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DNA连接酶
生物学术语之一
基本信息
| 中文名 | DNA连接酶 |
| 外文名 | DNA Ligase |
| 别名 | DNA黏合酶 |
| 类型 | 生物学术语 |
| 作用 | 连接DNA链3‘-OH末端 |
| 条件 | 需要消耗ATP |
| 原理 | 催化作用 |
收起
简介
DNA连接酶
发现
性质
大肠杆菌的DNA连接酶是一条分子量为75Ku的多肽链。对胰蛋白酶敏感，可被其水解。水解后形成的小片段仍具有部份活性，可以催化酶与NAD(而不是ATP)反应形成酶-AMP中间物，但不能继续将AMP转移到DNA上促进磷酸二酯键的形成。DNA连接酶在大肠杆菌细胞中约有300个分子，和DNA聚合酶Ⅰ的分子数相近，这也是比较合理的现象。因为DNA连接酶的主要功能就是在DNA聚合酶Ⅰ催化聚合，填满双链DNA上的单链间隙后封闭DNA双链上的缺口。这在DNA复制、修复和重组中起着重要的作用，连接酶有缺陷的突变株不能进行DNA复制、修复和重组。
噬菌体T4DNA连接酶分子也是一条多肽链，分子量为60Ku，其活性很容易被0.2mol/L的KCl和精胺所抑制。此酶的催化过程需要ATP辅助。T4DNA连接酶可连接DNA-DNA，DNA-RNA，RNA-RNA和双链DNA粘性末端或平头末端。另外，NH4C1可以提高在大肠杆菌DNA连接酶的的催化速率，而对T4DNA连接酶则无效。无论是T4DNA连接酶，还是大肠杆菌DNA连接酶都不能催化两条游离的DNA链相连接。
用途
分类
T4DNA连接酶
T4DNA连接酶是ATP依赖的DNA连接酶，催化两条DNA双链上相邻的5′磷酸基和3′羟基之间形成磷酸二酯键。可接双链DNA的平末端、相容黏末端及其中的单链切口，在分子生物学中有广泛的应用。T4DNA连接酶是经原核表达，柱层析纯化获得的高纯T4DNA接酶，SDS-PAGE显示为一条62kD的蛋白条带。本品附带10xLigationBuffer含有ATP。适用于DNA片断接、克隆等各种反应。
内容与储存方法
名称:T4DNALigase数量:20ml 保存条件:-20℃
DNA连接
10×LigationBuffer成分：
Tris-HClpH7.8600mM
MgCl215mM
DTT100mM
ATP10mM
连接条件
推荐在10~20ml反应体系中进行接反应，反应中DNA浓度最大可达1mM（1kbDNA约1mg/ml）。首先混合要接的DNA片段，加入10×LigationBuffer至终浓度为1×，再加入适量T4DNALigase混匀。最适连接温度为16℃。粘末端连接效率较高，加入0.2~1mlT4DNALigase,可在室温或16℃反应1~3小时完成反应；平末端连接效率较低，加入1mlT4DNALigase，通常需要在16℃或4℃过夜完成反应。
注意事项
1)10xLigationBuffer含有ATP，使用前应在室温放置至融化或用手掌温度辅助融化，然后置于冰上。不要加热融化以免ATP降解。
2)T4DNALigase对热敏感，容易失活。使用时请放置冰上，用后立即置冰箱中冷冻保存。
3)如需在接反应后灭活T4DNALigase，可于65℃孵育10min即可。
热稳定DNA连接酶
功能
限制性核酸内切酶（以下简称限制酶）：限制酶主要存在于微生物（细菌、霉菌等）中。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。是特异性地切断DNA链中磷酸二酯键的核酸酶（“分子手术刀”）。发现于原核生物体内，现已分离出100多种，几乎所有的原核生物都含有这种酶。是重组DNA技术和基因诊断中重要的一类工具酶。例如，从大肠杆菌中发现的一种限制酶只能识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。目前已经发现了200多种限制酶，它们的切点各不相同。苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，就能被某种限制酶切割下来。在基因工程中起作用。
