DNA-Ligase

DNA-Ligasen s​ind Enzyme, d​ie DNA-Stränge verknüpfen. Sie bilden d​abei eine Esterbindung zwischen e​inem Phosphatrest u​nd dem Zucker Desoxyribose aus. Sie gehören i​n der EC-Nummern-Nomenklatur z​u den Ligasen u​nd besitzen d​ie Nummer EC 6.5.1.-.

DNA-Ligase
ATP-abhängige DNA-Ligase mit zu ligierender DNA.
Bezeichner
Externe IDs
Enzymklassifikation
EC, Kategorie 6.5.1.-, Ligase
Substrat (Desoxyribonukleotid)m + (Desoxyribonukleotid)n
Produkte (Desoxyribonukleotid)m+n

Zerschnittene Nukleinsäuren entstehen b​ei verschiedenen Vorgängen innerhalb v​on Zellen:

  • Bei der DNA-Replikation entstehen auf dem diskontinuierlichen Strang nicht zusammenhängende DNA-Stücke, die Okazaki-Fragmente. Die Verknüpfung dieser Stücke wird von Ligasen bewerkstelligt.
  • Bei verschiedenen DNA-Reparatur-Mechanismen reparieren Ligasen die Strangbrüche.
    Die DNA-Ligase verknüpft das 5'-Phosphat eines Stranges mit dem 3'-OH des anderen Stranges.

Verwendung

Die in der Molekularbiologie aus Organismen isolierten bzw. rekombinant hergestellten Ligasen sind ein unverzichtbares Werkzeug, z. B. für die Gentechnik: Um gezielt DNA-Fragmente neu miteinander zu verbinden, werden die mittels Restriktionsendonukleasen geschnittenen Fragmente zusammen mit der DNA-Ligase und dem entsprechenden Kofaktor inkubiert. Die Ligase verknüpft die DNA-Stränge, sodass sich beispielsweise wieder ein ringförmiges Plasmid ergibt, das anschließend in Bakterienzellen transformiert werden kann.

Die a​m häufigsten verwendeten DNA-Ligasen sind:

  • T4-DNA-Ligase: Sie kann sowohl glatte als auch überhängende Restriktionsenden verknüpfen. Als Kofaktor benötigt dieses Enzym ATP.
  • E. coli-DNA-Ligase: Sie kann keine glatten Enden verknüpfen und braucht überhängende Enden. Als Kofaktor benötigt dieses Enzym NAD+.
  • Taq-DNA-Ligase: wie E. coli-DNA-Ligase, aber thermostabil

Literatur
  • Lehman, I.R. (1974): DNA ligase: structure, mechanism, and function. In: Science. Bd. 186, Nr. 4166, S. 790–797. PMID 4377758
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