Τα περιοριστικά ένζυμα είναι ένζυμα που αναγνωρίζουν συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA και τις διασπούν, διαχωρίζοντας έναν κλώνο DNA στα δύο όπου βρίσκουν τις αλληλουχίες που έχουν κωδικοποιηθεί για να αναγνωρίσουν. Υπάρχει ένας αριθμός εφαρμογών για ένζυμα περιορισμού, ίσως πιο αξιοσημείωτη στην τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA που επιτρέπει στους επιστήμονες να χειρίζονται γενετικές πληροφορίες. Το ανασυνδυασμένο DNA χρησιμοποιείται για τα πάντα, από την ανάπτυξη θεραπευτικών προϊόντων όπως η ινσουλίνη για ιατρική θεραπεία έως την τροποποίηση των καλλιεργειών.
Αυτά τα ένζυμα απομονώνονται από βακτήρια. Στα βακτήρια, προστατεύουν τον οργανισμό από ξένο DNA κόβοντας το DNA όταν αναγνωρίζεται από το σώμα του βακτηρίου. Τα βακτήρια χρησιμοποιούν μια τεχνική που ονομάζεται τροποποίηση περιορισμού για να προστατευτούν από τα ένζυμα περιορισμού τους, διασφαλίζοντας ότι τα ένζυμα δεν ενεργοποιούν το DNA του ίδιου του βακτηρίου. Ως μηχανισμός αυτοάμυνας, τα περιοριστικά ένζυμα είναι εξαιρετικά, αποτρέποντας την αντιγραφή ξένου DNA στο σώμα κατακερματίζοντάς το.
Πολλά περιοριστικά ένζυμα έχουν ανακαλυφθεί και περισσότερα αποκαλύπτονται συνεχώς σε μια διαδικασία γνωστή ως χαρτογράφηση περιοριστικών ενζύμων. Πολλά εργαστήρια παράγουν περιοριστικά ένζυμα για να τα πουλήσουν σε ερευνητές και άλλα εργαστήρια. Κάθε ένζυμο περιορισμού έχει κωδικοποιηθεί ώστε να ανταποκρίνεται σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία νουκλεοτιδίων και η αλληλουχία είναι συνήθως ένα παλινδρομο, που διαβάζει το ίδιο προς τα πίσω και προς τα εμπρός. Όταν ένα ένζυμο περιορισμού βρίσκει την αλληλουχία που αναγνωρίζει, κόβει και τους δύο κλώνους της δομής της διπλής έλικας του DNA, διαχωρίζοντάς το. Θα δημιουργήσει επίσης πολλά θραύσματα εάν προσδιορίζει περισσότερα από ένα αντίγραφα της ακολουθίας που γνωρίζει.
Ορισμένα ένζυμα περιορισμού κόβουν ευθεία τη διπλή έλικα, δημιουργώντας αυτό που είναι γνωστό ως αμβλύ άκρο. Άλλοι κόβουν σε διαφορετικά σημεία στις άλλες πλευρές, κάνοντας ένα οδοντωτό κόψιμο που αναφέρεται ως “κολλώδη άκρα”. Σε κάθε περίπτωση, ένα ένζυμο γνωστό ως λιγάση DNA μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ενώσει ένα κομμάτι DNA στο κομμένο DNA, εφόσον τα δύο τμήματα έχουν συμπληρωματικά άκρα. Αυτή η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εισαγωγή νέου DNA σε ένα γονιδίωμα και για τον χειρισμό ενός γονιδιώματος, κάτι σαν να συνδυάζει τα κομμάτια δύο διαφορετικών παζλ.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα ένζυμο περιορισμού κωδικοποιείται για αυτό που είναι γνωστό ως μονοσήμαντη αναγνώριση, πράγμα που σημαίνει ότι αναγνωρίζει μόνο πολύ συγκεκριμένες αλληλουχίες. Άλλα κωδικοποιούνται για διφορούμενη αναγνώριση, αναζητώντας αλληλουχίες στις οποίες συγκεκριμένα νουκλεοτίδια περικλείουν οποιαδήποτε νουκλεοτίδια. Χρησιμοποιώντας γνωστά περιοριστικά ένζυμα, οι ερευνητές μπορούν επιλεκτικά να κόψουν ένα δείγμα DNA σε θραύσματα γνωστά ως θραύσματα περιορισμού.