DNA连接
反转录酶：RNA指导的DNA聚合酶，具有三种酶活性，即RNA指导的DNA聚合酶，RNA酶，DNA指导的DNA聚合酶。在分子生物学技术中，作为重要的工具酶被广泛用于建立基因文库、获得目的基因等工作。在基因工程中起作用。
解旋酶：是一类解开氢键的酶，由水解ATP来供给能量它们常常依赖于单链的存在，并能识别复制叉的单链结构。在细菌中类似的解旋酶很多，都具有ATP酶的活性。大部分的移动方向是5'→3'，但也有3'→5'移到的情况，如n'蛋白在φχ174以正链为模板合成复制形的过程中，就是按3'→5'移动。在DNA复制中起做用。
DNA限制酶作用于磷酸二酯键
DNA连接酶作用于磷酸二酯键
DNA聚合酶作用于磷酸二酯键
DNA解旋酶作用于氢键
连接手段
目前已知有三种方法可以用来在体外连接DNA片段：
第一种方法是，用DNA连接酶连接具有互补粘性末端的DNA片段；
第三种方法是，先在DNA片段末端加上化学合成的衔接物或接头，使之形成粘性末端之后，再用DNA连接酶将它们连接起来。这三种方法虽然互有差异，但共同的一点都是利用DNA连接酶所具有的连接和封闭单链DNA的功能。
粘性末端DNA片段的连接
DNA连接酶最突出的特点是，它能够催化外源DNA和载体分子之间发生连接作用，形成重组的DNA分子。
平末端DNA片段的连接
同聚物加尾法
这种方法的核心部分是，利用末端脱氧核苷酸转移酶转移核苷酸的特殊功能。末端脱氧核苷酸转移酶是从动物组织中分离出来的一种异常的DNA聚合酶，它能够将核苷酸（通过脱氧核苷三磷酸前体）加到DNA分子单链延伸末端的3′-OH基团上。由核酸外切酶处理过的DNA，以及dATP和末端脱氧核苷酸转移酶组成的反应混合物中，DNA分子的3′-OH末端将会出现单纯由腺嘌呤核苷酸组成的DNA单链延伸。这样的延伸片段，称之为poly（dA）尾巴（图2-7）。反过来，如果在反应混合物中加入的是dTTP，那么DNA分子的3′-OH末端将会形成poly（dT）尾巴。因此任何两条DNA分子，只要分别获得poly（dA）和poly（dT）尾巴，就会彼此连接起来。这种连接DNA分子的方法叫做同聚物尾巴连接法（homopolymertail-joining），简称同聚物加尾法。
衔接物连接法
所谓衔接物（linker），是指用化学方法合成的一段由10～12个核苷酸组成、具有一个或数个限制酶识别位点的平末端的双链寡核苷酸短片段。衔接物的5′-末端和待克隆的DNA片段的5′-末端，用多核苷酸激酶处理使之磷酸化，然后再通过T4DNA连接酶的作用使两者连接起来。接着用适当的限制酶消化具衔接物的DNA分子和克隆载体分子，这样的结果使二者都产生出了彼此互补的粘性末端。于是我们便可以按照常规的粘性末端连接法，将待克隆的DNA片段同载体分子连接起来。
DNA接头连接法
DNA接头，是一类人工合成的一头具某种限制酶粘性末端另一头为平末端的特殊的双链寡核苷酸短片段。当它的平末端与平末端的外源DNA片段连接之后，便会使后者成为具粘性末端的新的DNA分子，而易于连接重组。实际使用时对DNA接头末端的化学结构进行必要的修饰与改造，可避免处在同一反应体系中的各个DNA接头分子的粘性末端之间发生彼此间的配对连接。
DNA聚合酶
也称耐高温DNA聚合酶。
1988年，Saiki从嗜热水生真菌Thermus aquatics YT-1株中分离得到，该菌株于1969年从美国黄石国家森林公园火山温泉中分离出。
特性
良好的热稳定性；
70℃ 2h，残留90%活性；
93℃ 2h，残留60%活性；
94℃ 2h，残留40%活性。
5’→3’聚合酶活性，对dATP有优先聚合活性；
5’→3’外切酶活性；
无3’→5’外切酶活性。
用途
缺点
措施：选择高保真Taq酶，如Pfu。
原因：Pfu具有3’→5’外切酶活性。
注意：Pfu扩增产物为平末端。
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