第5章 基因工程操作的工具酶(2)(1 / 3)

5.限製性核酸內切酶的緩衝液

限製性核酸內切酶的標準緩衝液的組分包括氯化鎂、氯化鈉或氯化鉀、Tris·HCl、β巰基乙醇或二硫蘇糖醇(DTT)以及牛血清白蛋白(BSA)等。酶活性的正常發揮,需要2價陽離子,通常是Mg2+。不正確的NaCl 或Mg2+濃度,不僅會降低限製酶的活性,而且還可能導致識別序列特異性的改變。緩衝液Tris·HCl 的作用在於,使反應混合物的pH值恒定在酶活性所要求的最佳數值範圍內。對絕大多數限製酶來說,在pH= 7.4的條件下,其功能最佳。

巰基試劑對於保護某些限製性核酸內切酶的穩定性是有用的,而且還可使其免於失活。在“非最適的”反應條件下(包括高濃度的限製性核酸內切酶、高濃度的甘油、低離子強度、用Mn2+取代Mg2+以及高pH值等等),有些限製性核酸內切酶識別序列的特異性會發生改變,導致從識別序列以外的其他位點切割DNA分子。有的限製性核酸內切酶在緩衝液成分的影響下會產生所謂的“星號”活性。

2.2DNA連接酶

2.2.1連接機理

1967年,世界上有數個實驗室幾乎同時發現了一種能夠催化在兩條DNA鏈之間形成磷酸二酯鍵的酶,即DNA連接酶(DNAligase)。DNA連接酶廣泛存在於各種生物體內。在大腸杆菌及其他細菌中,DNA連接酶催化的連接反應是利用NAD+(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)作為能源;在動物細胞及噬菌體中,DNA連接酶則是利用ATP(腺苷三磷酸)作為能源。其催化的基本反應是將一條DNA鏈上的3′末端遊離羥基與另一條DNA鏈上的5′末端磷酸基團共價結合形成3′,5′磷酸二酯鍵,使兩個斷裂的DNA片段連接起來,因此它在DNA複製、修複以及體內體外重組過程中起著重要作用。

DNA連接酶催化的連接反應分為三步:①由ATP(或NAD+)提供AMP,形成酶AMP複合物,同時釋放出焦磷酸基團(PPi)或煙酰胺單核苷酸(NMN);②激活的AMP 結合在DNA鏈5′端的磷酸基團上,產生含高能磷酸鍵的焦磷酸酯鍵;③與相鄰DNA鏈3′端羥基相連,形成磷酸二酯鍵,並釋放出AMP。

值得注意的是,DNA連接酶所連接的是切口(nick),無法連接裂口。另外,DNA連接酶不能連接兩條單鏈DNA分子或環化的單鏈DNA分子,被連接的DNA鏈必須是雙螺旋DNA分子的一部分。

2.2.2DNA連接酶的種類

已發現的DNA連接酶主要有兩種:T4噬菌體DNA連接酶(又稱T4DNA連接酶)和大腸杆菌DNA連接酶。

T4噬菌體DNA連接酶(又稱T4DNA連接酶)的相對分子質量為68000,最早是從T4噬菌體感染的大腸杆菌中提取的。T4噬菌體DNA連接酶可以連接:①兩個帶有互補黏性末端的雙鏈DNA分子;②兩個帶有平頭末端的雙鏈DNA分子;③一條鏈帶有切口的雙鏈DNA分子;④RNA:DNA雜合體中RNA鏈上的切口,也可將RNA末端與DNA鏈連接。

由於T4噬菌體DNA連接酶可連接的底物範圍廣,尤其是能有效地連接DNA分子的平頭末端,因此在DNA體外重組技術中廣泛應用。

雖然兩個完全斷開的平頭末端DNA分子在T4噬菌體DNA連接酶作用下可以連接,但是連接速度非常緩慢,因此需要回收大量的酶切片段。在平頭末端連接反應中,若加入適量的一價陽離子和低濃度的PEG,可提高T4噬菌體DNA連接酶對平頭末端的連接活性。