核酸酶

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核酸分解的第一步是水解核苷酸之间的磷酸二酯键,在高等动植物中都有作用于磷酸二酯键的核酸酶。不同来源的核酸酶,其专一性、作用方式都有所不同。有些核酸酶只能作用于RNA,称为核糖核酸酶(RNase),有些核酸酶只能作用于DNA,称为脱氧核糖核酸酶(DNase),有些核酸酶专一性较低,既能作用于RNA也能作用于DNA,因此统称为核酸酶(nuclease)。根据核酸酶作用的位置不同,又可将核酸酶分为核酸外切酶(exonuclease)和核酸内切酶(endonuclease)。  

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一、核酸外切酶

有些核酸酶能从DNA或RNA链的一端逐个水解下单核苷酸,所以称为核酸外切酶。只作用于DNA的核酸外切酶称为脱氧核糖核酸外切酶,只作用于RNA的核酸外切酶称为核糖核酸外切酶;也有一些核酸外切酶可以作用于DNA或RNA。核酸外切酶从3′端开始逐个水解核苷酸,称为3′→5′外切酶,例如,蛇毒磷酸二酯酶即是一种3′→5′外切酶,水解产物为5′核苷酸;核酸外切酶从5′端开始逐个水解核苷酸,称为5′→3′外切酶,例如:牛脾磷酸二酯酶即是一种5′→3′外切酶,水解产物为3′核苷酸。  

二、核酸内切酶

核酸内切酶催化水解多核苷酸内部的磷酸二酯键。有些核酸内切酶仅水解5′磷酸二酯键,把磷酸基团留在3′位置上,称为5′-内切酶;而有些仅水解3′-磷酸二酯键,把磷酸基团留在5′位置上,称为3′-内切酶。还有一些核酸内切酶对磷酸酯键一侧的碱基有专一要求,例如胰脏核糖核酸酶(RNaseA)即是一种高度专一性核酸内切酶,它作用于嘧啶核苷酸的C′3上的磷酸根和相邻核苷酸的C′5之间的键,产物为3′嘧啶单核苷酸或以3′嘧啶核苷酸结尾的低聚核苷酸。  

发展历史

20世纪70年代,在细菌中陆续发现了一类核酸内切酶,能专一性地识别并水解双链DNA上的特异核苷酸顺序,称为限制性核酸内切酶(restriction endonuclease,简称限制酶)。当外源DNA侵入细菌后,限制性内切酶可将其水解切成片段,从而限制了外源DNA在细菌细胞内的表达,而细菌本身的DNA由于在该特异核苷酸顺序处被甲基化酶修饰,不被水解,从而得到保护。

近年来,限制性核酸内切酶的研究和应用发展很快,目前已提纯的限制性核酸内切酶有100多种,许多已成为基因工程研究中必不可少的工具酶。

限制性核酸内切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型和Ⅲ型酶具有限制和修饰两种作用,而特异性弱,切割位点的序列不固定,不已知,不宜用于基因克隆中。

Ⅱ型限制酶水解DNA不需要ATP也不以甲基化或其它方式修饰DNA,能在所识别的特殊核苷酸顺序内或附近切割DNA。因此,被广泛用于DNA分子克隆序列测定

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