限制性酶

限制性内切酶（ restriction endonuclease ）也称限制性酶（ restriction enzyme ），是由 W. Arber ， H. Smith 和 D. Nathans 等人（ 1979 年）从细菌中分离的一类酶。限制酶具有极高的专一性，识别双链 DNA 上特定的位点，将两条链都切断，形成粘末端或平末端。限制酶可以用来解剖纤细的 DNA 分子，在分析染色体结构、制作 DNA 的限制酶谱、测定较长的 DNA 序列、基因的分离、基因的体外重组等研究中是不可缺少的工具。对于研究 DNA 的分子生物学家来说，这是一把天赐神刀——分子生物刀。

限制性酶的生物学功能在于防御或“限制”入侵细胞的外 DNA （如噬菌体 DNA ）。原核生物利用他们独特的限制性内切酶把外来 DNA 切成无感染性的片段。但不能降解自身细胞中的染色体 DNA ，因为细胞内还有“共座”的 DNA 甲基化酶修饰相应序列使之受到保护。

限制酶可被分成三种类型。 I 型和Ⅲ型限制酶水解 DNA 需要消耗 ATP ，全酶中的部分亚基有通过在特殊碱基上补加甲基基团对 DNA 进行化学修饰的活性。 I 型限制性内切酶在随机位点切割 DNA ；Ⅲ型限制酶识别双链 DNA 的特异核苷酸序列，并在这个位点内或附近切开 DNA 双链。

Ⅱ型限制性内切酶已被广泛应用于 DNA 分子的克隆和序列分析，这是因为它们水解 DNA 不需要 ATP ，并且也不以甲基化或其他方式修饰 DNA 。最重要的是它们在它们所识别的特殊核苷酸顺序内或附近切割 DNA 链。这些特殊序列常常含 4 个或 6 个核苷酸残基，通常具回文结构（ palindromic structure ），切割后形成粘末端（或平末端）。例如，大肠杆菌的一限制酶称 EcoR I ，它识别下列六核苷酸顺序：

5' …… GAATTC …… 3'

3' …… CTTAAC …… 5'

这种回文结构的两条链以 5' → 3' 方向阅读序列都是一样的结构，当 EcoR I 遇到 DNA 的这种序列时，它会对这种 DNA 链进行交错切割，产生突出的 5' 末端。

5' …… G AATTC …… 3'

3' …… CTTAA C …… 5'

有些限制酶，如 Pst I ，它识别序列 5'-CTGCAG-3' ，并在 A 与 G 之间切割 DNA 双链产生 3' 突出粘性末端。还有些限制酶，如 Bal I ， DNA 链产生具有平末端（ blunt end ）的 DNA 片段。

限制酶的命名较为特殊。以 EcoR I 为例加以说明。第一个大写字母 E 为大肠杆菌 E. coil 的属名的第一个字母，第二、三两个小写字母 co 为它的种名的头两个字母。第四个字母用大写 R ，表示所用大肠杆菌的菌株。最后一个罗马字表示从该细菌中分离出来的这一类酶的编号。目前提纯的限制酶已很多，常用的约有 100 多种，并且已转化成为商品。大大节约了研究人员的时间。