《实用内科学》限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶名词解释
限制性核酸内切酶名词解释限制性核酸内切酶（RestrictionNucleases）是一类酶，在一个特定的基因序列中，它能够以高精度地找到并且切割目标片段。
它的另一个叫法是限制性内切酶，是一种分子生物学中的重要工具，通常用来分离和分析特定的DNA片段，从而帮助研究人员全面了解和研究基因组。
这类酶被发现于1960年，并于1972年获得诺贝尔生理学或医学奖，因为它们在分子生物学方面具有重要的意义。
限制性核酸内切酶是一种能够将双链DNA分割成其他片段的酶。
它们是自然界中存在的，细菌通过限制内切酶来防御抗生素和其他有害细菌，另一方面，研究人员也可以使用它们来分离和分析DNA片段，从而了解基因信息和细胞运行机制。
在这种情况下，限制性核酸内切酶能够将双链DNA识别为其特定目标序列，在这个特定序列处将所有字母（A，T，G，C）切断，并将其分割成单链片段。
每个限制性核酸内切酶都有一个特定的识别序列，只有细菌有多种不同的内切酶，这些酶可以识别每个特定的目标序列，并且可以在这些序列处将双链DNA切割成片段。
限制性核酸内切酶的工作原理和精度使它们成为了分子生物学方面的重要工具。
它们可以用来识别和分析基因片段，而这些片段可以用来研究基因组，并了解基因如何影响细胞运作及机体发育，以及疾病随之而来的基因变化。
限制性核酸内切酶可以用来分离DNA，而这也是各种分子生物学应用所必需的。
例如，它们可以用来制作基因组图谱、分析基因组差异、复制特定基因以及在真核细胞和原核细胞等不同的生物体中测量基因表达的等，在医学研究中也有很大的应用。
此外，由于限制性核酸内切酶的超精确切割功能，它们被广泛应用于基因工程和转基因技术中，可以帮助开发者们分离和重组特定的基因，以获得想要的表型。
这些技术也能够应用于改变植物的物种，用以改善植物的各种性状，例如增加水合作用，减少营养价值，增强抗病性能，增加耐盐性以及改变其他特性。
总之，限制性核酸内切酶是一种重要的酶，它的工作原理和精确的切割功能使它成为了分子生物学研究中的重要工具，并且它还在基因工程和转基因技术中有着广泛的应用。
限制性核酸内切酶
生理意义
限制作用实际就是限制酶降解外源DNA ，维护宿主遗传稳定的保护 机制。甲基化是常见的修饰作用，可使腺嘌呤A和胞嘧啶C甲基化而受 到保护。通过甲基化作用达到识别自身遗传物质和外来遗传物质的目 的。所以，能产生防御病毒侵染的限制酶的细菌，其自身的基因组中 可能有该酶识别的序列，只是该识别序列或酶切位点被甲基化了。但 并不是说一旦甲基化了，所有限制酶都不能切割。大多数限制酶对 DNA甲基化敏感，因此当限制酶目标序列与甲基化位点重叠时，对酶 切的影响有3种可能，即不影响、部分影响、完全阻止。对甲基化 DNA的切割能力是限制酶内在和不可预测的特性，因此，为有效的切 割DNA，必须同时考虑DNA甲基化和限制酶对该类型甲基化的敏感 性。另外，现在很多商业限制酶专门用于切割甲基化DNA。
E
Escherichia
(属)
co
coli
(种)
R
RY13
(品系)
I
的结构，辅因子的需求切位与作用方式，可将限 制酶分为三种类型，分别是第一型(Type I)、第二型(Type Ⅱ) 及第三型(Type Ⅲ)。
类型
第一型限制酶 同时具有修饰(modification)及识别切割(restriction)的作用;另有识别 (recognize)DNA上特定碱基序列的能力，通常其切割位(cleavage site)距离 识别位(recognition site)可达数千个碱基之远。例如:EcoB、EcoK。
