限制性核酸內切酶拓展

孫慶興

基因工程是指按照人們的意愿，進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，從而創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，因此又叫做DNA重組技術。DNA重組技術是體外的微顯微操作技術，切割DNA的工具是限制性核酸內切酶(簡稱限制酶)。新課標生物選修3教材“DNA重組技術的基本工具”對限制性核酸內切酶作了一定簡介，但是筆者在選修生物班教學過程中或輔導學生生物競賽過程中，發現部分學生概念有些模糊，做題時正確率不高。教師如果對此作適度拓展，則學生學習起來可能輕松高效。下面對限制性核酸內切酶拓展如下。

1概念

核酸酶可分為兩類：核酸外切酶是從核酸的一端開始，一個接一個把核苷酸水解下來；核酸內切酶則從核酸鏈中間水解3'，5'—磷酸二酯鍵，將核酸鏈切斷。很多細菌和細胞中都能識別外來的核酸并將其分解。科學家發現，細菌中含有特異的核酸內切酶，能識別特定的核酸序列而將核酸切斷；同時又伴隨有特定的核酸修飾酶，最常見的是甲基化酶，能使細胞自身核酸特定序列上的堿基甲基化，從而避免受內切酶水解，外來核酸沒有這種特異的甲基化修飾，就會被細胞的核酸酶所水解。這樣，細胞就構成了限制—修飾體系，其功能就是保護自身的DNA，分解外來的DNA，以保護和維持自身遺傳信息的穩定，這對細菌的生存和繁衍具有重要意義。這就是限制性核酸內切酶名稱中“限制”二字的由來。

2命名

按酶的來源的屬、種名而定，取屬名的第一個字母與種名的頭兩個字母組成的3個斜體字母作略語表示；如有株名，再加上一個字母，其后再按發現的先后寫上羅馬數字。例如：從流感嗜血桿菌d株中先后分離到3種限制酶，則分別命名為Hind Ⅰ、HindⅡ、HindⅢ。

3分類

按限制酶的組成、與修飾酶活性的關系、切斷核酸的情況不同，分為3類。

3．1Ⅰ類限制性核酸內切酶

由3種不同亞基構成，兼具有修飾酶活性和依賴于ATP的限制性內切酶活性，它能識別和結合于特定的DNA序列位點，去隨機切斷在識別位點以外的DNA序列，通常在識別位點周圍400～700 bp。這類酶的作用需要Mg²⁺、s腺苷甲硫氨酸及ATP。

3．1Ⅱ類限制性核酸內切酶

此酶與Ⅰ類酶相似，是多亞基蛋白質，既有內切酶活性，又有修飾酶活性，切斷位點在識別序列周圍25～30 bp范圍內，酶促反應除Mg²⁺外，也需要ATP供應能量。

3．2Ⅲ類限制性核酸內切酶

只由一條肽鏈構成，僅需Mg²⁺切割DNA的特異性最強，且就在識別位點范圍內切斷DNA，是分子生物學中應用最廣的限制性內切酶。

4作用

大部分限制性核酸內切酶所識別的DNA序列具有回文結構特征，切斷的雙鏈DNA都產生5'磷酸基和3'羥基末端。不同限制性核酸內切酶識別和切割的特異性不同。

限制性核酸內切酶的種類很多，迄今已從近300種不同的微生物中分離出了約4 000種限制酶，可以根據它們對DNA有不同的識別序列和切割特征選用，從而為基因工程提供了有力的工具。