制限酵素

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制限酵素（せいげんこうそ）は、酵素の一種。2本鎖のDNAを切断する。必須因子や切断様式により3種類に大別されるが、そのうちのII型酵素が遺伝子組み換えに多用される。

[編集] 概要

多様な制限酵素の認識する塩基配列のパターンも同様に多様だが、あるひとつの制限酵素が多くの種類の塩基配列を認識することもあれば、逆にあるひとつの塩基配列を認識する制限酵素に多くの種類があることもある。制限酵素はDNA中にあるそのパターンを認識し、その付近あるいはその配列の内部で切断する。切断された切り口には2種類あり、その形状により平滑末端と粘着末端と呼ばれる。II型制限酵素によって認識される塩基配列のパターンの多くはパリンドローム(回文)になっており、5'端側から読んでも、その相補鎖の5'端から読んでも同じ配列になっている。この酵素の発見によりDNAの加工ができるようになり、遺伝子組み換え実験が可能となった。

また制限酵素は遺伝子組み換えの他にも、制限地図の作成やRFLPの解析にも用いられる。

II型制限酵素による切断の例（大文字が認識される回文配列）

平滑末端（ブラント・エンド）

 切断前の配列   　　　切断後の配列
 5'-atGATATCgg-3'    5'-atGAT ATCgg-3'
 3'-taCTATAGcc-5'    3'-taCTA TAGcc-5'

粘着末端(スティッキー・エンド)

 切断前の配列   　　　切断後の配列
 5'-atAAGCTTgg-3'    5'-atA AGCTTgg-3'
 3'-taTTCGAAcc-5'    3'-taTTCGA Acc-5'

今日において制限酵素は、分子生物学において必要不可欠なツールとなっている。

[編集] 種類

[編集] I型制限酵素

特異的な認識部位でDNAに結合し、認識部位から様々な距離（400～7000bp）で二本鎖DNAを切断する。活性には、Mg2+, ATP, S-アデノシルメチオニンが必要で、ATP(アデノシン三リン酸)の加水分解に伴って切断が起こる。メチラーゼ活性を併せもつ。 切断個所には再現性が乏しく、また、DNAのメチル化を引き起こすため、遺伝子工学には使えない

[編集] II型制限酵素

本頁の冒頭で述べたような、パリンドロームを認識して特定の位置で切断する酵素。遺伝子工学の実験に広く利用できることから、試薬会社から市販されているもののほとんどの種類をこの型の酵素が占める。切断点は、認識部位内かそのごく近傍に限定されている。

酵素反応には、Mg²⁺が必須。

[編集] III型制限酵素

特異的な認識部位に結合し、それから約25bp離れた位置を切断する。 活性には、ATPとS-アデノシルメチオニンが必要であるが、ATPの加水分解は伴わない。 I型と同様、メチラーゼ活性を併せもつ。 メチル化活性は、自身の制限酵素で自分のDNAを分解しないために、制限酵素部位をメチル化によってマスクするためにある。

[編集] 制限酵素の例

5'AGCT
3'TCGA

5'---AG  CT---3'
3'---TC  GA---5'

5'GGATCC
3'CCTAGG

5'---G     GATCC---3'
3'---CCTAG     G---5'

5'ATCGAT
3'TAGCTA

5'---AT     CGAT---3'
3'---TAGC     TA---5'

5'GAATTC
3'CTTAAG

5'---G     AATTC---3'
3'---CTTAA     G---5'

5'GATATC
3'CTATAG

5'---GAT  ATC---3'
3'---CTA  TAG---5'

5'GGCC
3'CCGG

5'---GG  CC---3'
3'---CC  GG---5'

5'AAGCTT
3'TTCGAA

5'---A     AGCTT---3'
3'---TTCGA     A---5'

5'GANTC
3'CTNAG

5'---G   ANTC---3'
3'---CTNA   G---5'

5'GTTAAC
3'CAATTG

5'---GTT     AAC---3'
3'---CAA     TTG---5'

5'CCGG
3'GGCC

5'---C       CGG---3'
3'---GGC       C---5'

5'GGTACC
3'CCATGG

5'---GGTAC     C---3'
3'---C     CATGG---5'

5'GCGGCCGC
3'CGCCGGCG

5'---GC   GGCCGC---3'
3'---CGCCGG   CG---5'

5'CAGCTG
3'GTCGAC

5'---CAG  CTG---3'
3'---GTC  GAC---5'

5'CTGCAG
3'GACGTC

5'---CTGCA     G---3'
3'---G     ACGTC---5'

5'GAGCTC
3'CTCGAG

5'---GAGCT     C---3'
3'---C     TCGAG---5'

5'GTCGAC
3'CAGCTG

5'---G     TCGAC---3'
3'---CAGCT     G---5'

5'GATC
3'CTAG

5'---     GATC---3'
3'---CTAG     ---3'

5'CCCGGG
3'GGGCCC

5'---CCC  GGG---3'
3'---GGG  CCC---5'

5'TCGA
3'AGCT

5'---T   CGA---3'
3'---AGC   T---5'

[編集] 歴史

制限酵素は、1968年に、スイスのウェルナー・アーバー (Werner Arber) やアメリカのハミルトン・スミス (Hamilton Othanel Smith) によって発見された。制限酵素の名前の由来としては、大腸菌のある種の株でファージの増殖が制限されるという現象が確認されていたことによるもので、そのような菌からファージのような外来DNAを切断する制限酵素が発見された。(ホスト側のゲノムは、メチル化などの修飾によって保護されているため切断されない)

[編集] 関連項目

• RFLP
• 制限地図

[編集] 外部リンク

• Werner Arber – Autobiography
• Restriction enzyme database REBASE