第二型限制酶 只具有识别切割的作用，修饰作用由其他酶进行。所识别的位置多为短的回文 序列(palindrome sequence);所剪切的碱基序列通常即为所识别的序列。是遗 传工程上，实用性较高的限制酶种类。例如:EcoRI、HindⅢ。
限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶：是识别DNA的特异序列，并在识别位点或其周围切割双链DNA的一类内切酶。
限制性核酸内切酶的分类：依照限制酶的结构,辅因子的需求切位与作用方式，可将限制酶分为三种类型，别离是第一型（Type I）、第二型（Type II）及第三型（Type III）。
第一型限制酶同时具有修饰(modification)及认知切割(restriction)的作用；还有认知(recognize)DNA 上特定碱基序列的能力，通常其切割位(cleavage site)距离认知位(recognition site)可达数千个碱基之远,并非能准确信位切割位点，因此并非经常使用。
例如：EcoB、EcoK。
第二型限制酶只具有认知切割的作用，修饰作用由其他酵素进行。
所认知的位置多为短的回文序列(palindrome sequence)；所剪切的碱基序列通常即为所认知的序列。
是遗传工程上，有效性较高的限制酶种类。
例如：EcoRI、HindIII。
第三型限制酶与第一型限制酶类似，同时具有修饰及认知切割的作用。
可认知短的不对称序列，切割位与认知序列约距24-26个碱基对，并非能准确信位切割位点，因此并非经常使用。
例如：EcoPI、HinfIII。
限制酶在遗传学方面的应用：1、在甚因工程方面利用能产生“粘性结尾”的限制酶, 进行DNA的体外重组, 是较为方便的, 只要用同一限制酶处置不同来源的DNA, 由于所产生的水解片段具有相同的粘性结尾, 能够彼此“粘合”,再经连接酶处置, 就成为重组DNA分子了. 目前, 基因工程上, 限制酶要紧应用于以下两方面（1）目的基因与载体的重组细菌细胞中的限制酶能水解外源DNA , 因此必需通过适当的载体(质粒或噬菌体)的帮忙才能将外源DNA引人受体细胞并在其中增殖和表达。
将供体DNA与载体用一样的限制酶处置, 使载体带上各类各样的外源DNA片断, 然后引人受体细菌细胞增殖, 菌细胞增殖, 再挑选出所需的菌株, 便取得带有某一目的基因的繁衍系.用这种方式, 已成功地将酵母菌的咪哇甘油磷酸脱水酶基因、夕一异丙基苹果酸脱氢酶基因和色氨酸合成酶基因通过几噬菌体转人大肠杆菌,并表达了信息.（2）建造新的基因载体作为基因载体,在引人受体细胞后, 必需有较高的复制率, 以求取得大量的基因产物；必需具有一个选择性标志, 以便挑选；还要有一最多种限制酶的作用位点（每种酶只有一个切口）；也要求利用平安。
限制性核酸内切酶
五 、影响核酸内切限制酶活性的因素
（1）DNA的纯度 （2）DNA的甲基化程度 （3）酶切消化反应的温度 （4）DNA的分子结构 （5）星星活性
第三节
DNA聚合酶
间断(discontinuity)：在DNA的一条链上某一位置两 个相邻的核苷酸之间的磷酸二酯键发生断裂。
缺刻(nick)：某一位置上丢失了一个或几个核苷酸。
三、大肠杆菌DNA聚合酶I大片段 （Klenow片段） 1、性质 它具有5’→3’聚合活性和3’→5’外 切酶活性,失去了5‘→3‘的核酸外切酶活性.
