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iodineの化学記号

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出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「2019/06/13 19:00:23」(JST)

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制限酵素（せいげんこうそ）は、酵素の一種。2本鎖のDNAを切断する。必須因子や切断様式により3種類に大別されるが、そのうちのII型酵素が遺伝子組み換えに多用される。

概要

多様な制限酵素の認識する塩基配列のパターンも同様に多様だが、あるひとつの制限酵素が多くの種類の塩基配列を認識することもあれば、逆にあるひとつの塩基配列を認識する制限酵素に多くの種類があることもある。制限酵素はDNA中にあるそのパターンを認識し、その付近あるいはその配列の内部で切断する。切断された切り口には2種類あり、その形状により平滑末端と粘着末端と呼ばれる。II型制限酵素によって認識される塩基配列のパタンの多くはパリンドローム(回文)になっており、5'端側から読んでも、その相補鎖の5'端から読んでも同じ配列になっている。この酵素の発見によりDNAの加工ができるようになり、遺伝子組み換え実験が可能となった。

また制限酵素は遺伝子組み換えの他にも、制限地図の作成やRFLPの解析にも用いられる。

II型制限酵素による切断の例（大文字が認識される回文配列）

平滑末端（ブラント・エンド）

 切断前の配列   　　　切断後の配列
 5'-atGATATCgg-3'    5'-atGAT ATCgg-3'
 3'-taCTATAGcc-5'    3'-taCTA TAGcc-5'

粘着末端(スティッキー・エンド)

 切断前の配列   　　　切断後の配列
 5'-atAAGCTTgg-3'    5'-atA AGCTTgg-3'
 3'-taTTCGAAcc-5'    3'-taTTCGA Acc-5'

今日において制限酵素は、分子生物学において必要不可欠なツールとなっている。

種類

I型制限酵素

R・M・Sの3種のサブユニットから成っており、Rが切断活性、Mがメチル化活性、Sが配列特異性を担っている。特異的な認識部位でDNAに結合し、メチル化されていないDNAに対してはATP要求性のヌクレアーゼとして、片鎖がメチル化されているDNAに対してはS-アデノシルメチオニンを要求するメチラーゼとして働く。認識部位が特異的であるのに対し、二本鎖DNAの切断部位は認識部位から様々な距離（400～7000bp）で起こる。切断部位に再現性が乏しく、またDNAのメチル化を引き起こすため、遺伝子工学には使えない。遺伝的相補性によりAからDのサブタイプが定義されている。

II型制限酵素

特定の配列を認識して特定の位置で切断する酵素。通常はメチラーゼとは独立している。酵素反応には、Mg²⁺が必須で、切断点は認識部位内かそのごく近傍に限定されている。遺伝子工学の実験に広く利用できることから、試薬会社から市販されているもののほとんどの種類をこの型の酵素が占める。

非常に多くの酵素が知られており、それぞれの酵素の特徴を示すサブタイプが定義されている。これは排他的な分類ではなく、たとえばIIA型でかつIIS型の酵素だとか、IIB型でかつIIH型の酵素などが存在する。

IIP型: 認識配列がパリンドローム(palindrome)になっている酵素。DNA配列をホモ2量体で認識する。
IIA型: 認識配列が非対称(asymmetric)な酵素。
IIB型: 認識部位に対して切断部位が両側2箇所(both)となる酵素。
IIC型: ヌクレアーゼ活性とメチラーゼ活性が1つのポリペプチドに融合している酵素。
IIE型: 活性に認識部位が2箇所必要で、そのうち1箇所が切断され、もう1箇所はエフェクターとして作用する酵素。
IIF型: 活性に認識部位が2箇所必要で、その両方が切断される酵素。
IIG型: S-アデノシルメチオニンの影響を受ける酵素。
IIH型: 遺伝子としてはI型に似ているが、活性はII型のように振る舞う酵素。
IIM型: メチル化された特定の配列を認識し切断する酵素。
IIS型: 2本鎖のうち少なくとも片方が認識部位より外側で切断される酵素。
IIT型: DNA配列をヘテロ2量体で認識する酵素。

III型制限酵素

ModとResと呼ばれる2つのサブユニットから構成されており、Modが配列の認識とS-アデノシルメチオニンを用いたメチル化を行う。ResはDNA切断に必要なサブユニットだが、単独ではヌクレアーゼ活性を持っていない。認識配列は逆位反復になっている必要があり、その両方がメチル化されていない場合のみ片方から約25bp離れた位置をATP要求的に切断する。

