限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶( restriction endonucleases ),简称限制酶,是一类能识别和切割双链 DNA 分子中的某些特定核苷酸序列的核酸水解酶,主要从细菌中分离得到。
根据结构和功能特性,把限制酶分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型。
Ⅰ型限制酶的切点不固定,很难形成稳定的、特异性切割末端;Ⅲ型限制酶对 DNA 链的识别序列是非对称的,不产生特异性的 DNA 片段,故基因工程实验中基本不用Ⅰ型和Ⅲ型限制酶。
Ⅱ型限制酶的主要作用是切割 DNA 分子,在 DNA 重组、构建新质粒、建立 DNA 的限制性酶切图谱、 DNA 的分子杂交、制备 DNA 的放射性探针、构建基因文库等方面起到重要作用,是基因工程重要的工具酶。
Ⅱ型限制性核酸内切酶的特点是:一般能识别和切割 4~8 个碱基对的核苷酸序列;大多数识别序列具有回文结构。
Ⅱ型限制性核酸内切酶的切割方式有三种:切割产生 5 ' 突出的粘性末端( sticky ends );切割产生 3 ' 突出的粘性末端;切割产生平头末端( blunt ends )。
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。
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。
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。
限制酶一般不切割自身的DNA分子,只切割外源DNA。
每种限制酶特异识别专一DNA序列,并在切割位点将其准确切割。
限制酶是基因工程用来切割目的基因的酶,DNA复制不需要。
DNA复制需要的是解旋酶和DNA聚合酶。
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
第一型限制酶:同时具有修饰(modification)及认知切割(restriction)的作用;另有认知(recognize)DNA上特定碱基序列的能力,通常其切割位(cleavage site)距离认知位(recognition site)可达数千个碱基之远。
例如:EcoB、EcoK。
第二型限制酶:只具有认知切割的作用,修饰作用由其他酵素进行。
所认知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认知的序列。
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,同时具有修饰及认知切割的作用。
可认知短的不对称序列,切割位与认知序列约距24-26个碱基对。
例如:EcoPI、HinfⅢ。
甲基化(DNA methylation) DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一,大量研究表明,DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变,从而控制基因表达。