制限酵素
I型制限酵素は、大腸菌の2つの異なる株(K-12およびB)で最初に同定された。これらの酵素は、認識部位からランダムな距離(400~7000bp程度)離れた、異なる部位でDNAを切断する。これらのランダムな部位での切断は、DNA転座のプロセスに従っており、このことはこれらのタイプの酵素が分子モーターでもあることを示している。認識部位は非対称であることも多く、2つのDNA認識部位を持っている。それぞれ3〜5塩基程度を認識し、6〜8塩基程度の非特異的スペーサー配列によって区切られている。例えば、EcoKIという酵素は、AACNNNNNNGTGCという配列を認識する(ただし、NはATCGのどの塩基でもよいことを示す)。
これらの酵素は多機能であり、標的DNAのメチル化状態に応じて、制限消化と修飾の両方の活性が可能である。補因子としてmS-アデノシルメチオニン(AdoMet)、加水分解されたアデノシン三リン酸( ATP )、およびマグネシウム(Mg )イオンが、完全な活性に必要である。
タイプI制限酵素は、HsdR・HsdM・HsdS(または単純にR・M・S)と呼ばれる3つのサブユニットから構成される。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おり、制限消化にはHsdRが特に必要である。 HsdMは宿主DNAにメチル基を付加するために必要であり(メチルトランスフェラーゼ活性)、HsdSは制限消化(DNA切断)と修飾(DNAメチルトランスフェラーゼ)活性の両方に加えて認識(DNA結合)部位の特異性にとって重要である。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-L-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で起こるため、切断部位に再現性が乏しく、またDNAのメチル化も引き起こすため、遺伝子工学には利用が難しい。