제한효소

 핵산 분해효소의 한 종류이다.
 유전공학에서 재조합 DNA(디옥시리보핵산)를 만들기 위해서 사용하는 특수한 효소이며  제한이란, 이질(異質)의 숙주(宿主) 중에서 증식한 DNA의 침입을 받았을 때 그 DNA와 자기의 DNA를 식별하고 분해해 버리는 현상을 말한다, 그리고 그런 작용을 하는 효소를 제한효소라고 한다. 이와 반대로 제한효소가 인식하는 염기배열 중의 특정한 염기를 메틸화하여 제한을 받지 않는 상태로 DNA를 일시적으로 변화시키는 현상을 수식(修飾)이라고 하고, 이런 작용을 하는 효소를 수식효소라고 한다.

 제한효소는 그 특성(절단양식이나 활성발현인자 등)에 의해 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ형의 3군(群)으로 대별된다. Ⅰ형 효소는 활성발현에 APT, S-아데노실메티오닌 및 마그네슘이온(Mg²⁺)을 필요로 하고, DNA 속의 인식염기배열로부터 떨어진 부위를 절단하는데 그 위치는 일정하지 않아 유전공학 적으로 사용이 잘 되지 않는다. Ⅱ형효소는 유전공학에서 널리 사용되는 것으로 활성발현에 마그네슘이온을 필요로 하여 DNA분자의 특정한 염기배열을 인식하고 그 부위 또는 인식염기배열로부터 일정 염기 떨어진 인접부위를 정확하게 절단하는게 가장 큰 특징이다. 그리고 이 효소의 인식염기배열은 3~6개의 2회전 대칭구조를 취하고 있는 경우가 많다. Ⅲ형효소는 활성발현에 APT와 마그네슘이온을 필요로 하고, DNA 속의 인식염기배열로부터 수십 염기 떨어진 부위를 절단하기 때문에 잘 사용이 안된다. 

 ※ 제한효소 (restriction enzyme)

 

DNA를 자른다는 것은 nucleotide들이 연결되어 있는 phosphodiester 결합을 끊어내는 것 으로 이런 역할을 하는 효소를 nuclease라고 하며 바깥쪽을 자르는 exonuclease와 안쪽을 자르는 endonuclease가 있다. 제한효소 (restriction enzyme, restriction endonuclease)는 endonuclease로 DNA에 존재하는 특정한 염기서열을 인식하고 인식한 서열부위 또는 그 근처에 존재하는 특정부위를 절단한다.

 

제한효소의 3가지 type중 실험실에서 사용되는 것은 대부분 Type II restriction enzyme으 로 인식부위와 절단부위가 모두 특이성이 있는 제한효소로 4개, 5개, 또는 6개의 염기서열 을 인식한다. 제한효소의 명명은 발견된 세균의 이름 및 serotype에 따라서 붙이게 된다.

 

제한효소가 인식할 수 있는 부위는 앞으로 읽으나 뒤로 읽으나 염기서열이 같은 모양 (palindrome)을 하고 있는 것이 특징이다. 잘린 후의 DNA 모양은 5'-overhang cohesive end, 3'-overhang cohesive end (sticky end) 또는 blunt end가 만들어질 수 있으므로 목적 에 따라서 잘 선택해서 사용해야 한다.

 

 예1) EcoR I 효소의 절단 부위: 5'-overhang cohesive end 형성

 

        5'--GAATTC--3' → 5'--G AATTC--3'

 

        3'--CTTAAG--5' 3'--CTTAA G--5'

 

 예2) Sac I 효소의 절단 부위: 3'-overhang cohesive end 형성

 

        5'--GAGCTC--3' → 5'--GAGCT C--3'

 

        3'--CTCGAG--5' 3'--C TCGAG--5'

 

 예3) Sma I 효소의 절단 부위: blunt end 형성

 

        5'--CCCGGG--3' → 5'--CCC GGG--3'

 

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