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DNA连接酶

DNA连接酶（EC 6.5.1.1），也称DNA黏合酶，在分子生物学中扮演一个既特殊又关键的角色，那就是把两条DNA黏合成一条。无论是双股或是单股DNA的黏合，DNA连接酶都可以借由形成磷酸双脂键将DNA在3'端的尾端与5'端的前端连在一起。虽然在细胞内也有其他的蛋白质，例如像是DNA聚合酶在其中一股DNA为模板的情况下，将另一边的DNA单股断裂端，透过聚合反应的过程形成磷酸双脂键来黏合DNA。但是DNA聚合酶的黏合过程却只是聚合反应一个附带的功能而已，真正在细胞内扮演DNA黏合反应的工作还是以DNA连接酶为主。

DNA连接酶
DNA连接酶正在修复染色体损伤
识别码
EC编号 6.5.1.1
CAS号 9015-85-4
数据库
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PRIAM（英语：PRIAM_enzyme-specific_profiles） 概述
PDB RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum
基因本体 AmiGO / EGO
连接酶I，DNA，ATP依赖型
识别
符号 LIG1
Entrez 3978
HUGO 6598
OMIM 126391
RefSeq NM_000234
UniProt P18858
其他资料
基因座 19 [1]
连接酶III，DNA，ATP依赖型
识别
符号 LIG3
Entrez 3980
HUGO 6600
OMIM 600940
RefSeq NM_002311
UniProt P49916
其他资料
基因座 17 q11.2-q12
连接酶IV，DNA，ATP依赖型
识别
符号 LIG4
Entrez 3981
HUGO 6601
OMIM 601837
RefSeq NM_002312
UniProt P49917
其他资料
基因座 13 q33-q34

顾名思义，DNA连接酶的功能便是在黏合断裂的DNA，而细胞内只有DNA复制与DNA修复的反应牵涉到DNA断裂的合成，因此DNA连接酶就是在上述的两个机制扮演重要的角色。除了细胞内的黏合反应，随着分子生物学的进展，几乎大多数的分子生物实验室都会利用DNA连接酶来进行重组DNA的实验，或许这也可以被归类为其另一着重要的功能。

黏合反应的进行

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关于DNA连接酶的化学反应过程，首先是一条DNA的3'端要先修饰成羟基（OH-），而另一条的5'端则是必须带有磷酸，借由DNA连接酶的作用促进磷酸双脂键的共价键，同时核苷酸序列以嘌呤—嘧啶两两对应的方式完成配对，这样才算完成反应。

用下面这张图解来说明或许可以更清楚的说明反应过程：以黏性末端为例

 

反应后

 

DNA连接酶也可以处理钝端，即就算没有嘌呤—嘧啶配对的碱基对，也是可以进行上述的反应。

哺乳动物的连接酶种类

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在哺乳类细胞，至少有四种黏合酶被发现与命名：

  • I型连接酶：为最主要的DNA连接酶，作用为连接DNA复制过程中产生的冈崎片段，且在DNA重组、修复也都是需要依靠I型连接酶的功能。
  • II型连接酶：II型连接酶当初是在小牛胸腺与胎牛肝脏中纯化出来的，不过后来被证实只是III型经过蛋白酶切过的片段。
  • III型连接酶：III型连接酶与XRCC1蛋白形成复合体，主要作用在碱基切除修复的黏合反应。
  • IV型连接酶：IV型连接酶与XRCC4蛋白形成复合体；III型与IV型都参与修复DNA的黏合过程，并一起参与非同源性末端接合的最后一个反应。

DNA连接酶在分子生物学上的应用

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前面提到，随着分子生物学的进展，DNA黏合酶对于研究人员的贡献也越来越显得重要，尤其是在进行重组DNA实验时更是不可或缺[1]。比如说，科学家需要表现某个抗药基因，首先就事先利用限制酶将这一段基因的两端修饰成可黏合的末端，另外透过同样的限制酶将准备用来承接表现一段基因的质体修饰成可与该段基因进行黏合的两端，这时候透过T4噬菌体所携带的DNA连接酶（T4 DNA ligase）将抗药基因与质体黏合在一起，这整个操作的过程就称作DNA重组，而在这里所使用的T4噬菌体DNA连接酶则是最广为使用的DNA连接酶。

参考资料

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  1. ^ DNA連接酶. 来邦网. [2010-01-24]. （原始内容存档于2019-09-24）. 

参见

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外部链接

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