限制性核酸内切酶分为哪些类型？各类型有何特点？

 

来源公众号：生物奇迹biomiracle　作者：生物奇迹

限制性核酸内切酶（Restriction Endonuclease）是一类能识别双链 DNA 分子中特定核苷酸序列，并在特定位置切割 DNA 的酶，广泛存在于细菌和古菌中，是天然免疫系统的一部分，用于抵御外源 DNA（如噬菌体）的入侵。根据酶的结构、辅助因子需求、识别序列特征及切割位点的不同，可分为以下几种类型。

I 型限制性核酸内切酶

特点：

多亚基复合体：由修饰亚基（Mod）、限制亚基（Res）和识别亚基（HsdS）组成。

识别序列：通常为长序列（如EcoK的识别序列为 5′-AACNNNNNNGTGC-3’），包含特异性识别位点和非特异性间隔区域。

切割方式：切割位点远离识别序列（通常在识别位点下游 1000-2000 bp 处），切割位置随机，无固定末端。

辅助因子：需要 ATP、Mg²⁺和 S – 腺苷甲硫氨酸（SAM），切割过程消耗 ATP。

应用：因切割位置随机，难以用于基因工程，主要用于研究 DNA 转位和甲基化机制。

举例：

EcoK：识别序列为 5′-AACNNNNNNGTGC-3’。

EcoB：识别序列为 5′-TGANNNNNNNNTGCT-3’。

II 型限制性核酸内切酶

特点：

单亚基酶：结构简单，多数为同源二聚体。

识别序列：多为 4-8 bp 的回文序列（如EcoRI的识别序列为 5′-GAATTC-3’），少数为非回文序列。

切割方式：直接在识别序列内或附近精确切割，产生粘性末端（如 5′ 突出或 3′ 突出）或平末端。

辅助因子：仅需 Mg²⁺，无需 ATP 或 SAM。

应用：基因工程中最常用的工具酶，用于 DNA 克隆、酶切图谱构建等。

举例：

1、产生粘性末端的酶：

EcoRI：识别 5′-GAATTC-3’，切割后产生 5′ 突出末端（G↓AATTC）。

HindIII：识别 5′-AAGCTT-3’，切割后产生 5′ 突出末端（A↓AGCTT）。

BamHI：识别 5′-GGATCC-3’，切割后产生 5′ 突出末端（G↓GATCC）。

2、产生平末端的酶：

SmaI：识别 5′-CCCGGG-3’，切割后产生平末端（CCC↓GGG）。

HaeIII：识别 5′-GGCC-3’，切割后产生平末端（GG↓CC）。

3、非回文序列识别酶：

BtgI：识别 5′-CACNNNGTG-3’，切割产生粘性末端。

III 型限制性核酸内切酶

特点：

异源二聚体：由 Mod（甲基化酶）和 Res（限制酶）亚基组成。

识别序列：由两个反向重复序列组成，间隔 1-2 bp（如EcoPI的识别序列为 5′-AGACC-3′ 和 5′-GTCTG-3’，间隔 1 bp）。

切割方式：在识别序列下游 24-26 bp 处切割，切割位点相对固定但不在识别序列内。

辅助因子：需要 ATP 和 Mg²⁺，但 ATP 仅用于激活酶，不被水解。

应用：较少用于基因工程，研究价值高于实用价值。

举例：

EcoPI：识别序列为 5′-AGACC-N-GTCTG-3’，切割位点在下游 25 bp 处。

EcoP15I：识别序列为 5′-CTGGA (N) 6-3’。

IV 型限制性核酸内切酶

特点：

识别修饰 DNA：专门作用于甲基化、羟甲基化或糖基化的 DNA，不识别特定核苷酸序列，而是识别 DNA 修饰状态。

切割方式：切割修饰后的 DNA 链，导致双链断裂。

辅助因子：依赖 Mg²⁺或 Mn²⁺。

应用：参与细菌对抗甲基化噬菌体 DNA 的防御机制，研究 DNA 修饰与表观遗传。

举例：

McrBC：识别甲基化的胞嘧啶（如 m⁵C），切割含甲基化 DNA 的区域。

Mrr：识别甲基化的腺嘌呤（如 m⁶A）或胞嘧啶，切割修饰后的 DNA。

总结对比

扩展知识

命名规则：通常以来源微生物属名首字母（大写）+ 种名前两个字母（小写）+ 菌株或血清型编号 + 罗马数字（如 EcoRI 来自Escherichia coli RY13 菌株，第 1 个发现的酶）。

星号标记：若酶识别序列中某个碱基被甲基化，可能改变切割特异性（如 EcoRI * 表示识别甲基化 DNA）。

　

来源网址：限制性核酸内切酶分为哪些类型？各类型有何特点？