2) создают двухнитевые разрывы в молекулах ДНК
3) создают однонитевые разрывы в молекулах ДНК
4) катализируют соединение молекул ДНК друг с другом, синтезируя фосфодиэфирные связи (+)
Ферменты-лигазы катализируют соединение ранее разъединённых фрагментов нуклеиновых кислот. ДНК-лигаза восстанавливает разрыв в сахарофосфатном остове, соединяя 3′-гидроксильную группу одного нуклеотида с 5′-фосфатной группой другого и формируя фосфодиэфирную связь. Реакция требует активации 5′-фосфата; источником энергии служат АТФ или, у многих бактерий, НАД+.
В клетке ДНК-лигаза особенно важна при репликации: она сшивает фрагменты Оказаки на отстающей цепи после удаления РНК-праймеров и достройки ДНК. Этот же фермент участвует в репарации однонитевых повреждений и устранении разрывов сахарофосфатного остова. Лигаза не расщепляет белки или ДНК и не синтезирует новую полинуклеотидную цепь с нуля, а соединяет уже имеющиеся фрагменты при наличии комплементарного или подготовленного конца.
Механистически реакция включает образование активированного промежуточного комплекса лигаза–АМФ либо использование НАД+-зависимой активации, перенос аденилатной группы на 5′-фосфат ДНК и последующее образование фосфодиэфирной связи. Поэтому правильным является положение о соединении молекул или фрагментов ДНК с формированием фосфодиэфирного мостика.
| Группа ферментов | Основная реакция | Характер образуемого или разрываемого соединения | Биологическое значение |
|---|---|---|---|
| ДНК-лигазы | Сшивание фрагментов ДНК или закрытие нико́в | Образование фосфодиэфирной связи между 3′-OH и 5′-фосфатом | Репликация, репарация, рекомбинация |
| Протеазы и пептидазы | Гидролитическое расщепление белков и пептидов | Разрыв пептидных связей с участием воды | Пищеварение, процессинг белков, протеолиз |
| Эндонуклеазы | Разрезание полинуклеотидной цепи внутри молекулы ДНК | Гидролиз фосфодиэфирных связей; возможны одно- или двунитевые разрывы | Рестрикция, репарация, программируемое редактирование генома |
| Экзонуклеазы | Удаление нуклеотидов с 5′- или 3′-конца цепи | Последовательное расщепление фосфодиэфирных связей с конца | Коррекция ошибок, деградация и созревание ДНК/РНК |
| ДНК-полимеразы | Удлинение цепи по матрице | Синтез новых фосфодиэфирных связей между нуклеотидами | Репликация и репарационный синтез ДНК |
| Топоизомеразы | Временное разрезание и последующее воссоединение цепей ДНК | Обратимое образование фосфотирозинового промежуточного соединения | Снятие сверхспирализации и изменение топологии ДНК |
Нарушение активности ДНК-лигаз приводит к накоплению незапечатанных однонитевых разрывов и повышает геномную нестабильность. В лабораторной диагностике принцип лигирования используется при создании библиотек для секвенирования, присоединении адаптеров и некоторых методах выявления мутаций. В судебно-медицинской молекулярной генетике лигирование также может применяться на этапах подготовки ДНК-образцов к анализу.