四、T4噬菌体DNA聚合酶
1、性质 具有 5 ’ → 3 ’聚合酶活性及 3 ’ → 5 ’外切核酸酶活性。其 3’ →5’外切酶活性对单链 DNA的作用比对双链 DNA的作 用更强。它的外切核酸酶活性比kenow片段要强200倍。
思考题： 流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae）d菌株 有三种限制酶，分别怎么表示？
Hind I、HindII、HindIII
BaciUus amyloliquefaciens H Streptomyces albus I
第二节 DNA分子片段化
一、天然DNA的制备
1、天然DNA的来源 ①染色体DNA
3,5磷酸二酯键
核糖核酸酶（RNase）：
脱氧核糖核酸酶（DNase）： 核酸外切酶（exonuclease）： 核酸内切酶（endonuclease）：
限制性核酸内切酶：
二、限制性核酸内切酶的分类
主要特性 限制修饰 I 型 多功能 II 型 单功能 III 型 双功能
蛋白结构
辅助因子 识别序列 切割位点
2、用途 1 ）补平或标记限制性内切酶消化 DNA 后产生的 3 ’凹端。 2）对带有3’突出端的DNA分子进行末端标记。
限制性内切酶
5’-G BamH I 3’-CCTAG
GATCT-3’ A-5’
Bgl Ⅱ
BamH I 5’-GGATCC-3’ 3’-CCTAGG-5’
5’-GGATCT-3’ 3’-CCTAGA-5’ Sau 3A
Bgl Ⅱ
5’-AGATCT-3’ 3’-TCTAGA-5’
III类限制性内切酶
能完全肯定的识别位点和切割位点，但切 割位点也是在识别位点的一侧的一定距离，通 常距特异性位点24bp-26bp。
I 型：切割位点不确定，不适用于基因工程。 Ⅱ型：基因工程的工具酶。 Ⅲ型：切割位点不在识别位点，对分子克隆操作 亦无实用意义。
I型限制性内切酶
首先由M.Meselson和R.Yuan在1968年从大 肠杆菌B株和K株分离得到。 作用原理：识别双链DNA未甲基化修饰的特异 序列，与该序列相互作用，然后延DNA分子移 动，在距离特异性识别位点约1000-1500bp处 随机切开一条单链，造成大约75个核苷酸的 切口。
4.DNA的分子结构
DNA分子的不同构型对限制性内切酶 的活性也有很大的影响。某些限制性核酸 内切酶切割超螺旋的质粒DNA所需要的酶量 要比消化线性的DNA量高出很多倍。
5. 缓冲液
是影响限制酶活性的重要因素。商品化的限 制酶一般都带有专用缓冲液。
化学组成 MgCl2、NaCl/KCl：提供Mg2+和离子强度 Tris-HCl：维持pH 二硫苏糖醇（DTT）：保持酶稳定性 牛血清白蛋白BSA等：有助于酶的稳定
• 识别序列
通常识别的是4-8bp的回文序列，多为6bp，在 识别序列内或其附近水解DNA链中的磷酸二酯键。
• 酶切切口
齐平末端：在识别序列内的对称轴上切割，其 切割产物具平头末端（不易重新连接）。
限制性核酸内切酶名词解释
限制性核酸内切酶名词解释限制性核酸内切酶（RestrictionNucleases,RNases）是一类重要的核酸分子分析工具，是由胞壁杆菌和放线菌等微生物中编码的特定核酸酶类别。
它可以特异性的切割DNA和RNA的特定序列，对研究DNA和RNA的结构和功能有着重要的作用。
限制性核酸内切酶的分子结构基本上是由多聚腺苷酸（polypeptide）和双聚腺苷酸（dipeptide）组成的。
此外，它们还包含辅酶（cofactor），例如Mg2+或Ca2+、K+等，并且需要这些辅酶才能激活其具有酶活性。
一个限制性核酸内切酶在一次反应中可以检测出多个DNA序列，而且能够辨识具有同系特征特异性碱基对，尽量减少大量的氧化废物产生。
与其他核酸分子分析工具不同的是，限制性核酸内切酶具有单端可切或双端可切的特性，可以选择性地切割DNA分子的特定序列，其切割后的片段可以进一步用于分子生物学技术，如DNA测序、PCR及DNA杂交等。
例如，细菌DNA内切酶BamHI以TGT^AAT为切割位点，能有效地将DNA分子切断，切割后可以得到二条内切片段，分别以TGT和AAT为3端，以及一条5末端非切片段；而HpaII以C^CGG为切割位点，切割后可以得到二条内切片段，分别以C和CGG为5端，以及一条3末端的非切片段。
