限制性核酸内切酶

限制性核酸内切酶

限制性核酸内切酶简称限制性核酸酶。这是一类能从DNA分子中间水解磷酸二酯键，从而切断双链DNA的核酸水解酶。它们不同于一般的脱氧核糖核酸酶（DNase），它们的切点大多很严格，要求专一的核苷酸顺序——识别顺序。长期以来，难以深入研究的DNA大分子，借此可以切割成特定的小片段来分析。限制性核酸酶的发现，为基因结构、DNA碱基顺序分析和基因工程的研究开辟了途径。为此，W.阿尔伯，H.史密斯和D.内森斯三人共同获得了1978年诺贝尔生理学或医学奖。

限制性核酸酶在原核和真核细胞中都有发现，按其性质可分为三大类。所谓Ⅰ型的酶要求DNA分子上有特定的识别顺序，但是切点却不在此识别顺序之中，而与之有一定距离。在反应中，它还要求有ATP和S－腺苷甲硫氨酸（SAM）。酶由不同的α、β、γ亚基组成。全酶兼有限制性内切酶的活性和甲基化酶的活性。Ⅲ型的酶与Ⅰ型的酶有相似特征，只是切点距识别顺序距离是严格的。

Ⅱ型的酶，可说是独立的限制性核酸内切酶。因为，它并不兼有甲基化酶的活性。细胞内可另有独立的甲基化酶。它切断DNA时不需ATP，也不需SAM。它的切点是严格的，而且就在识别顺序之中。Ⅱ型的酶在蛋白质组成上比Ⅰ型、Ⅲ型要简单的多，它只有单一的亚基。以二体或四体发挥作用。

至1988年，从细菌中发现的Ⅱ型的限制性核酸酶已有约850种：下面对Ⅱ型酶作进一步的介绍。常用的限制性核酸酶有EcoRⅠ，HindⅢ，AluⅠ，HaeⅢ等，其命名都以菌种名的第一个字母的大写字母起头，以菌种属名的字首二个小写字母继后。必要时加上菌株的标志字母，如EcoRⅠ之R或HindⅢ之d。最后，若由此菌株可以得到的限制性核酸酶不止一种，则按Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ编号。如：

EcoRⅠ　来自　Escherichiacoli RY13之酶Ⅰ

HindⅢ　来自　Haemophilius influenzae Rd之酶Ⅲ

AluⅠ　来自　Arthrobacter luteus之酶Ⅰ

HaeⅢ　来自　Haemophilus aegyptius之酶Ⅲ

这些酶的识别顺序多数是4或6个碱基对。有的酶要5或7个甚至更长的识别顺序。识别顺序短的在DNA分子上出现的几率多，酶可把DNA分子切成较多的小片段。识别顺序长的则往往只切出少数大片段。这些酶切片段统称为限制性片段。根据不同限制性核酸酶在某DNA分子上的切点分布，可以绘出该DNA分子的“限制性图谱”即“酶切图谱”，也称“物理图谱”。限制性图谱可以反映出一个DNA片段或基因结构的基本特征。

这些酶的识别顺序大都具有180°旋转对称的特征。切点绝大多数都在识别顺序之内。切口有时是平头的，即双链的切点位置相同。如AluⅠ和HaeⅢ。有时切口可带有一个短的单链末端，如EcoRⅠ和HindⅢ。

这种短的单链末端，称为“粘性末端”。它与对应的单链末端很容易恢复原来的碱基配对，而粘接成双链。这个过程称为“退火”。通过粘性末端使DNA片段相互连接，非常准确方便，在基因工程中十分有用。

限制性核酸酶的鉴定，常用一些纯的病毒DNA作为标准底物，观察其酶切片段在凝胶电泳中所出现的条带。最常用的标准DNA是λ噬菌体的DNA。