UDG酶的生物特性

背景^[1]

尿嘧啶DNA糖基酶（UDG）来源于大肠杆菌重组克隆表达。该酶分子量为25KDa，它催化含尿嘧啶的单链和双链DNA释放游离尿嘧啶，它对RNA无活性。主要应用于PCR扩增产物的防污染。它的作用原理基于：在PCR反应中以dUTP替代dTTP掺入DNA中，形成了含dU碱基的PCR扩增产物，Uracil-DNA Glycosylase能选择性断裂单链和双链DNA中U碱基的糖苷键，降解PCR扩增产物。

尿嘧啶 DNA 糖苷酶(Uracil DNA Glycosylase, UDG)能切断 DNA中的尿嘧啶(U)碱基与脱氧核糖间的 N-糖苷键,移去尿嘧啶,生成无碱基位点。无碱基位点能被内切核酸酶 IV 与外切核酸酶 III 识别，并在 5’端切断无碱基位点，生成 3’羟基与 5’磷酸脱氧核糖；然后其它 DNA 修复酶(如 DNA 聚合酶、5’磷酸脱氧核糖水解酶、DNA 连接酶等)会进一步作用，从而完成整个碱基切除修复。 除参与 DNA 修复过程外，UDG 还与机体免疫功能相关，参与免疫分子抗体多样性的产生和细胞内天然抗病毒防御过程。另外，UDG 还用于防止 PCR 产物污染。鉴于 UDG 在生命科学中的重要性，该蛋白活性检测具有极其重要意义。

UDG酶的生物特性^[2]

自从Lindahl于1974年首次报道在大肠杆菌抽提物中发现UDG活性以来, 已在从原核至真核的各类生物中广泛发现该酶的存在, 这些酶的许多物化和酶学特性(如分子结构、底物特异性、酶活性不依赖金属辅因子等) 相似。

UDG为单体蛋白, 物化性质较稳定,分子量小。原核细胞UDG的分子量19-24 kD; 真核细胞含有核和线粒体两种UDG形式, 核UDG的分子量一般都比线粒体UDG的高, 如:鼠肝核UDG的分子量为33 kD, 其线粒体UDG的分子量为24 kD。核UDG和线粒体UDG的差别还表现在催化活性上, 线粒体UDG的转换数一般为1000 尿嘧啶每分钟, 而核UDG的约小100倍。 线粒体UDG的转换数与大肠杆菌UDG的转换数(800尿嘧啶每分钟)大致相当, 而且线粒体UDG的分子量与原核UDG的也非常相近, 所以推测线粒体UDG与原核UDG相关。

UDG酶的底物专一性

UDG有非常严格的底物专一性:

①尿嘧啶是此酶识别的唯一碱基;

②尿嘧啶必须是脱氧核苷的组成部分;

③尿嘧啶必须在多聚物中。

底物专一性的研究出: 糖-磷酸骨架是底物初级结构中UDG识别的关键。UDG的识别和结合位点有结构上的双重性, 该酶虽然对多聚核苷酸有相对非特异性，能与单链、双连DNA和RNA结合，但只作用于多聚核苷酸中的2’－脱氧核糖上的尿嘧啶残基。

参考文献

[1] 基于分子信标的尿嘧啶 DNA 糖苷酶活性测定

[2] Nilsen  H,  Otterlei  M,  Haug  T,  etal.  Nuclear  and  mitochondrial  uracil-DNA glycosylases  are  generated  by alternative  splicing  and  transcription  from  different positions in the UNG gene[J ]. Nucleic Acids Res, 1997, 25 (4): 750-755.