2) протеиназы
3) липазы
4) РНКазы
Лигазы катализируют образование фосфодиэфирной связи в сахарофосфатном остове ДНК, соединяя соседние фрагменты полинуклеотидной цепи. В процессе репликации ДНК они запечатывают разрывы между фрагментами Оказаки на отстающей цепи, а также участвуют в репарации повреждений и рекомбинации. Поэтому именно лигазы соответствуют указанной функции.
Механизм реакции заключается в соединении свободной 3′-гидроксильной группы одного нуклеотидного фрагмента с 5′-фосфатной группой другого. Для активации фосфатной группы используется энергия АТФ либо, у некоторых бактерий, НАД+; образуется фосфодиэфирная связь без изменения последовательности оснований. Важно отличать этот процесс от синтеза новой цепи: ДНК-полимеразы присоединяют нуклеотиды по матрице, а ДНК-лигаза соединяет уже существующие фрагменты.
Протеиназы расщепляют пептидные связи белков, липазы гидролизуют эфирные связи липидов, а РНКазы разрушают фосфодиэфирные связи РНК. Эти ферменты не выполняют специфического сшивания фрагментов ДНК. В молекулярно-генетических и судебно-биологических исследованиях активность лигаз имеет значение при конструировании рекомбинантных молекул, амплификационных методах и анализе целостности нуклеиновых кислот.
| Фермент | Основной субстрат | Тип реакции | Биологическая функция или диагностическое значение |
|---|---|---|---|
| ДНК-лигаза | Фрагменты ДНК с соседними 3′-ОН и 5′-фосфатом | Образование фосфодиэфирной связи | Соединение фрагментов Оказаки, репарация разрывов, рекомбинация и клонирование ДНК |
| ДНК-полимераза | Дезоксирибонуклеотидтрифосфаты и матричная ДНК | Удлинение цепи ДНК в направлении 5′→3′ | Репликация, репарация и амплификация ДНК; не запечатывает готовые разрывы самостоятельно |
| РНКаза | Молекулы РНК | Гидролиз фосфодиэфирных связей РНК | Удаление или деградация РНК, включая праймеры при репликации |
| Протеиназа | Белки и пептиды | Гидролиз пептидных связей | Протеолиз; применяется, например, для разрушения белков при выделении ДНК |
| Липаза | Триацилглицериды и другие липиды | Гидролиз сложноэфирных связей | Переваривание и обмен липидов; к синтезу или сшиванию ДНК отношения не имеет |
| Топоизомераза | ДНК | Временный разрыв и последующее воссоединение одной или двух цепей ДНК | Снятие сверхспирализации и изменение топологии ДНК; механизм отличается от лигирования фрагментов |
Функциональный признак лигазы — не просто взаимодействие с ДНК, а восстановление непрерывности её сахарофосфатного остова. Для реакции необходимы совместимые концы фрагментов: 3′-ОН и 5′-фосфат. Нарушение работы ДНК-лигаз приводит к дефектам репликации и репарации, повышая геномную нестабильность. В лабораторной практике фермент используют для направленного соединения фрагментов ДНК, в том числе при создании рекомбинантных конструкций.