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1、30 多年前，当人们在对噬菌体的宿主特异性的限制-修饰现象进行研究时，首次发现了限制 性内切酶。细菌可以抵御新病毒的入侵，而这种限制病毒生存的办法则可归功于细胞内部 可摧毁外源DNA的限制性内切酶。首批被发现的限制性内切酶包括来源于大肠杆菌的EcoR I 和EcoR II,以及来源于Heamophilus influenzae的Hind II和Hind III。这些酶可在特定位点切 开DNA，产生可体外连接的基因片段。研究者很快发现内切酶是研究限制性内切酶的主要功能是保护细菌不受噬菌体的感染,这一观点已被人们广泛接受。它们 作为微生物免疫机制的一部分行使其功能。当一个没有限制性内切酶的细菌被病
2、毒感染时, 大部分病毒颗粒都能成功地进行感染。然而一个有限制性内切酶的同种细菌被成功感染的比 率显著下降。出现更多的限制性内切酶将会起到多重保护作用;而一个拥有4 到5 种各自独 立的限制性内切酶将会使细胞坚不可摧。限制性内切酶常常伴随一到两种修饰酶（甲基化酶）出现。后者的作用是保护细胞自身的DNA 不被限制性内切酶破坏。修饰酶识别的位点与相应的限制性内切酶相同,但只甲基化每条链 中的一个碱基,而不是切开 DNA 链。限制性内切酶识别位点处的甲基基团伸入到双螺旋的 大沟中去,阻碍了限制性内切酶的作用。这样,限制性内切酶和它的搭档-甲基化酶一起 就构成了限制-修饰（R-M）系统。在一些R-M系统
3、中，限制性内切酶和修饰酶是两种不同的蛋 白,它们各自独立行使自己的功能;而在另一些系统中,两种功能由同一种限制-修饰酶的不 同亚基，或是同一亚基的不同结构域来执行。传统上将限制性内切酶按照亚基组成、酶切位置、识别位点、辅助因子等因素划分为三大类。 然而，蛋白测序的结果表明，限制性内切酶的变化多种多样，若从分子水平上分类，则应当 远远不止这三种。I 型限制性内切酶是一类兼有限制性内切酶和修饰酶活性的多个亚基的蛋白复合体。它们在 识别位点很远的地方任意切割DNA链。以前人们认为I型限制性内切酶很稀有，但现在通 过对基因组测序的结果发现这一类酶其实很常见尽管I型酶在生化研究中很有意义，但由于 不产生
4、确定的限制片段和明确的跑胶条带，因而不具备实用性。II型酶在其识别位点之中或临近的确定位点特异地切开DNA链。它们产生确定的限制片段 和跑胶条带，因此是三类限制性内切酶中唯一用于dna分析和克隆的一类。II型限制性内切 酶由一群性状和来源都不尽相同的蛋白组成，因而任意一种限制性内切酶的氨基酸序列可能 与另一种限制性内切酶的氨基酸序列截然不同。实际上，从已知的情况上看，这些酶很可能 是在进化过程中各自独立产生的，而非来源于同一个祖先。II型限制性内切酶中最普遍的是象Hha I、Hind III和Not I这样在识别序列中进彳丁切割的酶。 这一类酶是构成商业化酶的主要部分。大部分这类酶都以同二聚体
5、的形式结合到DNA 上, 因而识别的是对称序列;但有极少的酶作为单聚体结合到DNA上，识别非对称序列。一些酶 识别连续的序列（如EcoR I识别GAATTC）;而另一些识别不连续的序列（如Bgl I识别 GCCNNNNNGGC）。限制性内切酶的切割后产生一个3羟基端和一个5磷酸基团。它们的活 性要求镁离子，而相应的修饰酶则需要S-甲硫氨酸腺苷的存在。这些酶一般都比较小，亚基 一般都在 200-300 个氨基酸左右。另一种比较常见的酶是所谓的IIS型酶，比如Fok I和Alw I，它们在识别位点之外切开DNA。 这些酶的大小居中，约为 400-650 个氨基酸左右;它们识别连续的非对称序列，有一
6、个结合 识别位点的域和一个专门切割 DNA 的功能域。一般认为这些酶主要以单体的形式结合到 DNA上，但与临近的酶结合成二聚体，协同切开DNA链。因此一些IIS型的酶在切割有多个 识别位点的DNA分子时，活性可能更高。第三种 II 型限制性内切酶(有时也被称为 IV 型限制性内切酶)是一类较大的、集限制和修饰功 能于一体的酶，通常由850-1250 个碱基组成，在同一条多肽链上同时具有限制和修饰酶活 性。有些酶识别连续序列，并在识别位点的一端切开DNA链;而另一些酶识别不连续的序列 (如Beg I： CGANNNNNNTGC),并在识别位点的两端切开DNA链，产生一小段含识别序列的 片段。这些酶的氨基酸序列各不相同，但其结构组成是一致的。他们在N端由一个负责切 开DNA的功能域，这个域又与DNA修饰域连接;此外还有一到两个识别特异DNA序列的功 能域构成C端，或以独立的亚基形式存在。当这些酶与底物结合时，它们或行使限制性内切 酶的功能切开底物，或作为修饰酶将其甲基化。III型限制性内切酶也是兼有限制-修饰两种功能的酶。它们在识别位点之外切开DNA链，并 且要求识别位点是反向重复序列;它们很少能产生完全切割的片段，因而不具备实用价值， 也没有人将其商业化。
