DNA-Ligase

DNA-Ligasen sind Enzyme, die DNA-Stränge verknüpfen. Sie bilden dabei eine Esterbindung zwischen einem Phosphatrest und dem Zucker Desoxyribose aus. Sie gehören in der EC-Nummern-Nomenklatur zu den Ligasen und besitzen die Nummer EC 6.5.1.X.

Zwei Nukleotide des gleichen DNA-Stranges werden durch eine Esterbindung zwischen einem Phosphatrest und einem Zucker (Desoxyribose) verknüpft.

Zerschnittene Nukleinsäuren entstehen bei verschiedenen Vorgängen innerhalb von 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.
• Beim Spleißen auftretende Strangbrüche werden durch Ligasen wieder geschlossen.

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 am 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⁺.

Literatur

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

Weblinks

• Molecular Tool: Ligation (englisch)