一、核酸外切酶

一、核酸外切酶

核酸外切酶(exonuclease)是指一类从多核苷酸链的一端开始,按顺序降解多核苷酸链的核酸酶。有些核酸外切酶可以作用于单链的DNA,如大肠杆菌核酸外切酶工和核酸外切酶Ⅶ;有些核酸外切酶可以作用于双链,如大肠杆菌核酸外切酶Ⅰ、λ噬菌体核酸外切酶以及T7噬菌体基因6核酸外切酶等。

1.大肠杆菌核酸外切酶Ⅰ

大肠杆菌核酸外切酶Ⅰ(exonuclease I,exoⅠ)是一种单链特异性3′→5′核酸外切酶,从单链DNA的3′-OH末端降解生成5′单核苷酸,对单链DNA的特异性非常高,不作用于双链DNA及RNA。

在DNA分子操作实验中,如需对PCR产物进行测序,需去除反应体系中残存的引物及dNTP,否则测序反应不能正常进行。经核酸外切酶Ⅰ和磷酸酶(如CIAP或SAP)处理后的PCR产物可直接用于测序。核酸外切酶Ⅰ可去除残留的单链引物以及扩增反应中产生的多余的单链DNA,碱性磷酸酶用来去除残存的单核苷酸(dNTP)。这样可以避免使用烦琐的胶回收、柱纯化、沉淀、磁珠、过滤、透析等方法。

2.大肠杆菌核酸外切酶Ⅶ

大肠杆菌核酸外切酶Ⅶ(exoⅦ)是一种单链核苷酸的外切酶,它能从5′端或3′端呈单链状态的DNA分子上降解DNA,它是唯一不需要Mg2+的核酸酶,耐受性很强。核酸外切酶Ⅶ可以用来测定基因组DNA中一些特殊的间隔序列和编码序列的位置,它只切割末端有单链突出的DNA分子。

3.大肠杆菌核酸外切酶Ⅲ

大肠杆菌核酸外切酶Ⅲ(exoⅢ)是一种双链核苷酸的外切酶,它具有多种催化功能,可以降解双链DNA分子中许多类型的磷酸二酯键,其中主要的催化活性是沿3′→5′方向逐步催化去除单核苷酸,每次只有几个核苷酸被降解。尽管可以作用于双链DNA的切割产生的单链缺口,但最适底物是平末端或3′凹陷末端的双链DNA。由于对单链DNA无活性,3′突出的末端可抵抗该酶的切割,拮抗程度随3′突出末端的长度而不同,4个碱基或更长的突出完全不能被切割,这种特性对于一端是抗性位点(3′突出端)、一端是敏感位点(平端或5′突出端)的线性DNA分子,可以产生单向缺失。

在DNA分子操作实验中,核酸外切酶Ⅲ的用途主要有两方面:第一,从3′→5′降解双链DNA,使3′突出,再配合使用Klenow酶补平末端,同时加入带放射性同位素的核苷酸,便可以制备特异性的放射性探针;第二,与绿豆核酸酶或S1核酸酶联合使用,制备单向或者双向缺失的DNA,例如,末端分别为EcoRⅠ-PstⅠ的DNA片段,EcoRⅠ方向5′端突出,对exoⅢ敏感;PstⅠ方向3′突出,能抗exoⅢ的切割,这样在与绿豆核酸酶或S1核酸酶联合使用时就可以制备从EcoR I方向缺失的DNA,末端都是5′端突出就可以制备双向缺失的DNA。

4.λ核酸外切酶和T7基因6核酸外切酶

λ核酸外切酶(λexo)是一种双链核苷酸的外切酶,这种酶催化双链DNA分子自5′-磷酸末端进行逐步的加工和水解,释放出5′单核苷酸,但它不能降解5′-OH末端。最适底物是5′磷酸化的双链DNA,也能降解单链DNA,但效率很低,不能从DNA的切刻或缺口处开始消化。T7基因6核酸外切酶和λ核酸外切酶酶学特性相同。

在DNA分子操作实验中,λ核酸外切酶的用途有两个方面:第一,将双链DNA转变成单链的DNA;第二,从双链DNA中移去5′突出末端,以便用末端转移酶进行加尾。