的限制性内切酶是由某些古细菌和细菌用来抑制或“限制”内的病毒的传播内切核酸酶。它们在细菌中尤其常见，并且是其针对外来DNA的防御系统（称为限制/修饰系统）的一部分。
这些酶可重复地且在不使用额外能量的情况下催化双带DNA在特定位置的切割。尽管有些还需要ATP或S-腺苷甲硫氨酸，但大多数都需要辅因子的存在，例如镁或其他二价阳离子。
HindIII限制性内切酶反应方案（来源：Helixitta，来自Wikimedia Commons）
限制性核酸内切酶于1978年由Daniel Nathans，Arber Werner和Hamilton Smith发现，并因其发现获得诺贝尔医学奖。它们的名称通常来自首次观察到它们的生物。
此类酶广泛用于DNA克隆方法的开发以及其他分子生物学和基因工程策略。它们的特定序列识别特性和在接近识别位点处剪切序列的能力使其成为基因实验中的强大工具。
通过作用于特定DNA分子上的限制性内切酶产生的片段，可用于通过使用有关酶切割DNA的位点的信息来重建原始分子的“图”。
一些限制酶可能在DNA上具有相同的识别位点，但不一定以相同的方式切割。因此，有些酶切掉了平末端，而酶切掉了粘末端，这在分子生物学中有不同的应用。
当前，有数百种不同的商业限制酶，由不同的商业机构提供。这些酶用作“定制”分子剪刀，用于不同目的。
特征
限制酶履行聚合酶的相反功能，因为它们水解或破坏核苷酸链中相邻核苷酸之间磷酸二酯键内的酯键。
在分子生物学和基因工程中，它们被广泛用于构建表达和克隆载体以及鉴定特定序列的工具。它们也可用于构建重组基因组并具有巨大的生物技术潜力。
基因治疗的最新进展是目前使用限制酶将特定基因引入载体，该载体是将此类基因转运到活细胞中的载体，并且可能具有插入细胞基因组中进行功能的能力。永久的变化。
作用机理
限制性内切酶可以催化双带DNA裂解，尽管有些酶能够识别单带DNA序列甚至RNA。切割在识别序列后发生。
作用机理包括在每个DNA链的骨架中磷酸基团和脱氧核糖之间的磷酸二酯键的水解。许多酶能够在它们识别的相同位点切割，而其他酶则在其之前或之后切割5至9个碱基对。
通常，这些酶在磷酸基团的5'末端切割，产生具有5'磷酸基末端和3'末端羟基末端的DNA片段。
由于蛋白质不会直接与DNA中的识别位点直接接触，因此它们必须连续转移，直到达到特定位点为止，这可能是通过DNA链上的“滑动”机制实现的。
在酶促切割过程中，每条DNA链的磷酸二酯键位于限制酶的一个活性位点内。当酶离开识别和切割位点时，它是通过非特异性瞬时缔合而离开的。
种类
目前已知五种类型的限制酶。以下是每个内容的简要说明：
I型限制酶
这些酶是大的五聚体蛋白，具有三个亚基，一个用于限制性酶，一个用于甲基化酶，一个用于在DNA中识别序列。这些核酸内切酶是能够催化限制和修饰反应的多功能蛋白质，它们具有ATPase活性以及DNA拓扑异构酶。
这种类型的酶是第一个被发现的核酸内切酶，它们于1960年代首次被纯化，从那时起就进行了深入的研究。
由于切割位点与识别位点之间的可变距离最多为1,000个碱基对，因此I型酶并未广泛用作生物技术工具，这使得它们在实验可重复性方面不可靠。
II型限制酶
它们是由同源二聚体或四聚体组成的酶，它们在长度在4到8 bp之间的特定位点切割DNA。这些切割位点通常是回文的，也就是说，它们识别在两个方向上以相同方式读取的序列。
细菌中的许多II型限制酶在识别DNA的外来特性时就会切割DNA，因为它没有其DNA应该具有的典型修饰。
这些是最简单的限制酶，因为它们不需要除镁（Mg +）以外的任何辅助因子即可识别和切割DNA序列。
II型限制酶在精确位置识别和切割DNA中的简单序列的精度使其成为分子生物学大多数分支中使用最广泛且必不可少的一种。
在II型限制酶组中，有多个亚类，这些亚类是根据某些特性而分类的，每个特性都是唯一的。这些酶的分类是通过在该酶的名称之后从A到Z加上字母来完成的。
一些最有用的子类是：
IIA子类
它们是不同亚基的二聚体。它们识别不对称序列，并被用作产生切割酶的理想前体。
IIB子类
它们由一个或多个二聚体组成，并在识别序列的两侧切割DNA。他们在识别位点之前的碱基对间隔切割了两条DNA链。
IIC子类
这种类型的酶是具有DNA链的分裂和修饰功能的多肽。这些酶不对称地切割两条链。
子类IIE
该子类的酶在基因工程中使用最多。它们具有催化位点，通常需要变构效应子。这些酶需要与其识别序列的两个拷贝相互作用才能进行有效切割。在该子类中的是酶EcoRII和EcoRI。
