核酸酶

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基本信息

  核酸分解第一步是水解核苷酸之間的磷酸二酯鍵,在高等動植物中都有作用於磷酸二酯鍵核酸酶。不同來源的核酸酶,其專一性、作用方式都有所不同。有些核酸酶只能作用於RNA,稱為核糖核酸酶(RNase),有些核酸酶只能作用於DNA,稱為脫氧核糖核酸酶(DNase),有些核酸酶專一性較低,既能作用於RNA也能作用於DNA,因此統稱為核酸酶(nuclease)。根據核酸酶作用的位置不同,又可將核酸酶分為核酸外切酶(exonuclease)和核酸內切酶(endonuclease)。

分類

一、核酸外切酶

  有些核酸酶能從DNA或RNA鏈的一端逐個水解下核苷酸,所以稱為核酸外切酶。只作用於DNA的核酸外切酶稱為脫氧核糖核酸外切酶,只作用於RNA的核酸外切酶稱為核糖核酸外切酶;也有一些核酸外切酶可以作用於DNA或RNA。核酸外切酶從3′端開始逐個水解核苷酸,稱為3′→5′外切酶,例如,蛇毒磷酸二酯酶即是一種3′→5′外切酶,水解產物為5′核苷酸;核酸外切酶從5′端開始逐個水解核苷酸,稱為5′→3′外切酶,例如:牛脾磷酸二酯酶即是一種5′→3′外切酶,水解產物為3′核苷酸。

二、核酸內切酶

  核酸內切酶催化水解多核苷酸內部的磷酸二酯鍵。有些核酸內切酶僅水解5′磷酸二酯鍵,把磷酸基團留在3′位置上,稱為5′-內切酶;而有些僅水解3′-磷酸二酯鍵,把磷酸基團留在5′位置上,稱為3′-內切酶。還有一些核酸內切酶對磷酸酯鍵一側的鹼基有專一要求,例如胰臟核糖核酸酶(RNaseA)即是一種高度專一性核酸內切酶,它作用於嘧啶核苷酸的C′3上的磷酸根和相鄰核苷酸的C′5之間的鍵,產物為3′嘧啶單核苷酸或以3′嘧啶核苷酸結尾的低聚核苷酸。

發展歷史

  20世紀70年代,在細菌中陸續發現了一類核酸內切酶,能專一性地識別並水解雙鏈DNA上的特異核苷酸順序,稱為限制性核酸內切酶(restriction endonuclease,簡稱限制酶)。當外源DNA侵入細菌后,限制性內切酶可將其水解切成片段,從而限制了外源DNA在細菌細胞內的表達,而細菌本身的DNA由於在該特異核苷酸順序處被甲基化修飾,不被水解,從而得到保護。   近年來,限制性核酸內切酶的研究和應用發展很快,目前已提純的限制性核酸內切酶有100多種,許多已成為基因工程研究中必不可少的工具酶。   限制性核酸內切酶可被分成三種類型。Ⅰ型和Ⅲ型限制酶水解DNA需要消耗ATP,全酶中的部分亞基有通過在特殊鹼基上補加甲基基團對DNA進行化學修飾的活性。   Ⅰ型和Ⅲ型酶具有限制和修飾兩種作用,而特異性弱,切割位點的序列不固定,不已知,不宜用於基因克隆中。   Ⅱ型限制酶水解DNA不需要ATP也不以甲基化或其它方式修飾DNA,能在所識別的特殊核苷酸順序內或附近切割DNA。因此,被廣泛用於DNA分子克隆和序列測定。