DNA-Ligase

Nomenklatur

Allgemeine Reaktion

Abb.13D-Struktur einer bakteriellen DNA-Ligase

Im Enzym sind ein Zink-Ion und ein AMP-Molekül erkennbar (PDB-Code: 1V9P).

Die Entdeckung zirkulärer DNA wies auf die Existenz eines Enzyms hin, das die Enden von DNA-Ketten verknüpfen kann. 1967 entdeckten Wissenschaftler in verschiedenen Laboratorien etwa zur gleichen Zeit die DNA-Ligase (Little et al. 1967; Zimmermann et al., 1967). Das Enzym katalysiert die Bildung einer Phosphodiester-Bindung zwischen der 3'-OH-Gruppe am Ende einer DNA-Kette und der 5'-Phosphat-Gruppe am Ende einer anderen Kette. Die dazu erforderliche Energie liefert NAD⁺ (in E. coli und anderen Bakterien) oder ATP (in tierischen Zellen und Phagen). Dieser Verknüpfungsprozess ist nicht nur zur Generierung zirkulärer DNA, sondern auch für die normale DNA-Synthese, die Reparatur beschädigter DNA und das Spleißen der DNA bei Rekombinationsvorgängen notwendig. Unbedingt erforderlich für diese Reaktionen ist, dass die DNA in einer Doppelhelix vorliegt; einzelsträngige DNA-Moleküle können von der DNA-Ligase nicht verbunden werden! Die DNA-Ligase aus E. coli braucht zumindest einige Basenpaare in der Nähe der zu verknüpfenden Stelle, die DNA-Ligase des Bakteriophagen T4 kann sogar zwei DNA-Fragmente mit stumpfen (d.h. nicht überhängenden) Enden (blunt end) verbinden. Diese Eigenschaft macht man sich in der DNA-Rekombinationstechnologie zunutze, für die die T4-Ligase ein wichtiges Werkzeug darstellt.