此外，限制性核酸内切酶还可用于检测DNA片段的克隆和定位，以及调控基因表达，控制蛋白质翻译等用途，因此，它们在遗传学、分子生物学研究中起着重要的作用。
它们能够解析特定DNA序列，同时保留它们的原始特征，有助于研究者对其进行详细的调查。
在生物技术的应用中，使用限制性核酸内切酶可以改变DNA序列，实现重组DNA的目的，创造各种抗性等目的。
因此，限制性核酸内切酶的重要性不言而喻。
它们是研究 DNARNA 构和功能的重要工具，同时也是实现技术转化的重要基础。
它们可以用于检测DNA片段，改变序列，以及调控基因表达等多种用途，同时也可以做出有意义的蛋白质和重要生物体系。
限制性内切核酸酶名词解释
限制性内切核酸酶名词解释限制性内切核酸酶(restrictive endoribonuclease)能识别特异的核苷酸序列，它们不与单链的核酸共价结合，而是以共价键切开单链核酸，然后再将切开的片段两两链接起来形成完整的分子。
限制性内切核酸酶分为限制性激酶和限制性内切酶。
限制性内切核酸酶能有效降解RNA或DNA中的碱基、磷酸二酯键、侧链基团等核酸结构，从而阻止了DNA或RNA进入蛋白质或脂类等高分子化合物中，使其失去遗传功能或者发生改变。
它主要作用于核苷酸的3'-OH末端。
限制性内切核酸酶(restrictive endoribonuclease)分为限制性激酶和限制性内切酶。
限制性激酶仅对特定核苷酸序列敏感，而限制性内切酶则可识别并裂解特定核苷酸序列，并且有特异性。
限制性内切核酸酶能有效降解RNA或DNA中的碱基、磷酸二酯键、侧链基团等核酸结构，从而阻止了DNA或RNA进入蛋白质或脂类等高分子化合物中，使其失去遗传功能或者发生改变。
它主要作用于核苷酸的3'-OH末端。
这类酶通常比较稳定，多数不会自动水解底物，即使在无酶情况下也可保持活性。
由于它可被一些长寿命的蛋白质修饰，故认为限制性内切核酸酶具有超活性。
限制性内切核酸酶已经广泛应用于生物化学研究及临床诊断。
1、限制性内切核酸酶识别DNA或RNA的模板链的序列，并且限制性内切酶能够切割双链DNA分子； 2、限制性内切核酸酶与细胞内或细胞外的另一种酶——限制性核酸内切酶结合，对它进行识别和剪切； 3、当产生的酶与目标分子连接时，目标分子便能被释放出来，这就导致了基因表达的调控。
在基因工程中，将目标DNA的片段通过限制性内切酶切割之后，将两端的切口连接起来，这样就可以用连接酶将DNA片段连接起来，合成为双链DNA，进而实现DNA指导蛋白质的表达。
限制性内切核酸酶名词解释：是指能识别核苷酸序列并将其分解成小片段的内切核酸酶。
限制性内切核酸酶的识别序列是由3’端或5’端内含子组成的核苷酸序列。
限制性核酸内切酶.
• (三)基因的甲基化研究 • 由于HPal仅能识别切割双链DNA分子中ccGG顺序,但其中Cyt必需是 设有甲基化的;而MPsI识别同样的顺序,但其中Cyt必需是被甲基化的。 因此有人利用这一对限制酶对真核基因的甲基化程度进行研究(1〕。 • (四）应用于DNA重组 • 分子生物学研究中发现的许多核酸酶类都可用作基因工程的工具。其 中能识别特定的回文序列并切割DNA双链的Ⅱ类限制性核酸内切酶在 DNA重组技术中被广泛应用。 • （五）构建载体 • 采用5'端引入1个限制性内切酶Xcm Ⅰ酶切位点的1对引物,以水稻品 种日本晴基凶组DNA作为模板,扩增得到一段627 bp的PCR片段.并将 其连接到pGEM-T Easy载体上得到名为T-xia的重组载体.利用限制性 内切酶Xcm Ⅰ酶切T-xia载体产生的自制T载体与其他PCR片段连接, 检测结果表明,有80%的重组菌能扩增出目的片段。
限制性内酶的应用
• 自从I型限制酶发现以来,越来越多地受到生化学家 的青睐,因为限制酶对DNA分子具有专一性的切口, 而为人们在分子水平上切割分析、重组遗传信息 提供了重要的工具。 • (一)用于染色体DNA的分析 • 先将DNA用限制性内切酶切割成一系列片段,利用 聚丙烯酷胺或琼脂糖电泳可以轻而易举地将上述 片段分离并且通过测定它们在凝胶中的迁移速度 或直接在电镜下观察测量它们的大小。这些碎片 在整个基因组的排列次序,主要靠几种不同的限制 酶部分水解DNA,再对产物进行电泳分析。
