DNA连接酶的种类、功能及作用机理探析

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DNA 连接酶的种类、功能及作用机理探析

　　摘　　　　　要： DNA 连接酶是一种能够催化相邻 DNA 的3’-OH 和5’-磷酸基末段形成磷酸二

酯键, 并且把两段 DNA 拼接起来的核酸酶。不同生物体内具有不同种类的 DNA 连接酶, 可以连

接黏性末端或者平末端, 连接过程是通过 DNA 连接酶把 ATP 或者 NAD 的磷酸腺苷接到 DNA

的缺口处, 形成磷酸二酯键, 在释放出一个磷酸腺苷完成 DNA 的连接过程, 相对而言对平末端的

连接效率较低。

　 Abstract： DNA ligase is a nuclease that catalyzes the formation of phosphodiester bonds

between 3'-OH and 5'-phosphate terminal segments of adjacent DNA and splices the two segments of

DNA together. Different organisms have different kinds of DNA ligases that can connect the viscous

end or the flat end. NAD's adenosine phosphate binds to a gap in DNA, forming a phosphodiester

bond that releases an adenosine phosphate to complete the DNA connection process, which is

relatively inefficient for flat-ended connections.

　 Keyword 　：DNA ligase; Sticky ends; Flat ends; DNA connections in vitro;

高中生物中的 DNA “ ”连接酶首次出现是在必修二第六章第二节基因工程及其应用中, 其中介

“绍脱氧核糖和磷酸交替连接而构成的 DNA 骨架上的缺口, 需要靠 DNA ‘ ’”连接酶来缝合 , 从简

单的介绍中可以知道, DNA 连接酶的作用是连接磷酸二酯键。再次出现时, 是在生物选修三专

“题一 DNA ”重组技术的基本工具中, 这里介绍更为详细, “DNA —‘ ’连接酶分子缝合针 , 将切下来

的DNA 片段拼接成新的 DNA 分子, 是靠 DNA 连接酶来完成的。1967 年, 世界上几个实验室几

乎同时发现了一种能够将两条 DNA 链连接起来的酶, 称之为 DNA 连接酶 (DNA ligase) 。根据

酶的来源不同, 可以将这些酶分为两类:一类是从大肠杆菌中分离得到的, 称为 E.coil DNA 连接

酶;另一类是从 T4 噬菌体中分离出来的, 称为 T4 DNA ”连接酶。 [1]课本中介绍了 DNA 连接酶

的发现时间、酶的来源及不同 DNA 连接酶所起的作用, “并提出连接平末端之间的效率比较

”低。虽然选修三的介绍更加详细, 但其中还有很多的信息没有提供, 如连接酶是如何起到连接

作用的, 对哪些 DNA 分子起作用都没有介绍, 而目前高中阶段生物学试题很多是以已知信息的

形式提供给学生, 当学生对某些知识不了解的时候很难提取信息并分析问题。这些情况可能会

对教学以及学生的理解带来一定的困难。基于此, 本文对 DNA 连接酶的种类、作用和作用机理

进行总结, 以期对教师的教学和学生对 DNA 连接酶作用过程的理解能起到一定的帮助。

　 1 　、DNA 连接酶的发现

DNA 连接酶最早于 1967 年由三个实验室同时发现, 经过科学家几十年的研究发现, 目前在病

毒、细菌和真核生物体内都发现了 DNA 连接酶, 不同类型的 DNA 连接酶的作用机制不同。一

般情况下, 根据 DNA 连接酶催化反应所需的能量来源可以把 DNA 连接酶分为腺苷三磷酸

(ATP) 依赖型和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD) 依赖型, 腺苷三磷酸依赖型 DNA 连接酶广泛存在

于真核生物、古细菌、真细菌和病毒中, 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸依赖型 DNA 连接酶则分布在古

细菌、真细菌和病毒中。最近研究发现, 不同类型的 DNA 连接酶在系统演化上具有一定的联

系, 所以研究 DNA 连接酶, 不仅可以帮助我们了解 DNA 连接酶在 DNA 复制、重组和修复中的

作用机制, 同时也可以帮助我们研究物种的分布特点和系统演化规律[2,3]。

　 2 　、DNA 连接酶的常见种类和作用机制

　　 2.1 　　、腺苷三磷酸 (ATP)　依赖型

　　 2.1.1 　、T4　DNA 连接酶

T4 DNA 连接酶是目前应用比较多的病毒基因组编码的DNA 连接酶, 在基因重组中广泛使用。

噬菌体类型较多, 目前研究发现 T4 噬菌体能够合成 T4DNA 连接酶, 并且已经能够从被T4 嗜菌

体感染的大肠杆菌中提取该酶, 此外科学家也已经定位该酶的合成基因, 即噬菌体 T4 的30 基

因。T4DNA 连接酶具有连接黏性末端和平末端的作用, 研究发现当以切口 DNA、黏性末端和

平末端 DNA 为底物时, T4 DNA 连接酶对切口 DNA 的亲和力最大, 而黏性末端 DNA 的亲和力

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摘要：

DNA连接酶的种类、功能及作用机理探析　　摘　　　　　要：DNA连接酶是一种能够催化相邻DNA的3’-OH和5’-磷酸基末段形成磷酸二酯键,并且把两段DNA拼接起来的核酸酶。不同生物体内具有不同种类的DNA连接酶,可以连接黏性末端或者平末端,连接过程是通过DNA连接酶把ATP或者NAD的磷酸腺苷接到DNA的缺口处,形成磷酸二酯键,在释放出一个磷酸腺苷完成DNA的连接过程,相对而言对平末端的连接效率较低。　Abstract：DNAligaseisanucleasethatcatalyzestheformationofphosphodiesterbondsbetween3'-OHand5'-pho...

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