孫慶興

基因工程是指按照人們的意愿，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，并通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做DNA重組技術(shù)。DNA重組技術(shù)是體外的微顯微操作技術(shù)，切割DNA的工具是限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶)。新課標(biāo)生物選修3教材“DNA重組技術(shù)的基本工具”對(duì)限制性核酸內(nèi)切酶作了一定簡(jiǎn)介，但是筆者在選修生物班教學(xué)過(guò)程中或輔導(dǎo)學(xué)生生物競(jìng)賽過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生概念有些模糊，做題時(shí)正確率不高。教師如果對(duì)此作適度拓展，則學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)可能輕松高效。下面對(duì)限制性核酸內(nèi)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(kāi)始，一個(gè)接一個(gè)把核苷酸水解下來(lái)；核酸內(nèi)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(xì)菌和細(xì)胞中都能識(shí)別外來(lái)的核酸并將其分解?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌中含有特異的核酸內(nèi)切酶，能識(shí)別特定的核酸序列而將核酸切斷；同時(shí)又伴隨有特定的核酸修飾酶，最常見(jiàn)的是甲基化酶，能使細(xì)胞自身核酸特定序列上的堿基甲基化，從而避免受內(nèi)切酶水解，外來(lái)核酸沒(méi)有這種特異的甲基化修飾，就會(huì)被細(xì)胞的核酸酶所水解。這樣，細(xì)胞就構(gòu)成了限制—修飾體系，其功能就是保護(hù)自身的DNA，分解外來(lái)的DNA，以保護(hù)和維持自身遺傳信息的穩(wěn)定，這對(duì)細(xì)菌的生存和繁衍具有重要意義。這就是限制性核酸內(nèi)切酶名稱中“限制”二字的由來(lái)。

2命名

按酶的來(lái)源的屬、種名而定，取屬名的第一個(gè)字母與種名的頭兩個(gè)字母組成的3個(gè)斜體字母作略語(yǔ)表示；如有株名，再加上一個(gè)字母，其后再按發(fā)現(xiàn)的先后寫(xiě)上羅馬數(shù)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(guān)系、切斷核酸的情況不同，分為3類。

3．1Ⅰ類限制性核酸內(nèi)切酶

由3種不同亞基構(gòu)成，兼具有修飾酶活性和依賴于ATP的限制性內(nèi)切酶活性，它能識(shí)別和結(jié)合于特定的DNA序列位點(diǎn)，去隨機(jī)切斷在識(shí)別位點(diǎn)以外的DNA序列，通常在識(shí)別位點(diǎn)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(nèi)切酶

此酶與Ⅰ類酶相似，是多亞基蛋白質(zhì)，既有內(nèi)切酶活性，又有修飾酶活性，切斷位點(diǎn)在識(shí)別序列周圍25～30 bp范圍內(nèi)，酶促反應(yīng)除Mg²⁺外，也需要ATP供應(yīng)能量。

3．2Ⅲ類限制性核酸內(nèi)切酶

只由一條肽鏈構(gòu)成，僅需Mg²⁺切割DNA的特異性最強(qiáng)，且就在識(shí)別位點(diǎn)范圍內(nèi)切斷DNA，是分子生物學(xué)中應(yīng)用最廣的限制性內(nèi)切酶。

4作用

大部分限制性核酸內(nèi)切酶所識(shí)別的DNA序列具有回文結(jié)構(gòu)特征，切斷的雙鏈DNA都產(chǎn)生5'磷酸基和3'羥基末端。不同限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別和切割的特異性不同。

限制性核酸內(nèi)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(jù)它們對(duì)DNA有不同的識(shí)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。