III型限制酶
III型限制性核酸内切酶仅由两个亚基组成，一个负责DNA识别和修饰，而另一个负责序列切割。
这些酶的功能需要两个辅助因子：ATP和镁。这种类型的限制酶具有两个不对称的识别位点，以ATP依赖的方式使DNA易位，并在与识别位点相邻的20-30 bp之间进行切割。
IV型限制酶
IV型酶在切割带有甲基化标记的DNA时很容易识别，它们由几个不同的亚基组成，这些亚基负责识别和切割DNA序列。这些酶使用GTP和二价镁作为辅因子。
特异性切割位点包括在一条或两条核酸链上具有甲基化或羟甲基化胞嘧啶残基的核苷酸链。
V型限制酶
该分类将CRISPER-Cas型酶分组，该酶识别和切割入侵生物的特定DNA序列。Cas酶使用CRISPER合成的引导RNA链来识别和攻击入侵的生物。
分类为V型的酶是由I，II和II型酶构成的多肽。它们可以切割几乎任何生物体的DNA片段，并具有广泛的长度。它们的灵活性和易用性使它们与II型酶一起成为当今基因工程中使用最广泛的工具之一。
例子
为了获得有关核苷酸取代率的信息，限制性酶已用于DNA多态性的检测，特别是在群体遗传研究和使用线粒体DNA的进化研究中。
目前，用于各种目的的细菌转化的载体具有多克隆位点，其中发现了多个限制酶的识别位点。
在这些酶中，最流行的是首次从大肠杆菌中获得并描述的EcoRI，II，III，IV和V。来自流感嗜血杆菌的HindIII和来自解淀粉芽孢杆菌的BamHI。
参考文献
- Bickle，TA，&Kruger，DH（1993）。DNA限制生物学。微生物学评论，57（2），434–450。
- Boyaval，P.，Moineau，S.，Romero，DA，&Horvath，P.（2007年）。CRISPR为原核生物中的病毒提供了获得的抗性。科学，315（3月），1709–1713年。
- Goodsell，D。（2002）。分子观点：限制性内切核酸酶。癌症医学干细胞基础知识，第20卷，第190-191页。
- 哈尔福德，东南（2001）。限制性内切酶的跳跃，跳跃和循环。生物化学学会学报，29，363-373。
- Jeltsch，A。（2003）。维持物种身份和控制细菌物种：限制/修饰系统的新功能？吉恩（Gene）317，13-16。
- Krebs，J.，Goldstein，E.和Kilpatrick，S.（2018年）。Lewin的Genes XII（第12版）。马萨诸塞州伯灵顿：琼斯和巴特利特学习。
- Li，Y.，Pan，S.，Zhang，Y.，Ren，M.，Feng，M.，Peng，N.，…，She Q.（2015）。利用I型和III型CRISPR-Cas系统进行基因组编辑。核酸研究，1–12。
- Loenen，WAM，Dryden，DTF，Raleigh，EA和GG Wilson（2013）。I型限制酶及其亲属。核酸研究，1-25。
- Nathans，D.&Smith，HO（1975）。限制性内切核酸酶在DNA分子的分析和重组中。安努 生物化学牧师。，273–293。
- Nei，M.和Tajima，F.（1981）。可通过限制性核酸内切酶检测到Dna多态性。遗传学，145-163。
- Pingoud，A.，Fuxreiter，M.，Pingoud，V.，&Wende，W.（2005）。细胞和分子生命科学II型限制性核酸内切酶：结构和机制。CMLS细胞与分子生命科学，62，685–707。
- 罗伯茨河（2005）。限制酶如何成为分子生物学的主力军。PNAS，102（17），5905-5908。
- 罗伯茨（Roberts，RJ）和默里（Murray）（1976）。限制性核酸内切酶。《生物化学评论》（十一月），第123-164页。
- Stoddard，BL（2005）。归巢核酸内切酶的结构和功能。生物物理学季刊，1-47。
- Tock，MR和Dryden，DTF（2005）。限制与反限制生物学。《微生物学最新观点》，第8卷，第466-472页。https://doi.org/10.1016/j.mib.2005.06.003
- 威尔逊，GG，和默里，NE（1991）。限制和修改系统。安努 吉内特牧师 ，25，585-627。
- Wu，Z.，&Mou，K.（2016）。对空肠弯曲菌毒力和种群遗传学的基因组学见解。Infec。Dis。翻译 Med。，2（3），109–119。
- 袁河（1981）。多功能限制性内切核酸酶的结构和机制。安努生物化学牧师。 ，50，285-315。