限制性核酸内切酶拓展

孙庆兴

基因工程是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。DNA重组技术是体外的微显微操作技术，切割DNA的工具是限制性核酸内切酶(简称限制酶)。新课标生物选修3教材“DNA重组技术的基本工具”对限制性核酸内切酶作了一定简介，但是笔者在选修生物班教学过程中或辅导学生生物竞赛过程中，发现部分学生概念有些模糊，做题时正确率不高。教师如果对此作适度拓展，则学生学习起来可能轻松高效。下面对限制性核酸内切酶拓展如下。

1概念

核酸酶可分为两类：核酸外切酶是从核酸的一端开始，一个接一个把核苷酸水解下来；核酸内切酶则从核酸链中间水解3'，5'—磷酸二酯键，将核酸链切断。很多细菌和细胞中都能识别外来的核酸并将其分解。科学家发现，细菌中含有特异的核酸内切酶，能识别特定的核酸序列而将核酸切断；同时又伴随有特定的核酸修饰酶，最常见的是甲基化酶，能使细胞自身核酸特定序列上的碱基甲基化，从而避免受内切酶水解，外来核酸没有这种特异的甲基化修饰，就会被细胞的核酸酶所水解。这样，细胞就构成了限制—修饰体系，其功能就是保护自身的DNA，分解外来的DNA，以保护和维持自身遗传信息的稳定，这对细菌的生存和繁衍具有重要意义。这就是限制性核酸内切酶名称中“限制”二字的由来。

2命名

按酶的来源的属、种名而定，取属名的第一个字母与种名的头两个字母组成的3个斜体字母作略语表示；如有株名，再加上一个字母，其后再按发现的先后写上罗马数字。例如：从流感嗜血杆菌d株中先后分离到3种限制酶，则分别命名为Hind Ⅰ、HindⅡ、HindⅢ。

3分类

按限制酶的组成、与修饰酶活性的关系、切断核酸的情况不同，分为3类。

3．1Ⅰ类限制性核酸内切酶

由3种不同亚基构成，兼具有修饰酶活性和依赖于ATP的限制性内切酶活性，它能识别和结合于特定的DNA序列位点，去随机切断在识别位点以外的DNA序列，通常在识别位点周围400～700 bp。这类酶的作用需要Mg²⁺、s腺苷甲硫氨酸及ATP。

3．1Ⅱ类限制性核酸内切酶

此酶与Ⅰ类酶相似，是多亚基蛋白质，既有内切酶活性，又有修饰酶活性，切断位点在识别序列周围25～30 bp范围内，酶促反应除Mg²⁺外，也需要ATP供应能量。

3．2Ⅲ类限制性核酸内切酶

只由一条肽链构成，仅需Mg²⁺切割DNA的特异性最强，且就在识别位点范围内切断DNA，是分子生物学中应用最广的限制性内切酶。

4作用

大部分限制性核酸内切酶所识别的DNA序列具有回文结构特征，切断的双链DNA都产生5'磷酸基和3'羟基末端。不同限制性核酸内切酶识别和切割的特异性不同。

限制性核酸内切酶的种类很多，迄今已从近300种不同的微生物中分离出了约4 000种限制酶，可以根据它们对DNA有不同的识别序列和切割特征选用，从而为基因工程提供了有力的工具。