制限酵素の例

制限酵素	由来	認識部位	切断様式
AluI *	Arthrobacter luteus	5'AGCT 3'TCGA	5'---AG CT---3' 3'---TC GA---5'
BamHI	Bacillus amyloliquefaciens	5'GGATCC 3'CCTAGG	5'---G GATCC---3' 3'---CCTAG G---5'
ClaI	Caryophanon latum	5'ATCGAT 3'TAGCTA	5'---AT CGAT---3' 3'---TAGC TA---5'
EcoRI	大腸菌 (Escherichia coli)	5'GAATTC 3'CTTAAG	5'---G AATTC---3' 3'---CTTAA G---5'
EcoRV *	大腸菌 (Escherichia coli)	5'GATATC 3'CTATAG	5'---GAT ATC---3' 3'---CTA TAG---5'
HaeIII *	Haemophilus egytius	5'GGCC 3'CCGG	5'---GG CC---3' 3'---CC GG---5'
HindIII	インフルエンザ菌 (Haemophilus influenzae)	5'AAGCTT 3'TTCGAA	5'---A AGCTT---3' 3'---TTCGA A---5'
HinfI	インフルエンザ菌 (Haemophilus influenzae)	5'GANTC 3'CTNAG	5'---G ANTC---3' 3'---CTNA G---5'
HpaI *	インフルエンザ菌 (Haemophilus influenzae)	5'GTTAAC 3'CAATTG	5'---GTT AAC---3' 3'---CAA TTG---5'
HpaII	インフルエンザ菌 (Haemophilus influenzae)	5'CCGG 3'GGCC	5'---C CGG---3' 3'---GGC C---5'
KpnI	Klebsiella pneumoniae	5'GGTACC 3'CCATGG	5'---GGTAC C---3' 3'---C CATGG---5'
NotI	Nocardia otitidis	5'GCGGCCGC 3'CGCCGGCG	5'---GC GGCCGC---3' 3'---CGCCGG CG---5'
PovII *	Proteus vulgaris	5'CAGCTG 3'GTCGAC	5'---CAG CTG---3' 3'---GTC GAC---5'
PstI	Providencia stuartii	5'CTGCAG 3'GACGTC	5'---CTGCA G---3' 3'---G ACGTC---5'
SacI	Streptomyces achromogenes	5'GAGCTC 3'CTCGAG	5'---GAGCT C---3' 3'---C TCGAG---5'
SalI *	Streptomyces albus	5'GTCGAC 3'CAGCTG	5'---G TCGAC---3' 3'---CAGCT G---5'
Sau3A	黄色ブドウ球菌 (Staphylococcus aureus)	5'GATC 3'CTAG	5'--- GATC---3' 3'---CTAG ---3'
SmaI *	Serrana mauceceus	5'CCCGGG 3'GGGCCC	5'---CCC GGG---3' 3'---GGG CCC---5'
TaqI	Thermus aquaticus	5'TCGA 3'AGCT	5'---T CGA---3' 3'---AGC T---5'
* = 平滑末端 (blunt end)

歴史

制限酵素は、1968年に、スイスのヴェルナー・アーバー (Werner Arber) やアメリカのハミルトン・スミス (Hamilton Othanel Smith) によって発見された。制限酵素の名前の由来としては、大腸菌のある種の株でファージの増殖が制限されるという現象が確認されていたことによるもので、そのような菌からファージのような外来DNAを切断する制限酵素が発見された^[1]

脚注

^ ホスト側のゲノムは、メチル化などの修飾によって保護されているため切断されない

外部リンク

Werner Arber – Autobiography
Restriction enzyme database REBASE

UpToDate Contents

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1. アデノウイルス感染の診断、治療、および予防diagnosis treatment and prevention of adenovirus infection [show details]
… Restriction endonuclease (RE) analysis can distinguish between different clinical isolates of the same serotype.… All adenovirus serotypes except types 40 and 41 cause a characteristic cytopathic effect…
2. 小児の頸椎の可動性抑制pediatric cervical spinal motion restriction [show details]
… spine motion restrictions should be applied while the airway is being assessed. If a rigid longboard is used in the field, the typical order of spine motion restriction in trauma patients… flexion (collar is too short) or extension (collar is too tall). Because proper size depends upon the type of collar, the user should follow the manufacturer recommendations for sizing. As a general rule, …
3. 2型糖尿病における栄養上の考慮事項nutritional considerations in type 2 diabetes mellitus [show details]
… partial correction of the two major metabolic abnormalities in type 2 diabetes: insulin resistance and impaired insulin secretion . Caloric restriction, even before significant weight loss, will result in short-term …
4. エプスタインバーウイルス（EBウイルス）のウイルス学virology of epstein barr virus [show details]
… there is extensive homology and restriction endonuclease site conservation throughout most of the EBV-1 and EBV-2 genomes .… differ according to EBV type. Unlike the difference in transformation phenotype imparted by the EBNA-2 type, the type specificity of the EBNA-3 genes (types 1 or 2) does not affect…
5. 糖尿病性腎症の治療treatment of diabetic kidney disease [show details]
…in proteinuria. Salt restriction to ≤70 mEq/day has been found to enhance the antiproteinuric effects of ARB in patients with type 2 diabetes . However, this degree of restriction may be difficult to achieve …

Related Pictures

★リンクテーブル★

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関連記事	「酵素」「II」「I」「制限酵素」

「III型制限エンドヌクレアーゼ」

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英: type III restriction endonuclease
関: III型部位特異的デオキシリボヌクレアーゼ、III型制限酵素

「III型部位特異的デオキシリボヌクレアーゼ」

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英: type III site-specific deoxyribonuclease
関: III型制限エンドヌクレアーゼ、III型制限酵素

「type III restriction enzyme」

　　[★]

III型制限酵素

関: type III restriction endonuclease、type III site-specific deoxyribonuclease

「酵素」

　　[★]

英: enzyme, ferment
関: 酵素反応

酵素の分類

(a)酸化還元酵素(oxydoreductase) EC1:ある物質を酸化したり､還元したりします。脱水素酵素､ペルオキシダーゼなどを含みます。
(b)転移酵素(transferase) EC2: アミノ基やリン酸基などをある物質から別の物質に転移する酵素です。アミノ基を転移する酵素はアミノトランスフェラーゼと呼ばれます。
(c)加水分解酵素(hydrolase) EC3:ある物質(基質)に水(H2OのうちHとOH)を加えることにより､2つに分解します。多くの蛋白分解酵素が含まれます。
(d)リアーゼ(lyase) EC4:ある物質を2つに分解します。
(e)イソメラーゼ(isomerase) EC5:ある基質を異性体に変換します。
(f)リガーゼ(ligase) EC6;ATPのエネルギーを使って2つの物質を結合します。