应用实例 -1
• 将水稻叶绿体的DNA，用EcoRI核酸限制性内切酶消化之 后，放入含有溴化乙锭的低熔点（LMP）的1%琼脂糖凝 胶中作电泳分离。从LMP中分离出分子大小为1.8～2.5kb 之间的DNA片段，再与同样经过了EcoRI核酸限制性内切 酶切割并用碱性磷酸酶作了脱磷酸处理的pBR322质粒连 接。然后，将混合物转化到大肠杆菌5346菌株，培养在氨 苄青霉素选择平板上，形成Ampr转化子菌落群体。这样 就构成了由EcoRI核酸限制性内切酶切割的水稻叶绿体 DNA基因组库。用Ampr转化子菌落与32P放射性标记的 玉米psbA DNA 探针作菌落杂交，可以分离出其中的阳性 克隆体。从这些阳性克隆体中分离出来的重组体质粒DNA， 经过进一步的分析，就能测出水稻叶绿体基因psbA的序 列。
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《实用内科学》限制性核酸内切酶
1953年Watson 和Crick 发现了DNA 双螺旋结构，并揭示了DNA 自我复制的机制，为分子生物学树立了里程碑，使人们开始用分子生物学的语言来解释人类的遗传现象。
1961年Mar mur 和Doty 发现了DNA 分子的复性规律并建立了核酸分子杂交技术；1966年Nirenberg，Crick 和Ochoa 等破译了人类的遗传密码，并提出了遗传信息的中心法则；1968年Arber 等发现了DNA 限制性内切酶；1972年Boyer，Cohen 和Berg 成功地建立了DNA 无性繁殖技术；1975年Sanger 和Gilbert 建立了DNA 分子中核苷酸顺序分析法。
在上述基础理论和基本技术的基础上建立的重组DNA‐基因工程技术，已成为分子生物学的核心技术，并已渗透到生命科学的各个领域，在医学领域尤为突出，不仅研制了多种多样的疫苗、药物和诊断试剂用于防病治病，而且揭示了许多疾病的发病机制都与特定基因的结构和功能、基因表达及其调控有关。
而今，RNA 干涉和表观遗传学的发现，使现代分子生物学深刻地促进着医学的发展。
重组DNA 技术
重组DNA 技术（recombinant DNA technology）主要包括：限制性核酸内切酶等工具酶的应用、基因的无性繁殖、核酸分子杂交和DNA 分子的核苷酸序列分析。
限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶多数从大肠杆菌中制备，能识别DNA 分子内部特异的对称顺序［通常为4～8个碱基对（base pair，bp；千碱基对kbp，简写kb）］，对称部位的一条链旋转180°，则两条链顺序完全相同。
限制性核酸内切酶水解切断每条链的一个3′，5′‐磷酸二酯键，形成5′‐PO4末端和3′‐OH 末端。
有的限制性核酸内切酶在不同的平面上切割DNA 的两条单链，其切割点在旋转对称轴上，切割后两条单链末端不在同一平面上，使每条链上都留下一段（约2～6个核苷酸）伸出来的单链，这段单链的顺序很有规律，不论哪一条，从5′→3′端读去，结构相同，因为DNA 是逆行排列碱基互补的双链，所以这两段单链的碱基彼此互补，可再次形成氢键，使DNA 重新环化。
这种限制性核酸内切酶切下的末端称为黏性末端。
有的限制性核酸内切酶在同一平面上切割DNA 的双链，切割后，两条单链的末端在同一平面上，称钝性末端（或平头末端）（表2‐1‐1）。
钝性末端不能自行环化。
无论黏性末端或钝性末端均必须在连接酶催化下才能在两个末端之间再次形成磷酸二酯键，使DNA 片段真正稳定地连接起来（图2‐1‐1）。
表2‐1‐1 限制性核酸内切酶切点及切割后末端结构
图2‐1‐1 重组DNA 分子的形成
质粒DNA 经限制性核酸内切酶切割，形成含有黏性末端的线性DNA，具有同样黏性末端的DNA 片段通过碱基互补，形成环状DNA，在DNA 连接酶催化下产生很稳定的重组DNA 分子
至今已分离到的限制性核酸内切酶有数百种以上，常用的有数十种。
各种内切酶都有最适的作用条件。
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