提取的限制性内切酶称为Bam H,在同一品系细菌中得到的识别不同
碱基顺序的几种不同特异性的酶,可以编成不同的号,如HindⅡ、
HindⅢ,HpaI、HpaⅡ,MboI、MboⅡ等。
别名:restriction endonuclease简称限制酶
酶反应:限制性内切酶能分裂
DNA分子在一限定数目的专一部位上。它能识别
外源DNA并将其降解。
单位定义:在指明pH与37℃,在0.05mL反应混合物中,1小时消化1μg的λDNA的酶量为1单位。
性状制品不含非专一的核酸
水解酶(由10单位内切酶与1μg λDNA,保温16小时所得的
凝胶电泳图谱的稳定性表示),这类酶主要是从
原核生物中分离出来的,迄今已经从近300多种不同的微生物中分离出约4000种限制酶。
分布区域
限制性核酸内切酶分布极广,几乎在所有细菌的属、种中都发现至少一种限制性内切酶,多者在一属中就有几十种,例如在
嗜血杆菌属中(Haemophilus)现已发现的就有22种。有的菌株含酶量极低,很难分离定性;然而在有的菌株中,酶含量极高.如E. coli的pMB4(
EcoRI酶)和H. aegyptius(
分离提纯出可消化10g
λ噬菌体DNA的酶量。细菌是限制性内切酶,尤其是
特异性非常强的I类限制性内切酶的主要来源。
分类性质
根据酶的
功能特性、大小及
反应时所需的
辅助因子,限制性内切酶可分为两大类,即I类酶和Ⅱ酶。最早从
大肠杆菌中发现的EcoK、EcoB就属于I类酶。其分子量较大;
反应过程中除需Mg2+外,还需要S-
腺苷-L
甲硫氨酸、
ATP;在
DNA分子上没有特异性的酶解片断,这是I、Ⅱ类酶之间最明显的差异。因此,I类酶作为DNA的分析
工具价值不大。Ⅱ类酶有EcoR I、
BamH I、Hind Ⅱ、Hind Ⅲ等。其分子量小于105道尔顿;反应只需Mg2+;最重要的是在所识别的特定碱基顺序上有特异性的
切点,因而DNA分子经过Ⅱ类酶作用后,可产生特异性的酶解片断,这些片断可用凝胶电泳法进行分离、鉴别。
限制性内切酶识别
DNA序列中的
回文序列。有些酶的切割位点在回文的一侧(如EcoR I、BamH I、Hind等),因而可形成黏性末端,另一些Ⅱ类酶如
Alu I、BsuR I、
Bal I、Hal Ⅲ、HPa I、
Sma I等,切割位点在回文序列中间,形成平整末端。Alu I的切割位点如下:
5'-A G^C T-3'
3'-T C^G A-5'
在已发现的限制性内切酶中,近百种酶的识别顺序已被测定。有很多来源不同的酶有相同的
碱基识别顺序,这种酶称为“异源
同功酶”(isochizomer,同切限制内切酶;
同裂酶)。应该注意的是,这些酶虽然有相同的识别顺序,但它们的切点并不完全一样。例如Xma I和Sma I都识别六核苷酸
CCCGGG,但Xma I的切点在CCCCGGG,而Ema I的切点则在CCCGGGG,前者切割DNA分子,形成带有CCGG
粘性末端的DNA片段,而后者并不形成粘性末端(而叫
平末端)。当然,也有识别顺序和切点都相同的酶,如Hap Ⅱ、Hpa Ⅱ、Mno I,都在识别顺序CCGG内有一相同的切点,Hal Ⅲ和BsuR I同样在识别顺序GGCC内有一相同的切点。
用途
用于DNA基因组
物理图谱的组建;基因的定位和
基因分离;DNA分子碱基序列分析;比较相关的DNA分子和
遗传工程;进行
基因工程编辑。
限制性核酸内切酶是由细菌产生的,其生理意义是提高自身的防御能力.
限制酶一般不切割自身的DNA分子,只切割
外源DNA。
命名
限制酶的命名是根据细菌种类而定,以EcoRI为例:
类型
第一型限制酶
同时具有修饰(modification)及识别切割(
restriction)的作用;另有识别(recognize)DNA上特定碱基序列的能力,通常其切割位(cleavage site)距离识别位(recognition site)可达数千个碱基之远。例如:EcoB、EcoK。
第二型限制酶
只具有识别切割的作用,
修饰作用由其他酶进行。所识别的位置多为短的
回文序列(palindrome sequence);所剪切的碱基序列通常即为所识别的序列。是
遗传工程上,实用性较高的限制酶种类。例如:EcoRI、HindⅢ。
第三型限制酶
与第一型限制酶类似,同时具有修饰及识别切割的作用。可识别短的不对称序列,切割位与
识别序列约距24-26个
碱基对。例如:HinfⅢ。
生理意义
限制作用实际就是限制酶降解
外源DNA ,维护宿主遗传稳定的保护机制。
甲基化是常见的修饰作用,可使
腺嘌呤A和
胞嘧啶C甲基化而受到保护。通过
甲基化作用达到识别自身
遗传物质和外来遗传物质的目的。所以,能产生防御病毒侵染的限制酶的细菌,其自身的
基因组中可能有该酶识别的序列,只是该识别序列或
酶切位点被甲基化了。但并不是说一旦
甲基化了,所有限制酶都不能切割。大多数限制酶对
DNA甲基化敏感,因此当限制酶目标序列与甲基化位点重叠时,对酶切的影响有3种可能,即不影响、部分影响、完全阻止。对甲基化DNA的切割能力是限制酶内在和不可预测的特性,因此,为有效的切割DNA,必须同时考虑DNA甲基化和限制酶对该类型甲基化的
敏感性。另外,大部分商业限制酶如今专门用于切割甲基化DNA。