
【化】 polynucleotide ligase
【化】 polynucleotide
【化】 ligase
多核苷酸连接酶(Polynucleotide Ligase)是生物体内催化DNA或RNA链间磷酸二酯键形成的关键酶类。该酶通过连接DNA双链中的单链切口或催化两条独立核酸链的末端连接,在遗传信息修复、复制及重组过程中发挥重要作用。其作用机制涉及三个步骤:酶与ATP或NAD⁺结合形成活化中间体、识别断链处的5'-磷酸基团并形成磷酸酰胺键、最终完成磷酸二酯键的闭合。
在分子生物学应用中,T4 DNA连接酶(来源于T4噬菌体)是实验室常用工具酶之一,广泛用于基因克隆和重组DNA技术。研究表明,该酶对粘性末端的连接效率比平末端高约100倍,最佳反应温度通常设定为16-25℃。临床医学领域发现,人类DNA连接酶Ⅰ的缺陷与着色性干皮病等DNA修复障碍疾病存在直接关联。
根据国际生物化学与分子生物学联盟(IUBMB)的酶分类系统,多核苷酸连接酶属于EC 6.5.1类,其催化反应可表示为:
$$
ATP + (deoxy)ribonucleotide_n + (deoxy)ribonucleotidem rightleftharpoons AMP + diphosphate + (deoxy)ribonucleotide{n+m}
$$
该酶的活性中心包含保守的KXDG基序,通过镁离子辅因子稳定过渡态结构。
多核苷酸连接酶是一种能够催化多核苷酸链(如DNA或RNA)之间形成磷酸二酯键的酶,属于连接酶家族。其核心功能与遗传物质的复制、修复及重组密切相关。以下是详细解析:
连接DNA缺口
在DNA复制过程中,多核苷酸连接酶负责将DNA双链中单链的“缺口”(如冈崎片段之间的间隙)连接起来,确保双链的完整性。例如,DNA连接酶通过催化相邻核苷酸的3'-羟基与5'-磷酸基团形成磷酸二酯键,完成链的闭合。
参与DNA修复
当DNA因损伤(如紫外线或化学物质)出现断裂时,该酶协助修复系统重新连接断裂的核苷酸链,维持遗传信息稳定性。
基因工程应用
在分子生物学实验中,T4 DNA连接酶被广泛用于重组DNA技术,连接不同来源的DNA片段(如质粒与外源基因),是基因克隆的关键工具。
能量依赖性
多数多核苷酸连接酶需辅因子(如ATP或NAD⁺)提供能量,以激活酶活性。例如,T4 DNA连接酶依赖ATP,而大肠杆菌DNA连接酶需要NAD⁺。
底物特异性
不同来源的酶对底物结构有选择性。如T4 DNA连接酶可连接平末端和粘性末端,而某些细菌来源的酶仅识别特定末端结构。
DNA连接酶
RNA连接酶
较少见,参与RNA分子修复或某些病毒RNA的环化过程。
若需具体实验方案或更专业的分类信息,可参考分子生物学教材或NCBI等数据库获取详细文献。
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