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Ligasen

Reaktionsmechanismus der DNA-Ligase

In der Ligase-Reaktion reagiert ATP oder NADP mit der DNA-Ligase zu einem kovalent gebundenen Enzym-AMP-Komplex (Enzym-Adenylat-Komplex); dabei ist AMP über eine Phosphoamid-Bindung an die ε-Amino-Gruppe eines Lysin-Restes des Enzyms gebunden. Bei dieser Reaktion wird Pyrophosphat (oder Nicotinamid-mononucleotid, NMN) freigesetzt. Die aktivere AMP-Einheit wird dann vom Lysin-Rest auf die Phosphat-Gruppe am 5'-Ende der DNA-Kette übertragen. Es bildet sich ein DNA-Adenylat-Komplex. Der letzte Schritt ist ein nucleophiler Angriff der 3'-OH-Gruppe auf dieses aktivierte 5'-Phosphor-Atom. Die beschriebene Reaktionsfolge wird durch die Hydrolyse von Pyrophosphat angetrieben, das bei der Bildung des Enzym-Adenylat-Komplexes freigesetzt wird. Damit werden also zwei ~P für die Bildung einer Phosphodiester-Brücke im Rückgrat der DNA verbraucht, wenn ATP die Energiequelle ist und PPi hydrolysiert wird. Ist NAD+ der Adenylat-Donor, müssen ebenfalls zwei ~P investiert werden, um NAD+ aus NMN und ATP zu regenerieren.

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Abb.1
3D-Darstellung der DNA-Ligase mit assoziiertem ATP

Bilanz der DNA-Ligase-Reaktion

E + ATP (oder NAD+) ⇄ E-AMP + PPi (oder NMN)

E-AMP + P-5'-DNA ⇄ E + AMP-P-5'-DNA

DNA-3'-OH + AMP-P-5'-DNA ⇄ DNA-3'-O-P-5'-DNA + AMP

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DNA-3'-OH + P-5'-DNA + ATP (oder NAD+) ⇄ DNA-3'-O-P-5'-DNA + AMP + PPi (oder NMN)

Abb.2
Zwischenprodukt der DNA-Ligase-Reaktion
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