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Introduction
限制性內切核酸酶俗稱限制性酵素，普遍存在於原核生物中。限制性內切酶的功能主要是保護外來的遺傳物質，尤其是噬菌體 DNA。這些酵素的其他功能是重組和轉位。限制性內切酶組成限制性修飾（R-M）系統，包含內切酶和甲基轉移酶活性。內切核酸酶會在定義的識別位點上識別和切割外來 DNA。甲基轉移酶則會修改宿主 DNA 的辨識位點，並保護宿主 DNA 免受內切酶活性的破壞。外來 DNA 中的序列一般未經甲基化，因此會被限制性消化。每種限制性酵素都能辨識 DNA 中 4-8 個核苷酸的特定序列，並在這些位點進行切割。
命名法
不同的細菌品種會根據感染的病毒 DNA 合成內切酶。1 酵素名稱以斜體的三個字母縮寫開始；縮寫的第一個字母是從中分離酵素的細菌屬的第一個字母，接下來的兩個字母是種的兩個字母。接著是表示血清型或菌株的額外字母或數字、空格，然後是表示鑑定時序的羅馬數字。例如，從 大腸桿菌（Escherichia coli）、菌株 RY13 分離出來的第一個內切酶被命名為 EcoR I。Hind III 是從流感嗜血桿菌血清型 d 中分離出的四個內切酶中的第三個內切酶。
影響限制酵素活性的因素
限制酵素的消化活性取決於下列因素：
- 溫度： 大多數內切酶在 37 °C下消化目標DNA，只有少數例外。有些可以在較低的溫度下（〜25 °C， Sma 1）工作，而 Taq I則在65 °C下工作。
- 輔助因子： 限制性內切酶需要某些輔助因子或輔助因子的組合來消化識別位點。所有的酵素都需要 Mg2+ 作為輔助因數，才能發揮內切酶的活性。在具有限制活性和甲基化活性的獨立蛋白質的 R-M 系統中，甲基化活性需要 S- 腺苷蛋氨酸 (SAM) 和 ATP。
- 離子條件： 如前所述，所有內切核酸酶都需要 Mg2+ ，但有些酵素也需要 Na+ 和 K+等離子。
- 緩衝系統： 大多數限制酵素在 7.0-8.0 的 pH 範圍內具有活性。Tris-HCl 是一種依溫度而定的緩衝液，是最常用的緩衝液。
- DNA的甲基化狀態： 腺嘌呤或胞苷殘基的甲基化會影響 DNA 的消化。
限制酵素的分類
限制酵素是根據其活性位點、所需輔助因子和辨識序列來分類的。各類限制性內切酶的詳細分類和說明，請參閱表 1.
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DNA鏈的甲基化
DNA的甲基化是影響限制性內切酶特異性的主要因素。從表達甲基化酶 (如 Dam 或 Dcm) 的菌株中分離出的 DNA，可能會因為辨識位點被甲基化而無法被內切酶劈裂。從表達 Dam 的大腸桿菌中分離出來的質粒 DNA 在 GATC 位點上被甲基化，使其可以抵抗內切酶 Mbo I 的裂解。某些甲基化特異性內切酶也能降解甲基化的DNA，而不影響甲基化的宿主DNA。 BamH I 分離自 Bacillus amyloliquefaciens cleaves methylated GGATCC sites of plasmid from E.大腸桿菌 表達 Dam. Dpn I（目錄編號 R8381）分離自 肺炎雙球菌 針對甲基化的 T7 DNA。
限制酶的星型活性
星型活性是指在次優酶條件下發生的消化特異性改變。星型活性會導致 DNA 在非特異位點被裂解。導致星狀活性的一些次優條件如下：
- pH >8.0
- 甘油濃度>5%
- 酵素濃度>100單位/mg DNA
- 酵素孵育時間增加
- 反應混合物中有機溶劑存在
限制酶的應用
限制內切酶在分子生物學研究中被廣泛應用於以下領域：
遺傳工程：限制性內切酶最普遍的應用是作為基因工程的工具。內切酶的活性可操縱基因組，並在宿主生物中引入感興趣的序列。這會導致宿主產生所需的基因產品。這個概念在生物科技中廣泛應用於抗生素、抗體、酵素和幾種次生代謝產物的生產。
DNA映射：使用限制性酵素的 DNA 圖譜（也稱為限制性圖譜）是獲取 DNA 片段結構資訊的一種方法。在這項技術中，DNA 會被一系列的限制性酵素消化，產生不同大小的 DNA 片段。所產生的片段經由瓊脂糖凝膠電泳分離，限制性酵素位點之間的距離便可估算出來。這可用於確定未知 DNA 片段的結構。
基因測序：
限制性內切酶的其他應用包括基因表達和突變研究，以及人口多態性的檢驗。
參考資料
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