제한 효소: 두 판 사이의 차이

'''제한핵산중간가수분해효소''' (restriction endonuclease; '''제한효소''', restriction enzyme)는 이중사슬 [[DNA]] 분자의 특정한 [[염기서열]]를을 인식하여 그 부분이나 그 주변을 절단하는 것을 [[촉매]]하는 [[효소]]를 지칭한다. 대부분의 제한 효소는 각각 '''인식자리'''(recognition site) 혹은 '''제한자리'''(restriction site)라는 특수한 [[염기서열]]을 가진 위치에서 [[DNA]]를 절단한다. 원래 제한 효소는 [[세균]]이 [[박테리오파지]]라는 [[바이러스]]의 공격을 받으면, 생산하는 [[효소]]로 [[바이러스]]의 침입으로부터 자신을 방어하는 역활을역할을 한다.

1962년 연구에서 W.Arber와 D.Dussoix는 [[대장균]]에서 나타나는 [[DNA]] 제한/변형 현상이 두 가지 [[효소]] 즉 메틸화효소와 제한효소에 의해 나타난다는 것을 발견하였다. 실험에서 메틸화효소를 생산하지 않는 [[박테리오파지]]의 [[DNA]]는 제한효소에 의해 절단되어 더이상더 이상 숙주세포를 공격하지 못하고, 메틸화효소에 의해 변형된 [[DNA]]를 가진 대장균의 [[DNA]]는 보호되었다. 일부 파지의 경우 메틸화효소가 제한효소보다 먼저 작용해 살아남는 경우도 있었다. 파지를 여러세대여러 세대 배양하면 DNA 메틸화가 일어나고, 처음 파지와는 다른 DNA를 보유하여 제한효소의 작용을 피하였다. 이 실험을 통해 [[대장균]]에서 제한효소가 활성화 되었을 때 DNA를 분해하는 작용을 한다는 것이 알려졌다.

제한효소의 이름은 보통 발견된 [[세균]]의 [[속]]명, [[종]]명, strain과 발견 순서에 따라 부여된다. 예로 EcoRⅠ는 ''Escherichia coli'' RY13(앞에서 부터 속, 종, strain을 의미한다.) 에서 속명의 앞글자 '''E'''와 종명의 앞글자 '''co''', strain명에서 '''R''', 첫번째첫 번째 발견했다는 의미의 '''Ⅰ'''을 합해서 만들어졌다. Hinf

위와 같이 지그재그 모양으로 절단되는 것을 '''sticky end'''라고 한다. 반면 중앙부를 일자로 자르는 제한효소도 존재하는데, 이 때는이때는 '''blent end'''라고 부른다. 제한 효소마다 인식하는 염기서열의 갯수도개수도 차이가 있다. 보통 4개, 6개, 8개, 12개의 제한효소를 인식한다. 이 인식서열은 일반적인 [[원핵생물]] [[게놈]]에서 평균 4,000개 마다000개마다 한번, 혹은 4개 [[원핵생물]] [[유전자]]당 1번 나타난다. 이렇게 수백 종류의 다양한 [[미생물]]로 부터 분리된 제한효소는 각기 다른 인식서열을 가지고 있고, 시험관에서 [[DNA]] 시료를 원하는 절편으로 자르는 데 사용할 수 있다. 세포에서 제한효소를 생성할 때 자신의 [[DNA]]를 절단하는 것을 막기위해막기 위해 메틸화효소를 활성화 시켜 자신의 [[DNA]]가 복제될 때 제한자리에 있는 특정 염기에 메틸기를 첨가한다. 제한효소는 이 메틸기를 인식하고 그 부분을 절단하지 않는다.이 것을이것을 '''메틸화'''(Methylation)이라 한다.

제한효소와 메틸화효소가 뭉쳐저뭉쳐져 있고, 인식자리와 제한자리가 서로 다르다. [[염기서열]]은 '''특이적'''으로 인식하지만, 인식자리에서 약 1000개 염기 정도 떨어진 곳에서 '''비특이적'''으로 DNA를 자른다. 또한 활성에 '''ATP'''나 '''AdoMet''', '''Mg²⁺'''를 필요로한다필요로 한다. 따라서 실제 실험에서는 거의 사용하지 않는다.

인식자리가 특이적이고 제한자리 또한 주변의 [[염기]]로 특이적으로 작용한다. 실험실에서 주로 사용하는 것이 이 Ⅱ형이다. Ⅱ형 안에는 연관성이 낮은 여러가지여러 가지 제한효소가 섞여 있어서, 8개형으로 세분하여 분류한다.

메틸화효소와는 독립적으로 존재하고, 인식 자리 외부에서 [[DNA]] 절단이 일어난다. 인식 서열이 '''비대칭'''이다. 한 개 [[효소]]만으로도 인식 서열 [[DNA]]에 결합할 수 있지만, 절단하기 위해서는 다른 효소와 이합체를 이루어야한다. 따라서 인식자리가 많은 [[DNA]]가 훨신훨씬 더 활발하게 절단이 일어나게 된다. 역시 '''Mg²⁺'''가 필요하며, 대체로 400-460개의 아미노산으로 이루어져 있다.

ⅡB형 같이 '''AdoMet'''을 필요로한다필요로 한다. 제한효소와 메틸화효소가 한 [[폴리펩타이드]] 안에 있다.

메틸화효소에 의해 메틸화된 [[DNA]]를 절단하는 역활을역할을 한다.

제한, 메틸화, 인식 기능의 활성이 '''도메인별'''로 분리되어 있어 '''heterodimer''' 나 '''heterotrimer'''를 형성해서 작용한다. 인식자리의 염기서열은 대칭적, 비대칭적 두가지두 가지 경우를 모두 포함한다. '''Mg²⁺'''와 '''AdoMet가''' 필요하고, 크기는 850-1250개 사이의 아미노산으로 되어있다.

Ⅰ형과 마찬가지로, 제한효소와 메틸화효소가 합쳐져 있다. 효소 활성에 [[ATP]]가 꼭 필요하고, 완전 절단이 거의 일어나지 않는 특징이 있다. DNA를 자르기 위해서는 DNA 분자 반대 방향으로 놓여 있는 또다른또 다른 인식 [[염기서열]]이 있어야 한다.

유용한 [[유전자]]를 제한효소로 잘라내어, 동식물의 [[DNA]]에 삽입한다. 유전자가 동식물에서 발현되면, [[인간]]에게 유용한 [[단백질]]을 생산할 수 있다. 예로 사람의 [[인슐린]]이나 [[인터페론]] 등을 생산하거나, 식물의 형질전환으로 수확량과 병 저항성이 높은 [[유전자]] 조작 식물과 [[식품]]을 만들수만들 수 있다.