Là nhóm các enzyme xúc tác thủy phân liên kết phosphodiester trong phân tử DNA hoặc RNA, bao gồm các endonuclease (cắt bên trong phân tử nucleic acid) và exonuclease (cắt bên ngoài phân tử nucleic acid). Các RE cũng là các endonuclease, nhưng chúng có tính đặc hiệu rất cao cho từng trình tự 4 hoặc 6 nucleotide. Dưới đây là các nuclease chính thường được sử dụng:
1. Deoxyribonuclease I (DNase I)
(Tụy bò)
DNase I xúc tác thủy phân DNA sợi đơn hoặc sợi đôi ở các liên kết phosphodiester nằm bên cạnh các pyrimidine nucleotide, tạo ra các oligonucleotide và các oligonucleotide có đầu tận cùng 5' monophosphate. Khi có mặt Mg2+, DNase I tác dụng độc lập trên mỗi sợi DNA, và các vị trí cắt được phân bố ngẫu nhiên.
Khi có mặt Mn2+, DNase I sẽ cắt cả hai sợi DNA gần như ở cùng một vị trí để tạo ra các đoạn DNA đầu bằng hoặc đầu lồi nhưng chỉ nhô ra một hoặc hai nucleotide.
- Ứng dụng chính
+ Tạo ra các điểm đứt (nick) trên DNA sợi đôi để đánh dấu mẫu dò đồng vị phóng xạ bằng phương pháp dịch chuyển điểm đứt.
+ Tạo ra các dòng ngẫu nhiên để phân tích trình tự trong bacteriophage M13 vector. + Phân tích phức hợp protein:DNA (DNase footprinting).
+ Loại bỏ DNA trong các phân đoạn RNA hay protein.
2. Nuclease S1
(Aspergillus oryzae)
Enzyme nuclease S1 cắt DNA sợi đơn hoặc RNA để tạo ra đầu 5’ monophosphate hoặc các oligonucleotide. DNA sợi đôi và thể lai DNA:RNA ít chịu tác dụng của enzyme này. Tuy nhiên, các nucleic acid sợi đôi sẽ bị nuclease S1 cắt hoàn toàn nếu chúng bị xử lý với một lượng rất lớn enzyme. Một lượng vừa đủ của enzyme sẽ tách các nucleic acid sợi đôi ở các điểm đứt hoặc các lỗ hổng nhỏ thành hai hoặc nhiều đoạn.
-Ứng dụng chính
+ Phântích cấutrúc thểlai DNA:RNA.
+Loạibỏ các phần sợi đơn trên đầu sole ra khỏi đoạn DNA sợi đôi để tạo racác đầu bằng. + Mở vòng cặptóc xuất hiện trongquá trình tổng hợp cDNA sợi đôi.
Một enzyme có hoạt tính tương tự nuclease S1 là mung-bean nuclease (endonuclease) được tách chiết từ mầm đậu xanh (Phaseolus aureus).
3. Exonuclease III (Exo III)
(E. coli)
Exo III xúc tác loại bỏ các 5’ mononucleotide từ đầu 3’ OH của DNA sợi đôi (DNA mạch thẳng hoặc mạch vòng chứa các điểm đứt hoặc lỗ hổng). Hoạt tính enzyme cho kết quả tạo thành các vùng sợi đơn dài trong DNA sợi đôi. Enzyme này có 3 hoạt tính khác nhau: endonuclease đặc hiệu cho apurinic DNA, RNase H và 3’ phosphatase (loại bỏ đầu 3’ phosphate nhưng không cắt các liên kết phosphodiester bên trong). Exo III không cắt các DNA sợi đơn hoặc DNA sợi đôi có đầu lồi 3’.
- Ứng dụng chính
+ Tạo ra các cấu trúc sợi đơn ở một số vùng trên phân tử DNA dùng làm cơ chất cho đoạn Klenow của DNA polymerase I (để sản xuất mẫu dò đặc trưng cho từng sợi).
+ Tạo ra các đột biến khuyết đoạn (deletion) tại các trình tự tận cùng của DNA sợi đôi mạch thẳng. Phản ứng này thường phối hợp với mung-bean nuclease hoặc nuclease S1.
Một exonuclease tương tự là nuclease BAL31, có hoạt tính exonuclease 5’3’ và 3’5’, có khả năng tạo các DNA sợi đôi đầu bằng mà không cần sự hiện diện của nuclease S1.
4. Ribonuclease (RNase A)
(Tụy bò)
Enzyme xúc tác thủy phân RNA thành các đoạn nhỏ hơn. RNase A có hoạt tính rất mạnh, hiện diện ở mọi nơi và rất bền vững (không bị mất hoạt tính khi bị xử lý ở 90Ctrong 1 giờ). RNase A cắt liên kết phosphodiester nằm ngay sau một pyrimidine của một RNA sợi đơn.
- Ứng dụng chính
+ Loại bỏ RNA trong các chế phẩm DNA hay protein.
+ Loại bỏ các vùng không bắt cặp trên RNA trong thể lai RNA:DNA.
5. RNase H
Enzyme RNase H là một loại ribonuclease có khả năng cắt liên kết 3’-O-P của RNA trong sợi đôi của thể lai DNA:RNA để tạo ra các sản phẩm có đầu tận cùng 3’-OH và 5’-PO4. RNase H là một endonuclease không đặc hiệu, xúc tác cắt RNA thông qua cơ chế thủy phân nhờ một ion kim loại hóa trị 2 liên kết với enzyme.
Trong tạo dòng phân tử, RNase H xúc tác cắt đặc hiệu RNA trong thể lại RNA:DNA mà không cắt DNA hoặc RNA không ở trong thể lai, enzyme này thường được dùng để phá hủy khuôn mẫu RNA sau khi tổng hợp sợi cDNA thứ nhất bằng phiên mã ngược, để tiếp tục tổng hợp sợi cDNA thứ hai tạo thành một sợi đôi cDNA.