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Ligasen

DNA-Ligase

Nomenklatur

  • Ligasen E.C. 6.-.-.-
  • Katalyse von Phosphodiester-Bindungen E.C. 6.5.-.-.
  • Katalyse von Phosphodiester-Bindungen E.C. 6.5.1.-.
  • DNA-Ligase E.C. 6.5.1.1 (ATP-abhängig), 6.5.1.2 (NAD+-abhängig).

Allgemeine Reaktion

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Abb.1
3D-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.

Die benötigte Energie für die Reaktion wird bei wird Eukaryonten und Phagen von ATP, bei Bakterien von NAD+ bereitgestellt.

Hinweis
Externer Link: Mehr Informationen zur DNA-Ligase.

Literatur

Little, J. W.; Zimmerman, S. B.; Oshinsky, C. K.; Gellert, M. (): Enzymatic joining of DNA strands, II. An enzyme-adenylate intermediate in the dpn-dependent DNA ligase reaction. In: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 58 , 2004-2011
Zimmerman, S. B.; Little, J. W.; Oshinsky, C. K.; Gellert, M. (1967): Enzymatic joining of DNA strands: a novel reaction of diphosphopyridine nucleotide. In: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 57 , 1841-1848

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