限制性内切酶(restriction endonuclease)
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想象你想把一句很长的话切成几段,但只在某个确切短语出现的地方切——其他任何地方都不动。限制性内切酶就是一把对DNA做这件事的蛋白质剪刀:它沿着双螺旋扫描,找到一段短而特定的序列,只在那里切开。这类酶是细菌发明的,却成了分子生物学家最重要的一把切割工具。
内切酶是指在链的中间切割核酸的酶(endo=内部),区别于从末端逐个啃咬。限制性内切酶是其中的特殊一类:它识别一段短的DNA序列——通常为4到8个碱基对,常常是回文——并在该位点处或附近把两条链的糖磷酸骨架切断。例如著名的EcoRI找到序列 5'-GAATTC-3'(与 3'-CTTAAG-5' 配对),在每条链的G与第一个A之间切开。每种酶都有自己固定的识别序列,所以同一种酶总是在同一DNA的同样位置切割,得到可重复的片段。
因为切割是序列特异且可重复的,这些酶让你能把任意DNA切成确定的片段并重新组合——它们正是分子克隆中的“切”这一步。市售的酶有数百种,每种以其来源细菌命名(EcoRI来自大肠杆菌Escherichia coli,HindIII来自流感嗜血杆菌Haemophilus influenzae)。1978年诺贝尔奖授予了发现它们的阿尔伯、内森斯和史密斯。没有限制酶,重组DNA技术——乃至现代生物学的大部分——都将不复存在。
EcoRI遇到序列 5'-GAATTC-3' / 3'-CTTAAG-5'。它在每条链的G与A之间切开,产生两段,每段都以单链的 5'-AATT 突出末端结尾。把同一种酶加到两个不同的DNA上,二者都会获得相同的AATT突出端——可以彼此连接。
EcoRI切割GAATTC,在两个片段上都留下匹配的黏性末端。
限制酶只在其确切识别序列出现处切割——它分辨不出你关心的是哪个基因,所以同一种酶会在该位点恰好出现的任何地方切开你的插入片段和载体。