在自然界中，生物必须不断地保护自己免受外来入侵，即使是在微观层面上。在细菌中，有一组细菌酶通过分解外源DNA发挥作用。这种分解过程称为限制性内切酶，执行此过程的酶称为限制性内切酶。

限制性内切酶在重组DNA技术中非常重要。限制性内切酶已被用于帮助生产疫苗、医药产品、抗虫作物和许多其他产品。

关键外卖

• 限制性内切酶通过将外源DNA切割成片段来分解外源DNA。这种分解过程称为限制。
• 重组DNA技术依靠限制性内切酶产生新的基因组合。
• 细胞通过在一个叫做修饰的过程中加入甲基来保护自己的DNA不被分解。
• DNA连接酶是一种非常重要的酶，有助于通过共价键将DNA链连接在一起。

什么是限制酶(a restriction enzyme)？

限制性内切酶是一类基于识别特定核苷酸序列将DNA切割成片段的酶。限制性内切酶也称为限制性内切酶。

虽然有数百种不同的限制性内切酶，但它们的工作方式基本相同。每种酶都有一个识别序列或位点。识别序列通常是DNA中的一个特定的短核苷酸序列。酶在被识别的序列中的某些点切割。例如，限制性内切酶可识别鸟嘌呤、腺嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶、胸腺嘧啶、胞嘧啶的特定序列。当这个序列存在时，酶可以在序列中交错切割糖磷酸主链。

但是，如果限制性内切酶是根据特定的序列切割的，那么像细菌这样的细胞如何保护自己的DNA不被限制性内切酶切割呢？在典型的细胞中，甲基（CH3）被添加到序列中的碱基上，以防止限制性内切酶识别。这一过程由互补酶完成，互补酶识别与限制酶相同的核苷酸碱基序列。DNA的甲基化被称为修饰。通过修饰和限制的过程，细胞既能切割对细胞构成危险的外源DNA，又能保留细胞的重要DNA。

基于DNA的双链结构，识别序列在不同的支架上是对称的，但方向相反。回想一下，DNA的“方向”由链末端的碳类型指示。5'端连接有磷酸基团，而另3'端连接有羟基。例如：

5'端-。。。鸟嘌呤，腺嘌呤，腺嘌呤，胸腺嘧啶，胸腺嘧啶，胞嘧啶…-3'端

3'端-。。。胞嘧啶，胸腺嘧啶，胸腺嘧啶，腺嘌呤，腺嘌呤…-5'端

例如，如果限制性内切酶在鸟嘌呤和腺嘌呤之间的序列中剪切，它将在两个序列中剪切，但在相反的末端（因为第二个序列的运行方向相反）。因为DNA在两条链上都被切割，所以会有互补的末端可以彼此氢键。这些末端通常被称为“粘性末端”

什么是dna连接酶(dna ligase)？

由限制性内切酶产生的片段的粘性端在实验室环境中是有用的。它们可以用来连接来自不同来源和不同生物体的DNA片段。碎片通过氢键结合在一起。从化学角度来看，氢键是弱吸引力，不是永久性的。然而，使用另一种酶，这种键可以永久化。

DNA连接酶是一种非常重要的酶，在细胞DNA的复制和修复中起作用。它的功能是帮助DNA链连接在一起。它通过催化磷酸二酯键起作用。这种键是共价键，比前面提到的氢键强得多，能够将不同的片段固定在一起。当使用不同的来源时，产生的重组DNA具有新的基因组合。

限制性内切酶类型

限制性内切酶有四大类：I型酶、II型酶、III型酶和IV型酶。它们都具有相同的基本功能，但不同的类型是根据它们的识别序列、切割方式、成分和物质需求（辅因子的需要和类型）进行分类的。通常，I型酶在距离识别序列较远的位置切割DNA；II型在识别序列之内或附近切割DNA；Ⅲ型切割DNA近识别序列；IV型切割甲基化DNA。

来源

• 生物实验室，新英格兰。“限制性内切酶的类型”，《新英格兰生物实验室：生命科学行业的试剂》，www.neb.com/products/Restriction-endocleases/Restriction-endocleases/Types-of-Restriction-endocleases。
• 里斯、简B.和尼尔A.坎贝尔。坎贝尔生物学。本杰明·卡明斯，2011年。