基本属性 概述简介连接原理展望参考文献 用途与合成方法 相关产品

连接酶

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连接酶
  • 中文名称:连接酶
  • 中文同义词: 连接酶
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连接酶 用途与合成方法
  • 概述连接酶(Ligase),或称连结酶和结合酶。是一种催化两种大型分子, 以一种新的化学键结合一起的酶,一般会涉及水解其中一个分子的团,又称合成酶。能催化两个分子连接成一个分子或把一个分子的首尾相连接的酶。此反应与ATP的分解反应相偶联,在把两分子相连接的同时,发生三磷酸腺苷(ATP)的高能磷酸键的断裂,如DNA连接酶等。连接酶是酶分类中重要的一类 (EC 6): 6.1形成C-O键;6.2形成C-S键;6.3形成C-N键;6.4 形成C-C键。连接酶通常是包括“连接酶”这个字,就如DNA连接酶是将脱氧核糖核酸(DNA)片段连接。其他普遍的名称包括“合成酶”,因为这些酶是用作合成新的分子,或当它们是将二氧化碳加入一个分子时则称为“羧化酶”。
  • 简介DNA连接酶有两类,一类以NAD为辅基,主要来源于细菌,代表是E. coli连接酶,常规反应条件下能连接切口(Nick)、粘性(Cohensive)末端双链 DNA。 另一类以 ATP 为辅基,来源于病毒、噬菌体、真核生物DNA,代表是T4Lig,能连接切口、粘性末端双链DNA,常规反应条件下能够连接平端(Blunt)DNA。在 各 种 形 式 的 蛋 白 质 翻 译 后 修 饰Post-translational Modifications,PTM) 过程中,泛素化过程近年来引起了越来越广泛的关注,与蛋白质磷酸化信号传导作用相似,泛素化在细胞生命活动的许多进程中,发挥着至关重要的作用。2004年诺贝尔化学奖授予了在“泛素介导的蛋白质降解过程研究”中,做出开创性贡献的三位科学家。泛素是一个由76个氨基酸残基,组成的高度保守的多肽,因其广泛分布于各类细胞中而得名,被泛素标记的蛋白质将被特异性地识别并被迅速降解。
    泛素酶复合体三维结构图
  • 连接原理目前 DNA 连接反应机理是基于切口双链 DNA 底物得到的:普遍认为连接反应由三步完成:①T4Lig先由ATP供能产生E-AMP复合物;②E-AMP复合物识别双链DNA切口位置,将AMP转移到5’-P基团,形成 5’-P -AMP 复合物;③3’-OH 亲核攻击 5’-P-AMP 形成磷酸二酯键,并释放出AMP。在 PDB 数 据 库(October 2015Release)检测不到 T4Lig 的晶体结构,导致连接机理不完全明了,特别是平端 DNA 连接机理不完善。以热稳定性 Pfu DNA 连接酶晶体结构为模板,笔者通过同源分子建模模拟 T4Lig 结构。 显示出DNA连接酶有三个保守性结构域,DNA 结 合 结 构 域 DBD(DNA- binding domain,M1~ L129),腺 苷 酰 化 结 构 域 Ad D(Adenylaition domain,I130~E368),寡核苷酸链结合结构域OBD(Oligonucleotide-binding-fold,V369~E482). 腺苷酰化结构域Ad D中 K159 是腺苷酰化位点,通过该位点形成 N6-AMP-lysine 酶-底物复合物。 T4 DNA连接酶原理图
  • 展望虽然 T4Lig 作为 DNA 连接的工具酶,使用了近 60 年,但是因为由公司提供、同时又是广泛使用,科研人员对其性质了解还不全面,特别是平端 DNA 连接机理。通过综述 T4Lig 的酶分子大小、保真性、切口DNA 连接机理、连接端口检测、酶分子性质理性改造等方面的研究进展,全面了解它的性质、结构、功能,以期达到快速高效体外 DNA 连接,同时总结了几个有待解决的问题,以期对 T4Lig 有更深入、更全面的研究理论。随着越来越多的新型泛素连接酶的发现,更多的三维结构信息和功能研究成果的不断积累,我们对这类具有重要功能的酶家族会有进一步更深入的认识。
  • 参考文献[1] 贺添艳,刘亚娟,徐文选,刘猛,刘亮伟. T4 DNA连接酶性质及其平端连接功能[J]. 河南科学,2016,(07):1058-1062. 
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