2.5.3　核酸外切酶

核酸外切酶（exonuclease）是一类能从DNA或RNA链的一端开始按顺序催化水解3'，5'-磷酸二酯键，产生单核苷酸（DNA为dNTP，RNA为NTP）的核酸酶。只作用于DNA的核酸外切酶称为脱氧核糖核酸外切酶，只作用于RNA的核酸外切酶称为核糖核酸外切酶。核酸外切酶从3'端开始逐个水解核苷酸时，称为3'→5'核酸外切酶，水解产物为5'核苷酸；核酸外切酶从5'端开始逐个水解核苷酸时，称为5'→3'核酸外切酶，水解产物为3'核苷酸。

核酸外切酶按其作用特性的差异，可以分为单链的核酸外切酶和双链的核酸外切酶。

单链的核酸外切酶包括大肠杆菌核酸外切酶Ⅰ（Exo Ⅰ）和核酸外切酶Ⅶ（Exo Ⅶ）等。核酸外切酶Ⅶ能够从5'-末端或3'-末端呈单链状态的DNA分子上降解DNA，产生寡核苷酸短片段，而且是唯一不需要Mg2+的活性酶，是一种耐受性很强的核酸酶。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。

双链的核酸外切酶有大肠杆菌核酸外切酶Ⅲ（ExoⅢ）、λ噬菌体核酸外切酶（λExo）以及T7基因6核酸外切酶等。大肠杆菌核酸外切酶Ⅲ具有多种催化功能，可以降解双链DNA分子中的许多类型的磷酸二酯键。其中主要的催化活性是催化双链DNA按3'→5'的方向从3'-OH末端释放5'-单核苷酸（图2-22）。大肠杆菌核酸外切酶Ⅲ通过其3'→5'外切酶活性使双链DNA分子产生出单链区，经过这种修饰的DNA再配合使用Klenow DNA聚合酶，同时加进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。λ噬菌体核酸外切酶最初是从感染了λ噬菌体的大肠杆菌细胞中纯化出来的，这种酶催化双链DNA分子从5'-P末端进行逐步的水解，释放出5'-单核苷酸，但不能降解5'-OH末端。λ噬菌体核酸外切酶主要用于将双链DNA转变成单链DNA，供双脱氧法进行DNA序列分析用；还可以用于从双链DNA中移去5'突出末端，供末端转移酶进行加尾。T7基因6核酸外切酶是大肠杆菌T7噬菌体基因6编码的产物。同λ噬菌体核酸外切酶一样，它可以催化双链DNA从5'-P末端逐步降解释放出5'-单核苷酸，但与λ噬菌体核酸外切酶不同，它可以从5'-OH和5'-P两个末端移去核苷酸。T7基因6核酸外切酶同λ噬菌体核酸外切酶具有同样的用途。但是由于它的加工活性要比λ噬菌体核酸外切酶的低，因此主要用于从5'端开始的有控制的匀速降解。

图2-22　大肠杆菌核酸外切酶Ⅲ的活性