
【化】 polynucleotide ligase
【化】 polynucleotide
【化】 ligase
多核苷酸連接酶(Polynucleotide Ligase)是生物體内催化DNA或RNA鍊間磷酸二酯鍵形成的關鍵酶類。該酶通過連接DNA雙鍊中的單鍊切口或催化兩條獨立核酸鍊的末端連接,在遺傳信息修複、複制及重組過程中發揮重要作用。其作用機制涉及三個步驟:酶與ATP或NAD⁺結合形成活化中間體、識别斷鍊處的5'-磷酸基團并形成磷酸酰胺鍵、最終完成磷酸二酯鍵的閉合。
在分子生物學應用中,T4 DNA連接酶(來源于T4噬菌體)是實驗室常用工具酶之一,廣泛用于基因克隆和重組DNA技術。研究表明,該酶對粘性末端的連接效率比平末端高約100倍,最佳反應溫度通常設定為16-25℃。臨床醫學領域發現,人類DNA連接酶Ⅰ的缺陷與着色性幹皮病等DNA修複障礙疾病存在直接關聯。
根據國際生物化學與分子生物學聯盟(IUBMB)的酶分類系統,多核苷酸連接酶屬于EC 6.5.1類,其催化反應可表示為:
$$
ATP + (deoxy)ribonucleotide_n + (deoxy)ribonucleotidem rightleftharpoons AMP + diphosphate + (deoxy)ribonucleotide{n+m}
$$
該酶的活性中心包含保守的KXDG基序,通過鎂離子輔因子穩定過渡态結構。
多核苷酸連接酶是一種能夠催化多核苷酸鍊(如DNA或RNA)之間形成磷酸二酯鍵的酶,屬于連接酶家族。其核心功能與遺傳物質的複制、修複及重組密切相關。以下是詳細解析:
連接DNA缺口
在DNA複制過程中,多核苷酸連接酶負責将DNA雙鍊中單鍊的“缺口”(如岡崎片段之間的間隙)連接起來,确保雙鍊的完整性。例如,DNA連接酶通過催化相鄰核苷酸的3'-羟基與5'-磷酸基團形成磷酸二酯鍵,完成鍊的閉合。
參與DNA修複
當DNA因損傷(如紫外線或化學物質)出現斷裂時,該酶協助修複系統重新連接斷裂的核苷酸鍊,維持遺傳信息穩定性。
基因工程應用
在分子生物學實驗中,T4 DNA連接酶被廣泛用于重組DNA技術,連接不同來源的DNA片段(如質粒與外源基因),是基因克隆的關鍵工具。
能量依賴性
多數多核苷酸連接酶需輔因子(如ATP或NAD⁺)提供能量,以激活酶活性。例如,T4 DNA連接酶依賴ATP,而大腸杆菌DNA連接酶需要NAD⁺。
底物特異性
不同來源的酶對底物結構有選擇性。如T4 DNA連接酶可連接平末端和粘性末端,而某些細菌來源的酶僅識别特定末端結構。
DNA連接酶
RNA連接酶
較少見,參與RNA分子修複或某些病毒RNA的環化過程。
若需具體實驗方案或更專業的分類信息,可參考分子生物學教材或NCBI等數據庫獲取詳細文獻。
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